Absolútna nula je definovaná ako bod, kde už nie je teplo môžu byť odstránené zo systému podľa absolútny alebo termodynamická teplotná stupnica. To zodpovedá nule Kelvinalebo mínus 273,15 ° C Toto je nula na Rankinovej stupnici a mínus 459,67 F.
Klasická kinetická teória predpokladá, že absolútna nula predstavuje neprítomnosť pohybu jednotlivých molekúl. Experimentálne dôkazy však ukazujú, že to tak nie je: skôr naznačuje, že častice v absolútnej nule majú minimálny vibračný pohyb. Inými slovami, zatiaľ čo teplo nemusí byť zo systému odoberané v absolútnej nule, absolútna nula nepredstavuje najnižší možný stav entalpie.
V kvantovej mechanike absolútna nula predstavuje najnižšiu vnútornú energiu tuhej hmoty v jej základnom stave.
Absolútna nulová a teplota
teplota sa používa na opis toho, ako je objekt teplý alebo studený. Teplota objektu závisí od rýchlosti, akou jeho atómy a molekuly oscilujú. Aj keď absolútna nula predstavuje kmitanie pri ich najmenšej rýchlosti, ich pohyb sa nikdy úplne nezastaví.
Je možné dosiahnuť absolútny nula
Zatiaľ nie je možné dosiahnuť absolútnu nulu - vedci sa k nej však priblížili. Národný inštitút pre normy a technológie (NIST) dosiahol rekordnú nízku teplotu 700 nK (miliónty kelvin) v roku 1994. Vedci z Massachusetts Institute of Technology nastavili nový rekord v roku 2003 na 0,45 nK.
Negatívne teploty
Fyzici ukázali, že je možné mať negatívnu Kelvinovu (alebo Rankinovu) teplotu. To však neznamená, že častice sú chladnejšie ako absolútna nula; skôr to znamená, že došlo k poklesu energie.
Dôvodom je, že teplota je a termodynamická množstvo súvisiace s energiou a entropiou. Keď sa systém priblíži k svojej maximálnej energii, jeho energia začne klesať. K tomu dochádza iba za zvláštnych okolností, napríklad v kvázi rovnovážnych stavoch, v ktorých spin nie je rovnováha s elektromagnetickým poľom. Takáto aktivita však môže viesť k negatívnej teplote, aj keď sa pridá energia.
Je zvláštne, že systém s negatívnou teplotou sa môže považovať za teplejší ako systém s pozitívnou teplotou. Dôvodom je, že teplo je definované podľa smeru prúdenia. Normálne, vo svete s pozitívnymi teplotami, teplo prúdi z teplejšieho miesta, ako sú napríklad horúce kachle, do chladnejšieho miesta, ako je miestnosť. Teplo by prúdilo z negatívneho systému do pozitívneho systému.
3. januára 2013 vedci vytvorili kvantový plyn pozostávajúci z draslík atómy, ktoré mali negatívnu teplotu z hľadiska stupňov voľnosti pohybu. Pred tým v roku 2011 Wolfgang Ketterle, Patrick Medley a ich tím demonštrovali možnosť negatívnej absolútnej teploty v magnetickom systéme.
Nový výskum negatívnych teplôt odhaľuje ďalšie tajomné správanie. Napríklad Achim Rosch, teoretický fyzik na kolínskej univerzite v Nemecku, vypočítal atómy pri zápornej absolútnej teplote v gravitačné pole sa môže pohybovať „hore“ a nielen „dole“. Subzerový plyn môže napodobňovať temnú energiu, ktorá núti vesmír rýchlejšie a rýchlejšie expandovať smerom dovnútra gravitačná sila.
zdroje
Merali, Zeeya. „Kvantový plyn klesne pod absolútnu nulovú hodnotu.“ príroda, Mar. 2013. doi: 10,1038 / príroda.2013.12146.
Medley, Patrick a kol. "Demagnetizácia s odstredivým gradientom Chladenie ultracoldových atómov." Fyzické prehľadové listy, zv. 106, č. 19. mája 2011. doi.org/10.1103/PhysRevLett.106.195301.