Что происходит при абсолютном нуле?

 

Вселенная переполнена крайностями. Самые быстрые, самые старые, самые дальние – есть все виды вещей, в которые вы можете заглянуть и поразиться тому, что создала природа.

Но что насчет самых холодных? Вы, вероятно, уже слышали об абсолютном нуле, но знаете ли вы, что происходит, когда вы его достигаете?

Или почему ничто не может стать холоднее?

Основная концепция абсолютного нуля была открыта еще в 1702 году.

Французский изобретатель Гийом Амонтон предположил, что должна быть самая низкая температура, которая может быть достигнута.

Его эксперименты привели его к убеждению, что должна быть точка, когда температура не может стать ниже. Амонтон предположил, что его самая низкая возможная температура составляет -240 C.

 

 

А в 1848 году физик Уильям Томсон, более известный как лорд Кельвин, вычислил это с некоторой точностью и дал нам свою одноименную шкалу Кельвина.

Конечно, для большинства из нас в повседневной жизни шкала Кельвина кажется просто непрактичной и громоздкой. Шкала Цельсия, в конце концов, имеет больше смысла. Поскольку она основана на том, когда вода кипит и замерзает. И это критерий, который имеет смысл для среднестатистических людей.

 

Абсолютный Ноль Физики

 

Поскольку у людей странная история измерения таких вещей, как футы, корды, акры и тому подобное, потребовалось некоторое время, прежде чем мы разработали что-то последовательное и логичное.

 

 

Абсолютный ноль означает 0 Кельвинов, самую низкую возможную температуру, до которой вы можете добраться. Она составляет -273 C.

Холод – это относительное свойство любой материи, связанное с движением ее атомов. Вот почему у нее есть предел. Это точка, в которой атомы в материи вообще перестают двигаться. И ее термодинамическая система имеет самую низкую возможную энергию, какую она когда-либо может иметь.

Никакого тепла, даже самого крошечного. Поскольку тепло исходит от движения атомов, при абсолютном нуле нет передачи тепла.

Для большинства из нас абсолютный ноль – это по сути мелочи и ничего больше. Мы никогда не столкнемся с ним в реальной жизни, и у нас определенно не будет времени оценить его, если мы это сделаем, поскольку он убьет нас очень быстро.

 

 

В лабораторных условиях, где абсолютный ноль был почти достигнут, ученые наблюдали замечательные изменения в физике. Например, при сверхнизких температурах некоторые вещества будут течь вверх, а не вниз, вопреки гравитации.

 

Самое холодное место во Вселенной

 

Мы все знаем, что глубины космоса чрезвычайно холодны, но когда мы сравниваем их с абсолютным нулем, эти места будут похожи на курорт. Самые глубокие, самые темные уголки космоса имеют температуру 2,7 Кельвина. Это убьет любое живое существо, так как это -270,45 C, но это все еще далеко от абсолютного нуля.

В 5000 световых годах от Земли вы найдете нечто, называемое Туманностью Бумеранг. Она состоит из пыли и ионизированных газов, и это, пожалуй, самое холодное естественное место, которое вы когда-либо найдете.

 

 

Температура туманности была измерена примерно как 1 градус Цельсия выше абсолютного нуля. Звучит гораздо менее устрашающе, чем есть на самом деле.

 

Можно ли создать абсолютный ноль в лабораторных условиях?

 

Абсолютный ноль забавен тем, что ученым удалось довольно близко подобраться к нему в лабораторных условиях. И то лучшее, чего нам удалось достичь на данный момент, это 38 пикокельвинов. Что на 38 триллионных градуса выше абсолютного нуля.

Хотя 38 триллионных кажутся невероятно близкими, скорее всего, мы никогда не станем намного ближе. Обычно считается, что абсолютный ноль никогда не может быть по-настоящему достигнут благодаря квантовым флуктуациям. Термодинамика также не позволяет достичь абсолютно низкой температуры.

 

 

Еще одним препятствием является несовершенная технология. В какой-то момент мы просто не можем измерить с достаточной точностью, чтобы наверняка сказать, что достигли абсолютного нуля. Абсолютный ноль и самая малая доля выше него будут неотличимы для наших приборов.

Хотя абсолютный ноль работает как отличная концепция, он застрял в области теории. Хотя некоторые все еще спорят о том, может ли он быть технически достигнут.

 

Почему это невозможно

 

Существует несколько объяснений того, почему достижение абсолютного нуля на самом деле невозможно. Первый аргумент – это теплообмен. И давайте используем пример холодильника.

 

 

Вы кладете еду комнатной температуры в холодильник, и холодный воздух в холодильнике забирает тепло из еды. Ведь холод – это всего лишь отсутствие тепла. Вы забираете эту тепловую энергию из чего-то, и оно становится холодным.

Итак, более холодный воздух забирает тепло у более теплой пищи, пока вы не достигнете общей температуры вашего холодильника. Но по шкале Кельвина вы сталкиваетесь с проблемой абсолютного нуля. Чтобы забрать эту последнюю частичку тепла от чего-либо и достичь абсолютного нуля, вам нужно что-то холоднее абсолютного нуля, чтобы сделать это.

Вам нужно что-то холоднее, что сможет отвести это последнее, почти неизмеримое количество тепла. Но как это вообще может существовать?

Вторая проблема, заключается в том, что согласно квантовой физике, вы никогда не можете точно знать, где находятся атомы в частице.

 

 

Квантовая вибрация должна существовать все время, позволяя этим атомам вибрировать, даже совсем немного. Должен быть Квантовый предел абсолютного нуля, который не дает атомам полностью остановиться.