Kas yra absoliutus nulis moksle?

Absoliutus nulis yra apibrėžiamas kaip taškas, kuriame daugiau nėra šiluma gali būti pašalintas iš sistemos, atsižvelgiant į absoliutus arba termodinaminė temperatūros skalė. Tai atitinka nulį Kelvinas, arba atėmus 273,15 C. Tai yra nulis Rankine skalėje ir atėmus 459,67 F.

Klasikinėje kinetikos teorijoje teigiama, kad absoliutus nulis reiškia atskirų molekulių nejudėjimą. Tačiau eksperimentiniai duomenys rodo, kad taip nėra: Veikiau tai rodo, kad absoliučios nulio dalelės turi minimalų virpesių judesį. Kitaip tariant, nors šilumos negalima pašalinti iš sistemos, kai jos absoliutus nulis, absoliutus nulis nereiškia žemiausios įmanomos entalpijos būsenos.

Kvantinėje mechanikoje absoliutus nulis reiškia mažiausią vidinę kietųjų medžiagų energiją jo pagrindinėje būsenoje.

Temperatūra naudojamas apibūdinti, koks objektas yra karštas ar šaltas. Objekto temperatūra priklauso nuo jo atomų ir molekulių svyravimo greičio. Nors absoliutus nulis rodo svyravimus mažiausiu greičiu, jų judėjimas niekada visiškai nesustoja.

Kol kas neįmanoma pasiekti absoliutaus nulio, nors mokslininkai jau kreipėsi į tai. Nacionalinis standartų ir technologijos institutas (NIST) 1994 m. Pasiekė rekordinę šalčio temperatūrą - 700 nK (milijardines kelvino dalis). Masačusetso technologijos instituto tyrėjai 2003 m. Nustatė naują - 0,45 nK - rekordą.

Fizikai įrodė, kad įmanoma neigiama Kelvino (arba Rankine) temperatūra. Tačiau tai nereiškia, kad dalelės yra šaltesnės nei absoliutus nulis; veikiau tai rodo, kad sumažėjo energija.

Taip yra todėl, kad temperatūra yra a termodinaminis kiekis, susijęs su energija ir entropija. Sistemai artėjant prie maksimalios energijos, jos energija pradeda mažėti. Tai įvyksta tik ypatingomis aplinkybėmis, kaip ir pusiausvyros būsenose, kuriose nugara nėra pusiausvyra su elektromagnetiniu lauku. Tačiau tokia veikla gali sukelti neigiamą temperatūrą, net jei pridedama energijos.

Kaip bebūtų keista, neigiamos temperatūros sistema gali būti laikoma karštesnė nei viena esant teigiamai temperatūrai. Taip yra todėl, kad šiluma apibūdinama atsižvelgiant į jos tekėjimo kryptį. Paprastai pozityvios temperatūros pasaulyje šiluma teka iš šiltesnės vietos, tokios karštos viryklės, į vėsesnę vietą, pavyzdžiui, kambarį. Šiluma tekėtų iš neigiamos sistemos į teigiamą.

2013 m. Sausio 3 d. Mokslininkai sudarė kvantines dujas, kurias sudarė kalio atomai, kurių temperatūra buvo neigiama judėjimo laisvės laipsnių atžvilgiu. Prieš tai, 2011 m., Wolfgangas Ketterle'as, Patrickas Medley ir jų komanda pademonstravo neigiamos absoliučios temperatūros galimybę magnetinėje sistemoje.

Nauji neigiamos temperatūros tyrimai atskleidžia papildomą paslaptingą elgesį. Pavyzdžiui, Kelno universiteto (Vokietijoje) teorinis fizikas Achimas Roschas apskaičiavo, kad atomai esant neigiamai absoliučiai temperatūrai gravitacinis laukas gali judėti „aukštyn“, o ne tik „žemyn“. Subzero dujos gali imituoti tamsiąją energiją, kuri priverčia Visatą greičiau ir greičiau plėstis prieš vidų gravitacinis traukimas.

Merali, Zeeya. „Kvantinės dujos patenka žemiau absoliutaus nulio“. Gamta, Kovo mėn. 2013. doi: 10.1038 / gamta.2013.12146.

Medley, Patrick ir kt. "Sprando gradiento demagnetizavimo ypatingasis atomų atšaldymas." „Physical Review Letters“, t. 106, Nr. 2011 m. Gegužės 19 d. doi.org/10.1103/PhysRevLett.106.195301.