Абсолютный 0

Абсолютный нуль температуры

Смотреть что такое «Абсолютный нуль температуры» в других словарях:

  • АБСОЛЮТНЫЙ НУЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ — начало отсчёта термодинамич. темп ры; расположен на 273,16 К ниже темп ры тройной точки (0,01°С) воды (на 273, 15°С ниже нуля темп ры по шкале Цельсия, (см. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ШКАЛЫ). Существование термодинамической температурной шкалы и А. н. т.… … Физическая энциклопедия

  • абсолютный нуль температуры — начало отсчёта абсолютной температуры по термодинамической температурной шкале. Абсолютный нуль расположен на 273,16ºC ниже температуры тройной точки воды, для которой принято значение 0,01ºC. Абсолютный нуль температуры принципиально недостижим… … Энциклопедический словарь

  • абсолютный нуль температуры — absoliutusis nulis statusas T sritis Energetika apibrėžtis Termodinaminės temperatūros atskaitos pradžia, esanti 273,16 K žemiau trigubojo vandens taško. Pagal trečiąjį termodinamikos dėsnį, absoliutusis nulis nepasiekiamas. atitikmenys: angl.… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

  • Абсолютный нуль температуры — начальный отсчет по шкале Кельвина, составляет по шкале Цельсия отрицательную температуру в 273,16 градуса … Начала современного естествознания

  • АБСОЛЮТНЫЙ НУЛЬ — температуры, начало отсчета температуры по термодинамической температурной шкале. Абсолютный нуль расположен на 273,16шC ниже температуры тройной точки воды ( 0,01шC). Абсолютный нуль принципиально недостижим, практически достигнуты температуры,… … Современная энциклопедия

  • АБСОЛЮТНЫЙ НУЛЬ — температуры начало отсчета температуры по термодинамической температурной шкале. Абсолютный нуль расположен на 273,16 .С ниже температуры тройной точки воды, для которой принято значение 0,01 .С. Абсолютный нуль принципиально недостижим (см.… … Большой Энциклопедический словарь

  • АБСОЛЮТНЫЙ НУЛЬ — температура, выражающая отсутствие теплоты, равна 218° Ц. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Павленков Ф., 1907. абсолютный нуль температуры (физ.) – наиболее низкая возможная температура ( 273,15°C). Большой словарь… … Словарь иностранных слов русского языка

  • АБСОЛЮТНЫЙ НУЛЬ — температуры, начало отсчета температуры по термодинамической температурной шкале (см. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕМПЕРАТУРНАЯ ШКАЛА). Абсолютный нуль расположен на 273,16 °С ниже температуры тройной точки (см. ТРОЙНАЯ ТОЧКА) воды, для которой принято… … Энциклопедический словарь

  • АБСОЛЮТНЫЙ НУЛЬ — предельно низкая температура, при которой прекращается тепловое движение молекул. Давление и объем идеального газа, согласно закону Бойля Мариотта, становится равным нулю, а за начало отсчета абсолютной температуры по шкале Кельвина принимается… … Экологический словарь

  • АБСОЛЮТНЫЙ НУЛЬ — начало отсчета абсолютной температуры. Соответствует 273,16° С. В настоящее время в физических лабораториях удалось получить температуру, превышающую абсолютный нуль всего на несколько миллионных долей градуса, достичь же его, согласно законам… … Энциклопедия Кольера

uCrazy.ru

Задумывались ли вы когда-нибудь, почему абсолютный ноль составляет именно -273,15 градусов Цельсия, а не -250 °C или -300 °C? И что вообще определяет температуру вещества? Ответ на вопрос довольно прост — скорость движения молекул или атомов вещества, которая обуславливается сообщаемой ему энергией.

Снижение температуры нагретого тела равно снижению скорости движения его атомов, а их «остановка» будет означать, что тело более не излучает тепловой энергии, находясь в состоянии полного термодинамического покоя. Это и будет температурой абсолютного нуля, недостижимого на практике. Но даже при абсолютном ноле молекулы и атомы не станут абсолютно неподвижными — некоторые колебания все равно будут происходить. Это следует из принципа неопределенности Гейзенберга.
С этим понятно, а что насчет перемещения в противоположную сторону температурной шкалы, иначе говоря, есть ли предел у высокой температуры?
Если отталкиваться от примера с абсолютным нулем, вещество должно прекратить нагреваться, как только составляющие его элементарные частицы достигнут скорости света, ибо выше ее ничего двигаться не может. Однако это не совсем так. Вы можете сообщать веществу энергию и после того, как будет достигнут предел скорости движения частиц, и всё же, как считают физики, в какой-то момент вещество больше не сможет становиться еще более горячим.
Опираясь на известные научные данные, проведем мысленный эксперимент и посмотрим, что будет происходить при «бесконечном» нагревании, к примеру, воды.
Источник изображения: esa.int
При достижении нескольких тысяч градусов молекулы превращенной в пар жидкости начнут распадаться на кислород и водород, а если продолжить нагрев дальше, материя начнет распадаться уже на уроне атомов. В результате получится состоящая из электронов и атомных ядер ионизированная плазма. Если продолжить нагрев, при достижении порядка 20 млрд градусов наступит очередь ядер атомов, которые распадутся на протоны и нейтроны.
При 2 триллионов градусов разорвутся самые крепкие связи, и мы получим бульон из фундаментальных частиц, именуемых кварками и глюонами. Но и это не предел…
Увеличьте температуру глюонового супа в 1000 раз, и вы превратите материю в чистую радиацию, наподобие света. Но система всё еще готова принять огромное количество энергии и продолжать разогреваться. Насколько далеко это может зайти? Вплоть до того момента, когда «сжатая» в пространстве энергия не начнет образовывать черные дыры, которые тут же будут распадаться до состояния низкоэнергетического излучения.

Источник изображения: zidbits.com
Это и есть известный науке предел накопления энергии, соответствующий температуре 10^32 Кельвина, именуемой планковской. Только вот энергии во Вселенной еще больше, а значит гипотетически мы можем продолжить накачивать ею систему.
Что произойдет или должно произойти при преодолении порога планковской температуры?
Возможно, это привело бы к рождению новой Вселенной или к чему-то такому, чего мы пока не можем представить. А если честно, на этот вопрос нет ответа, ибо не существует пока теории, которая могла бы описать физику мира, в котором были бы возможны подобные температуры.

Что такое абсолютный ноль?

Что такое абсолютный ноль (чаще — нуль)? Действительно ли эта температура существует где-либо во Вселенной? Можем ли мы охладить что-либо до абсолютного нуля в реальной жизни? На эти и другие любопытные вопросы мы постараемся ответить в этой статье.

Так что же такое абсолютный температурный ноль?

Есть масса причин, по которым стоит интересоваться пределами холодного. Возможно, вы невероятный суперзлодей, который использует силу замораживания, и хотите понять степень вашей силы. Или вам интересно, можно ли обогнать волну холода. Давайте исследуем самые дальние пределы холодной температуры.

«Действительно ли движение останавливается, достигая абсолютного нуля? Можем ли мы достичь этой отметки?»

Начнем с очевидного.

Даже если вы не физик, вы, вероятно, знакомы с понятием температуры. Но если вдруг вам не повезло, вы выросли в лесу или на другой планете, вот краткий обзор.

Температура — это мера измерения количества внутренней случайной энергии материала. Слово «внутренней» очень важно. Бросьте снежок, и хотя основное движение будет достаточно быстрым, снежный ком останется довольно холодным. С другой стороны, если вы посмотрите на молекулы воздуха, летающие по комнате, обычная молекула кислорода жарит со скоростью тысяч километров в час.

Мы обычно умолкаем, когда речь заходит о технических деталях, поэтому специально для экспертов отметим, что температура немного более сложная вещь, чем мы сказали. Истинное определение температуры подразумевает то, сколько энергии вам нужно затратить на каждую единицу энтропии (беспорядка, если хотите более понятное слово; ). Но давайте опустим тонкости и просто остановимся на том, что случайные молекулы воздуха или воды в толще льда будут двигаться или вибрировать все медленнее и медленнее, по мере понижения температуры.

Абсолютный ноль — это температура -273,15 градусов Цельсия, -459,67 по Фаренгейту и просто 0 по Кельвину. Это точка, где тепловое движение полностью останавливается.

Когда останавливаются молекулы и атомы?

В классическом рассмотрении вопроса при абсолютном нуле останавливается все, но именно в этот момент из-за угла выглядывает страшная морда квантовой механики. Одним из предсказаний квантовой механики, которое попортило кровь немалому количеству физиков, является то, что вы никогда не можете измерить точное положение или импульс частицы с совершенной определенностью. Это известно как принцип неопределенности Гейзенберга.

Если бы вы могли охладить герметичную комнату до абсолютного нуля, произошли бы странные вещи (об этом чуть позже). Давление воздуха упало бы практически до нуля, и поскольку давление воздуха обычно противостоит гравитации, воздух сколлапсирует в очень тонкий слой на полу.

Но даже в этом случае, если вы сможете измерить отдельные молекулы, вы обнаружите кое-что любопытное: они вибрируют и вращаются, совсем немного — квантовая неопределенность в работе. Чтобы поставить точки над i: если вы измерите вращение молекул углекислого газа при абсолютном нуле, вы обнаружите, что атомы кислорода облетают углерод со скоростью несколько километров в час — куда быстрее, чем вы предполагали.

Разговор заходит в тупик. Когда мы говорим о квантовом мире, движение теряет смысл. В таких масштабах все определяется неопределенностью, поэтому не то чтобы частицы были неподвижными, вы просто никогда не сможете измерить их так, словно они неподвижны.

Можно ли достичь абсолютного нуля градусов?

Стремление к абсолютному нулю по существу встречается с теми же проблемами, что и стремление к скорости света. Чтобы набрать скорость света, понадобится бесконечное количество энергии, а достижение абсолютного нуля требует извлечения бесконечного количества тепла. Оба этих процесса невозможны, если что.

Несмотря на то, что мы пока не добились фактического состояния абсолютного нуля, мы весьма близки к этому (хотя «весьма» в этом случае понятие очень растяжимое; как детская считалочка: два, три, четыре, четыре с половиной, четыре на ниточке, четыре на волоске, пять). Самая низкая температура, когда-либо зарегистрированная на Земле, была зафиксирована в Антарктиде в 1983 году, на отметке -89,15 градусов Цельсия (184K).

Конечно, если вы хотите остыть не по-детски, вам нужно нырнуть в глубины космоса. Вся вселенная залита остатками излучения от Большого Взрыва, в самых пустых регионах космоса — 2,73 градуса по Кельвину, что немногим холоднее, чем температура жидкого гелия, который мы смогли получить на Земле век назад.

Но физики-низкотемпературщики используют замораживающие лучи, чтобы вывести технологию на совершенно новый уровень. Вас может удивить то, что замораживающие лучи принимают форму лазеров. Но как? Лазеры должны сжигать.

Все верно, но у лазеров есть одна особенность — можно даже сказать, ультимативная: весь свет излучается на одной частоте. Обычные нейтральные атомы вообще не взаимодействуют со светом, если частота не настроена точным образом. Если же атом летит к источнику света, свет получает допплеровский сдвиг и выходит на более высокую частоту. Атом поглощает меньшую энергию фотона, чем мог бы. Так что если настроить лазер пониже, быстродвижущиеся атомы будут поглощать свет, а излучая фотон в случайном направлении, будут терять немного энергии в среднем. Если повторять процесс, вы можете охладить газ до температуры меньше одного наноКельвина, миллиардной доли градуса.

Все приобретает более экстремальную окраску. Мировой рекорд самой низкой температуры составляет менее одной десятой миллиарда градуса выше абсолютного нуля. Устройства, которые добиваются этого, захватывают атомы в магнитные поля. «Температура» зависит не столько от самих атомов, сколько от спина атомных ядер.

Теперь, для восстановления справедливости, нам нужно немного пофантазировать. Когда мы обычно представляем себе что-то, замороженной до одной миллиардной доли градуса, вам наверняка рисуется картинка, как даже молекулы воздуха замерзают на месте. Можно даже представить разрушительное апокалиптическое устройство, замораживающее спины атомов.

В конечном счете, если вы действительно хотите испытать низкую температуру, все, что вам нужно, это ждать. Спустя примерно 17 миллиардов лет радиационный фон во Вселенной остынет до 1К. Через 95 миллиардов лет температура составит примерно 0,01К. Через 400 миллиардов лет глубокий космос будет таким же холодным, как самый холодный эксперимент на Земле, и после этого — еще холоднее. Если вам интересно, почему вселенная остывает так быстро, скажите спасибо нашим старым друзьям: энтропии и темной энергии. Вселенная находится в режиме акселерации, вступая в период экспоненциального роста, который будет продолжаться вечно. Вещи буду замерзать очень быстро.

Что происходит при 0 Кельвина?

Все это, конечно, замечательно, да и рекорды побивать тоже приятно. Но в чем смысл? Что ж, есть масса веских причин разбираться в низинах температуры, и не только на правах победителя.

Хорошие ребята из Национального института стандартов и технологий, например, просто хотели бы сделать классные часы. Стандарты времени основаны на таких вещах, как частота атома цезия. Если атом цезия движется слишком много, появляется неопределенность в измерениях, что, в конечном счете, приведет к сбою часов.

Но что более важно, особенно с точки зрения науки, материалы ведут себя безумно на экстремально низких температурах. К примеру, как лазер состоит из фотонов, которые синхронизируются друг с другом — на одной частоте и фазе — так и материал, известный как конденсат Бозе-Эйнштейна, может быть создан. В нем все атомы находятся в одном и том же состоянии. Или представьте себе амальгаму, в которой каждый атом теряет свою индивидуальность, и вся масса реагирует как один нуль-супер-атом.

При очень низких температурах многие материалы становятся сверхтекучими, что означает, что они могут совершенно не обладать вязкостью, укладываться сверхтонкими слоями и даже бросать вызов гравитации в достижении минимума энергии. Также при низких температурах многие материалы становятся сверхпроводящими, что означает отсутствие какого-либо электрического сопротивления. Сверхпроводники способны реагировать на внешние магнитные поля таким образом, чтобы полностью отменять их внутри металла. В результате, вы можете объединить холодную температуру и магнит и получить что-то типа левитации.

Почему есть абсолютный ноль, но нет абсолютного максимума?

Давайте взглянем на другую крайность. Если температура — это просто мера энергии, то можно просто представить атомы, которые подбираются ближе и ближе к скорости света. Не может же это продолжаться бесконечно?

Есть короткий ответ: мы не знаем. Вполне возможно, что буквально существует такая вещь, как бесконечная температура, но если есть абсолютный предел, юная вселенная предоставляет достаточно интересные подсказки относительно того, что это такое. Самая высокая температура, когда-либо существовавшая (как минимум в нашей вселенной), вероятно, случилась в так называемое «время Планка». Это был миг длиной в 10^-43 секунд после Большого Взрыва, когда гравитация отделилась от квантовой механики и физика стала именно такой, какой является сейчас. Температура в то время была примерно 10^32 K. Это в септиллион раз горячее, чем нутро нашего Солнца.

Опять же, мы совсем не уверены, самая ли это горячая температура из всех, что могли быть. Поскольку у нас даже нет большой модели вселенной в момент времени Планка, мы даже не уверены, что Вселенная кипятилась до такого состояния. В любом случае, к абсолютному нулю мы во много раз ближе, чем к абсолютной жаре.

Абсолютный нуль температуры. Что же это такое?

Абсолютный нуль температуры определяется как точка, в которой тепло больше не может покинуть систему. Это соответствует нулю по шкале Кельвина или минус 273,15 по шкале Цельсия. Это так же нуль по шкале Ранкина и минус 459,67 по Фаренгейту.

Классическая физика утверждает, что абсолютный нуль температуры означает полное отсутствие движения отдельных молекул. Однако экспериментальные данные показывают, что это не так. Скорее это указывает на то, что частицы при абсолютном нуле имеют минимальное колебательное движение. Другими словами, хотя тепло и не может покинуть систему при таких условиях, абсолютный нуль температуры все же не представляет собой минимально возможный энергетический уровень этой системы.

В квантовой механике абсолютный нуль представляет самую низкую внутреннюю энергию которое может иметь материя.

Абсолютный нуль и температура

Мы все используем понятие температуры для описания того, насколько горячий или холодный какой-либо объект. Температура объекта зависит от скорости колебаний его атомов и молекул. Хотя абсолютный нуль температуры представляет их колебания на самой низкой скорости, это движение на самом деле никогда не прекращается полностью.

Можно ли достичь абсолютного нуля?

Достичь температуры абсолютного нуля наука пока не может. И, скорее всего, это просто невозможно. Потому что извлечение очень маленьких объемов энергии потребует все больших и больших ее затрат. И извлечение энергии из системы до нуля потребует использования ее бесконечного количества. Хотя ученые все равно работают над решением этой задачи. Самой низкой температуры за всю историю современной физики удалось достигнуть двум ученым из США. Их имена — Эрик Корнелл и Карл Виман. В 1995 году им удалось охладить атом рубидия до температуры, которая была выше абсолютного нуля на 1/170 миллиардную долю градуса по Кельвину.

Отрицательные температуры

Физики утверждают, что бывают даже отрицательные температуры по Кельвину (или Ранкину). Однако это не означает, что частицы становятся холоднее абсолютного нуля. Скорее это показатель того, что просто уменьшилась их энергия.

Это происходит по той причине, что температура является термодинамической величиной. Она связывает между собой энергию и энтропию. Когда система приближается к своей минимальной энергии, ее энтропия начинает увеличиваться. Это происходит только при особых обстоятельствах. Например, в квазиравновесных состояниях. Однако такая активность может привести к возникновению отрицательной температуры. Даже если энергия системы начнет увеличиваться.

Это может показаться странным, но система с отрицательной температурой может быть более горячей, чем система с положительной температурой. Так происходит потому, что распределение тепловой энергии может иметь разное направление. Обычно, в мире с положительной температурой, тепло течет из более горячего места, такого как нагретая печь, в более прохладное место, такое как комната. В системе с отрицательными температурами все будет происходить наоборот.

3 января 2013 года ученые сумели получить квантовый газ, состоящий из атомов калия, который имел отрицательную температуру. Еще ранее, в 2011 году, Вольфганг Кеттерле, Патрик Медли и их команда продемонстрировали возможность получения отрицательной абсолютной температуры в магнитной системе.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *