Ce este zero absolut în știință?

Zero absolut este definit ca punctul în care nu mai există căldură pot fi scoase dintr-un sistem, conform absolut sau scară de temperatură termodinamică. Aceasta corespunde zero Kelvin, sau minus 273,15 C. Acesta 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.

Temperatura este folosit 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.

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

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 a termodinamică cantitatea 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, precum o sobă fierbinte, într-un loc mai rece, precum 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 potasiu atomi care au avut 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.

Noua cercetare a temperaturilor negative relevă 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 în câmpul 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 repede spre interior Forta gravitationala.

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

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