Какво е абсолютна нула в науката?

Абсолютната нула се определя като точката, в която няма повече топлина може да бъде премахнат от система, в съответствие с абсолютен или термодинамична температурна скала. Това съответства на нула Келвин, или минус 273,15 С. Това е нула по скалата на Ранкин и минус 459,67 F.

Класическата кинетична теория постановява, че абсолютната нула представлява отсъствието на движение на отделни молекули. Обаче експерименталните доказателства показват, че това не е така: По-скоро това показва, че частиците при абсолютна нула имат минимално вибрационно движение. С други думи, докато топлината може да не бъде отстранена от система при абсолютна нула, абсолютната нула не представлява най-ниското възможно състояние на енталпия.

В квантовата механика абсолютната нула представлява най-ниската вътрешна енергия на твърдата материя в нейното основно състояние.

температура се използва за описване колко горещ или студен е даден предмет. Температурата на даден обект зависи от скоростта, с която неговите атоми и молекули се колебаят. Въпреки че абсолютната нула представлява трептенията с най-малката им скорост, тяхното движение никога не спира напълно.

Засега не е възможно да се достигне абсолютна нула - въпреки че учените са се приближили до нея. Националният институт за стандарти и технологии (NIST) постигна рекордно студена температура от 700 nK (милиарди от келвин) през 1994 г. Изследователите на Масачузетския технологичен институт поставиха нов рекорд от 0,45 nK през 2003 г.

Физиците показаха, че е възможно да има отрицателна температура на Келвин (или Ранкин). Това обаче не означава, че частиците са по-студени от абсолютната нула; по-скоро това е показател, че енергията е намаляла.

Това е така, защото температурата е a термодинамика количество, свързано с енергия и ентропия. Когато една система наближава максималната си енергия, нейната енергия започва да намалява. Това се случва само при специални обстоятелства, както при квазиравновесни състояния, в които спин не е в равновесие с електромагнитно поле. Но подобна активност може да доведе до отрицателна температура, въпреки че се добавя енергия.

Странно е, че система с отрицателна температура може да се счита за по-гореща от тази при положителна температура. Това е така, защото топлината се определя според посоката, в която тече. Обикновено в свят с положителна температура топлината тече от по-топло място, такава гореща печка, към по-хладно място, като например стая. Топлината би потекла от отрицателна към положителна система.

На 3 януари 2013 г. учените образуват квантов газ, състоящ се от калий атоми, които имаха отрицателна температура по отношение на степента на свобода на движение. Преди това през 2011 г. Волфганг Кеттерле, Патрик Медли и техният екип демонстрираха възможността за отрицателна абсолютна температура в магнитна система.

Ново изследване на отрицателните температури разкрива допълнително тайнствено поведение. Например, Ахим Рош, теоретичен физик от Университета в Кьолн в Германия, е изчислил, че атомите при отрицателна абсолютна температура в гравитационното поле може да се движи "нагоре", а не само "надолу". Subzero газ може да имитира тъмната енергия, което принуждава Вселената да се разширява по-бързо и по-бързо спрямо навътре гравитационно дърпане.

Мерали, Зейя. „Квантовият газ отива под абсолютната нула.“ природа, Март. 2013. doi: 10.1038 / природа.2013.12146.

Medley, Patrick, et al. "Спин градиентно демагнетизиране Охлаждане на ултра студени атоми." Писма за физически преглед, кн. 106, бр. 19, май 2011 г. doi.org/10.1103/PhysRevLett.106.195301.