Az abszolút nulla az a pont, ahol nincs több hőség eltávolítható egy rendszerből, a abszolút vagy termodinamikai hőmérsékleti skála. Ez megfelel nullának Kelvinvagy mínusz 273,15 ° C. Ez a Rankine skálán nulla és mínusz 459,67 F.
A klasszikus kinetikai elmélet szerint az abszolút nulla az egyes molekulák mozgásának hiányát jelenti. Kísérleti bizonyítékok azonban azt mutatják, hogy nem ez a helyzet: Inkább azt jelzi, hogy az abszolút nullán lévő részecskék minimális rezgési mozgással bírnak. Más szavakkal, noha a hőt nem lehet abszolút nullán eltávolítani a rendszerből, az abszolút nulla nem jelenti a lehető legalacsonyabb entalpia állapotot.
A kvantummechanikában az abszolút nulla jelenti a szilárd anyag legalacsonyabb belső energiáját az alapállapotában.
Abszolút nulla és hőmérséklet
Hőfok arra szolgál, hogy mekkora vagy meleg legyen egy tárgy. A tárgy hőmérséklete attól függ, hogy milyen sebességgel osztoznak atomi és molekulái. Noha az abszolút nulla a legkisebb sebességgel mutat rezgéseket, mozgásuk soha nem áll meg teljesen.
Lehetséges-e elérni az abszolút nullát?
Eddig nem lehet elérni az abszolút nullát - bár a tudósok megközelítették. A Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézet (NIST) rekordos hideg hőmérsékletet (700 nK (kelvin milliárdod)) ért el 1994-ben. A Massachusettsi Technológiai Intézet kutatói új rekordot, 0,45 nK-t állítottak fel 2003-ban.
Negatív hőmérsékletek
A fizikusok bebizonyították, hogy negatív Kelvin (vagy Rankine) hőmérsékletet lehet elérni. Ez azonban nem azt jelenti, hogy a részecskék hidegebbek, mint az abszolút nulla; inkább azt jelzi, hogy az energia csökkent.
Ennek oka az, hogy a hőmérséklet a termodinamikai az energiával és az entrópiával kapcsolatos mennyiség. Ahogy egy rendszer megközelíti maximális energiáját, energiája csökkenni kezd. Ez csak különleges körülmények között fordul elő, mint például a kvázi-egyensúlyi állapotokban, amelyekben a spin nincs benne egyensúlyi elektromágneses mezővel. Ez az aktivitás azonban negatív hőmérsékletet eredményezhet, még akkor is, ha energiát adunk hozzá.
Furcsa módon egy negatív hőmérsékleten működő rendszer forróbbnak tekinthető, mint a pozitív hőmérsékleten működő rendszer. Ennek oka az, hogy a hőt annak áramlási iránya szerint határozzák meg. Általában a pozitív hőmérsékletű világban a hő melegebb helyről, például egy forró tűzhelyről áramlik egy hűvösebb helyre, például egy helyiségbe. A hő negatív rendszerről pozitív rendszerre áramlik.
2013. január 3-án a tudósok kvantumgázt alkottak, amely: kálium atomok, amelyek hőmérséklete negatív volt a mozgás szabadsági foka szempontjából. Ezt megelőzően, 2011-ben, Wolfgang Ketterle, Patrick Medley és csapatuk demonstrálták a negatív abszolút hőmérséklet lehetőségét egy mágneses rendszerben.
A negatív hőmérsékletekkel kapcsolatos új kutatások további rejtélyes viselkedést tártak fel. Például Achim Rosch, a németországi Kölni Egyetem elméleti fizikusa kiszámította, hogy az atomok negatív abszolút hőmérsékleten egy a gravitációs mező "fel" és nem csak "le" mozoghat. A nem nulla gáz utánozza a sötét energiát, ami arra készteti az univerzumot, hogy gyorsabban és gyorsabban bontsa ki a befelé mutatót gravitációs húzás.
források
Merali, Zeeya. "A kvantumgáz az abszolút nulla alá megy." Természet, Március 2013. doi: 10.1038 / nature.2013.12146.
Medley, Patrick és mtsai. "Spin gradiens mágneseztetés Ultrahideg atomok hűtése." Physical Review Letters, kötet 106. szám, nem 2011. május 19. doi.org/10.1103/PhysRevLett.106.195301.