Ce este Absolut zero în știință?

Zero absolut este definit ca punctul în care nu se poate elimina mai multă căldură dintr-un sistem, conform scării de temperatură absolută sau termodinamică. Aceasta corespunde zero Kelvin, sau minus 273,15 C. Aceasta este zero pe scara Rankine și minus 459,67 F.

Teoria cinetică clasică afirmă că zero absolut reprezintă absența mișcării moleculelor individuale. Cu toate acestea, dovezile experimentale arată că nu este cazul: mai degrabă, acestea indică faptul că particulele la zero absolut au o mișcare vibrațională minimă. Cu alte cuvinte, în timp ce căldura nu poate fi îndepărtată dintr-un sistem la zero absolut, zero absolut nu reprezintă cea mai mică stare posibilă de entalpie.

În mecanica cuantică, zero absolut reprezintă cea mai mică energie internă a materiei solide în starea sa de bază.

Zero și temperatură absolută

Temperatura este folosită pentru a descrie cât de cald sau rece este un obiect. Temperatura unui obiect depinde de viteza cu care atomii și moleculele sale oscilează. Deși zero absolut reprezintă oscilații la cea mai lentă viteză, mișcarea lor nu se oprește niciodată complet.

Este posibil să atingem zero zero

Nu este posibil, până acum, să ajungem la zero absolut, deși oamenii de știință au abordat-o. Institutul Național de Standarde și Tehnologie (NIST) a obținut o temperatură record la 700 nK (miliarde de kilograme de kelvin) în 1994. Cercetătorii Institutului Tehnologic din Massachusetts au stabilit un nou record de 0,45 nK în 2003.

Temperaturi negative

Fizicienii au arătat că este posibil să existe o temperatură negativă Kelvin (sau Rankine). Totuși, acest lucru nu înseamnă că particulele sunt mai reci decât zero absolut; mai degrabă, este un indiciu că energia a scăzut.

Acest lucru se datorează faptului că temperatura este o cantitate termodinamică legată de energie și entropie. Pe măsură ce un sistem se apropie de energia sa maximă, energia lui începe să scadă. Acest lucru se întâmplă numai în circumstanțe speciale, ca în stările cvasi-echilibru în care spinul nu este în echilibru cu un câmp electromagnetic. Dar o astfel de activitate poate duce la o temperatură negativă, chiar dacă se adaugă energie.

În mod ciudat, un sistem la o temperatură negativă poate fi considerat mai cald decât unul la o temperatură pozitivă. Aceasta deoarece căldura este definită în funcție de direcția în care curge. În mod normal, într-o lume cu temperatură pozitivă, căldura curge dintr-un loc mai cald, o astfel de sobă caldă într-un loc mai rece, cum ar fi o cameră. Căldura ar curge de la un sistem negativ la un sistem pozitiv.

Pe 3 ianuarie 2013, oamenii de știință au format un gaz cuantic format din atomi de potasiu care aveau o temperatură negativă în ceea ce privește gradele de mișcare de libertate. Înainte de aceasta, în 2011, Wolfgang Ketterle, Patrick Medley și echipa lor au demonstrat posibilitatea unei temperaturi absolute negative într-un sistem magnetic.

Noile cercetări privind temperaturile negative dezvăluie un comportament misterios suplimentar. De exemplu, Achim Rosch, fizician teoretic la Universitatea din Köln, din Germania, a calculat că atomii la o temperatură absolută negativă într-un câmp gravitațional s-ar putea deplasa „în sus” și nu doar „în jos”. Gazul subzero poate imita energia întunecată, ceea ce obligă universul să se extindă mai repede și mai rapid împotriva atracției gravitaționale din interior.

surse

Merali, Zeeya. „Gazul cuantic depășește zero absolut.” Natură, Mar. 2013. doi: 10.1038 / natură.2013.12146.

Medley, Patrick și colab. "Răcirea cu degradare a gradului de demagnetizare a atomilor Ultracold". Physical Review Letters, voi. 106, nr. 19, 2011. 2011. doi.org/10.1103/PhysRevLett.106.195301.