Самые низкие температуры на Земле и во Вселенной
Самая низкая в принципе
ГДЕ Нигде. В природе такое не встречается
СКОЛЬКО –273,15 °С, или 0 К (градусов Кельвина)[pullquote align=»right»][note note_color=»#dcdcdc» text_color=»#000000″ radius=»0″]
Уильям Томсон, лорд Кельвин Британский физик, специалист в области термодинамики, электродинамики и механики. В его честь названа одна из семи единиц измерения Международной системы — единица термодинамической температуры Кельвин.[/note][/pullquote]
Однажды лорд Кельвин обозвал нерасторопного дворецкого абсолютным нулём. Так появился термин. Шутка. Более того, совсем не этот учёный первым определил самую низкую температуру.
Ещё в начале XVIII века об «абсолютном холоде» задумался французский физик Гийом Амонтон. Он обнаружил, что воздух при нагреве от 0 °С (точка замерзания воды) до 100 (кипение) увеличивает давление примерно на треть. Учёный задумался: насколько нужно охладить воздух, чтобы давление исчезло, то есть воздух превратился в твёрдое вещество? И получил –293 °С.
Спустя полтора столетия британский физик Уильям Томпсон (тогда ещё не удостоенный титула лорда Кельвина), исходя из похожих соображений, рассчитал почти точное значение абсолютного нуля. Впоследствии Кельвин построил свою шкалу, отталкиваясь от этой точки.
В реальности абсолютный ноль не существует. Почему? Температуру тела создаёт движение атомов, а значит, при –273,15 °С все они должны находиться в полном покое. Но это невозможно из-за квантовых эффектов, так называемых нулевых колебаний, которые есть даже у вакуума.
Самая низкая в природе
ГДЕ Туманность Бумеранг, которая находится на расстоянии 5 тысяч световых лет от Земли
СКОЛЬКО 1 К (–272 °С)Где же попытаться найти наименьшую температуру? Наверное, там, где нет никаких источников тепла — например, в открытом космосе вдали от галактик? Увы, мы потерпим неудачу, ибо даже космическое захолустье нагрето на несколько градусов, а именно до 2,725 К, за счёт реликтового излучения, оставшегося после Большого взрыва.
Но, оказывается, в космосе может быть что-то холоднее пустоты. В 1995 году астрономы Европейской южной обсерватории, расположенной в Чили, рассчитали, что звёздный газ в туманности Бумеранг извергается со скоростью в 600 тыс. км/ч. Такой «быстрый» газ охлаждается до 1К за счёт адиабатического процесса, суть которого в том, что если газ очень быстро расширяется, то он одновременно и охлаждается, потому что его внутренняя тепловая энергия расходуется — например, как в случае с туманностью, на увеличение газовой оболочки. Этот принцип лежит в основе работы большинства холодильников.
Самая низкая в Солнечной системе
ГДЕ Луна
СКОЛЬКО –240 °СКазалось бы, чем дальше от Солнца, тем холоднее, и в некоторой степени это верно. В тройку самых холодных мест входят спутник Нептуна Тритон (не выше –237,6 °С), Плутон (–230 °С) и, неожиданно, — Луна.
Почему так холодно на Тритоне, понятно: как-никак 4,5 миллиарда километров от Солнца. Плутон холоднее, чем должен быть, из-за того, что азотный лёд на его поверхности тает при приближении планеты к Солнцу и вновь образуется при удалении.
Надо заметить, в Солнечной системе ещё много, очень много неисследованных тел, и, вполне возможно, какие-то объекты из Облака Оорта или пояса Койпера могут подвинуть Луну с пьедестала.
Самая низкая из созданных человеком
ГДЕ Лаборатория низких температур, Хельсинкский технологический университет
СКОЛЬКО 50 пикокельвин (0,000 000 000 05 К)Многие материалы проявляют удивительные свойства при сверхнизких температурах. Например, металлы становятся сверхпроводящими, жидкости и сконденсированные газы — сверхтекучими. При температуре около абсолютного нуля существует конденсат Бозе — Эйнштейна, состояние вещества, при котором все атомы приобретают один и тот же энергетический уровень и становятся неотличимы друг от друга.
Весной этого года физик Марк Касевич и его коллеги из Стэнфордского университета смогли охладить конденсат из 100 тысяч атомов рубидия до температуры около 50 пикокельвин, говорится в статье, опубликованной в Physical Review Letters. Таких показателей удалось достигнуть с помощью специального лазера, подавлявшего движение атомов.
Самая низкая на Земле
ГДЕ Станция «Восток», Антарктида
СКОЛЬКО –89,2 °СВосток — дело не только тонкое, но и очень холодное, если речь идёт об антарктической станции. Температурный рекорд –89,2 °С, зафиксированный советскими метеорологами в 1983 году, сейчас пытаются оспорить. Например, недавно сообщалось, что рядом с японской полярной станцией «Купол Фудзи» было на два градуса холоднее. Однако измерение проводилось с помощью спутника, а он считывает только температуру поверхности, а не воздуха.
За право считаться полюсом холода в Северном полушарии борются два населённых пункта в Якутии: город Верхоянск и село Оймякон (на самом деле правильнее говорить о местности Оймякон, ибо наблюдения ведутся в 40 километрах от села).
Впрочем, защитники Оймякона не сдаются и не только пытаются подвинуть соседей-соперников, но и посягают на общемировой рекорд. Станция «Восток», справедливо замечают они, находится на высоте более трёх километров над уровнем моря, а Оймякон — 700 метров, и если привести их к одному уровню, Оймякон будет самым холодным местом на планете. В этих рассуждениях, правда, забывается Верхоянск, находящийся чуть более чем в сотне метрах над уровнем моря.
Опубликовано в журнале «Кот Шрёдингера»
Абсолютный минимум на земле. Что такое абсолютный ноль и можно ли его достичь
Термин «температура» появился во времена, когда ученые-физики думали, что теплые тела состоят из большего количества специфической субстанции — теплорода, — чем такие же тела, но холодные. А температура трактовалась как величина, соответствующая количеству теплорода в теле. С тех пор температуру любых тел измеряют в градусах.
Понятие «абсолютный ноль температуры» исходит из второго начала термодинамики. По нему процесс перехода тепла от холодного тела к горячему невозможен. Это понятие введено английским физиком У. Томсоном. Ему за достижения в физике было даровано дворянское звание «лорд» и титул «барон Кельвин». В 1848 г. У.Томсон (Кельвин) предложил использовать температурную шкалу, в которой за начальную точку принял абсолютный ноль температуры, соответствующий предельному холоду, а ценой деления взял градус Цельсия. Единицей Кельвина является 1/27316 доля температуры тройной точки воды (около 0 град. С), т.е. температуры, при которой чистая вода сразу находится в трех видах: лед, жидкая вода и пар. температуры — это минимально возможная низкая температура, при которой движение молекул останавливается, и из вещества уже невозможно извлечь тепловую энергию.
Температура измеряется по разным шкалам
Наиболее употребляемая шкала температуры носит название «шкала Цельсия». Она построена на двух точках: на температуре фазового перехода воды из жидкости в пар и воды в лед. А. Цельсий в 1742 г. предложил расстояние между опорными точками разделить на 100 промежутков, а воды принять за ноль, при этом точку замерзания за 100 градусов. Но швед К. Линней предложил сделать наоборот. С тех пор вода замерзает при ноле градусов А. Цельсия. Хотя точно по Цельсию она должна кипеть. Абсолютный ноль по Цельсию соответствует минус 273,16
Есть еще несколько температурных шкал: Фаренгейта, Реомюра, Ранкина, Ньютона, Рёмера. Они имеют разные опорные точки и цену деления. Например шкала Реомюра тоже построена на реперах кипения и замерзания воды, но она имеет 80 делений. Шкала Фаренгейта, появившаяся в 1724 г., используется в быту только в некоторых странах мира, в т. ч.
США; одна — температура смеси водяной лед — нашатырь и другая — человеческого тела. Шкала делится на сто делений. Ноль Цельсия соответствует 32 Перевод градусов в фаренгейты можно сделать по формуле: F = 1,8 C + 32. Обратный перевод: С = (F — 32)/1,8, где: F — градусы Фаренгейта, С — градусы Цельсия. Если вам лень считать, сходите в онлайн-сервис по переводу Цельсия в Фаренгейты. В рамочке наберите число градусов Цельсия, нажмите «Рассчитать», выберите «Фаренгейт» и нажмите «Пуск». Результат появится сразу.
Шкала Ранкина названа в честь английского (точнее шотландского) физика Уильяма Дж. Ранкина, бывшего современником Кельвина и одним из создателей технической термодинамики. В его шкале важных точек три: начало — абсолютный ноль, точки замерзания воды 491,67 градус Ранкина и закипания воды 671,67 град. Число делений между замерзанием воды и ее закипанием и у Ранкина, и у Фаренгейта равно 180.
Большинством этих шкал пользуются исключительно физики. А 40% опрошенных в наши дни американских школьников выпускных классов сказали, что они не знают, что такое абсолютный ноль температуры.
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? Если вам интересно, можно ли обогнать волну холода, давайте исследуем самые дальние пределы холодной температуры…
Даже если вы не физик, вы, вероятно, знакомы с понятием температуры. 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).
Абсолютный ноль — это температура -273,15 градусов Цельсия, -459,67 по Фаренгейту и просто 0 по Кельвину. Это точка, где тепловое движение полностью останавливается.
Все останавливается?
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.
Как низко можно пасть?
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.
Какое нам дело?
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.(54).jpg)
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.
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.
Наука
До недавних пор, самой холодной температурой, которую могло иметь физическое тело, считалась температура «абсолютного нуля» по шкале Кельвина. Это соответствует −273,15 градусам по Цельсию или −460 градусам по Фаренгейту.
Теперь же физики из Германии смогли достичь температуры ниже абсолютного нуля. Такое открытие поможет ученым понять такие явления, как темная энергия и создать новые формы вещества.
Абсолютный ноль температуры
В середине 19-го века, британский физик лорд Кельвин создал шкалу абсолютной температуры и определил, что ничто не может быть холоднее, чем абсолютный ноль .
Когда частицы находятся при температуре абсолютного нуля, они перестают движение и у них отсутствует энергия.
Температура объекта — это мера того, насколько атомы движутся. Чем холоднее объект, тем медленнее движутся атомы. При температуре абсолютного нуля или -273,15 градусах по Цельсию, атомы перестают двигаться.
В 1950-х годах, физики начали утверждать, что частицы не всегда теряют энергию при абсолютном нуле.
Ученые из Университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене и Институте квантовой оптики Макса Планка в Гархинге создали газ, который стал холоднее абсолютного нуля на несколько нанокельвинов .
Они охладили около 100 000 атомов до положительной температуры нескольких нанокельвинов (нанокельвин – одна миллиардная часть кельвина) и использовали сеть лазерных лучей и магнитных полей, чтобы контролировать поведение атомов, и подтолкнуть их к новому пределу температуры.
Самая высокая температура
Если самая низкая возможная температура считается абсолютным нулем, то какая температура может считаться его противоположностью — самой высокой температурой? Согласно космологическим моделям, самая высокая возможная температура – это планковская температура, которая соответствует 1.
-42 секунд после Большого взрыва, когда родилась Вселенная.
Самая низкая температура на Земле
Самая низкая температура на Земле была зафиксирована 21 июля 1983 году на станции Восток в Антарктиде, и она составила -89,2 градуса по Цельсию .
Станция Восток – самое холодное постоянное населенное место на Земле. Она была основана Россией в 1957 году и расположена на высоте 3488 метров над уровнем моря.
Самая высокая температура на Земле
Самая высокая температура на Земле была зарегистрирована 10 июля 1913 года в Долине Смерти в Калифорнии и она составила 56,7 градусов по Цельсию .
Предыдущий рекорд самой высокой температуры мире в городе Эль-Азизия в Ливии, составивший 57,7 градусов по Цельсию, был опровергнут Всемирной метеорологической организацией из-за ненадежности данных.
The site is under restoration. Text editing is temporarily unavailable
Абсолютный ноль (иная версия написания»абсолютный нуль») — предельно минимальная температура.
Соответствует примерно — 273.15 градусам Цельсия или 0 градусам Кельвина.
Концепция абсолютного нуля появилась после того, как было выдвинуто предположение, что наблюдаемое тепло — это скорость движения частиц. Теоретически было предложено, что абсолютный ноль это, когда даже самые мельчащие частицы — атомы, прекращают свое движения.
Фактически, эта температура недостижима, так как атомы сохраняют небольшое количество энергии и лишь полное их отсутствие соответствует абсолютному нулю.
При температуре близкой к абсолютному нулю более ярко проявляются квантовые явления, что позволило методом охлаждения создавать простые, квантовые компьютеры.
При понижение температуры металлов, у них появляются свойства сверхпроводимости.
Ученым удавалось охлаждать атомы до температуры близкой к абсолютному нулю — до 170 нанокельвин (менее одного градуса Кельвина, приблизительно — 273.14 Цельсия).
История получения сверх-холодных объектов
Первые опыты
Первые попытки получения «сверх-холодных объектов», представляли из себя не чуть не больше чем заморозка воды с добавлением соли.
Добавленная соль, в зависимости от концентрации повышала температуру замерзания воды на несколько градусов выше чем 100 градусов по шкале Цельсия. (Долгое время шкала Цельсием была «перевернута)
Похожее явление , в водах северного и антарктического океана
Открытие сжижения газов
Значительное продвижение понижении температура стал эксперимент газообразным хлором. В результате эксперимента ученый заинтересовался нежданно появившейся зеленоватой жидкостью на дне запаянной колбы с разогретым газом. Разбив колбу (при этом поранив осколками глаза), он при этом увидел что жидкость улетучилась, на месте где она была появился иней. Так было впервые открыто сжижение газов — при повышении давления, а так же охлаждении предметов — при испарении получавшейся жидкости.
Ученый описал и предположил, что данное явление можно использовать в будущем для хранения еды.
В дальнейшем Фарадей получил сжиженными все известные на тот момент газы, кроме: окиси углерода, кислород и водорода.
Оставшиеся газы под воздействие только давления, все более сложно переходили в жидкое состояние, а водород не удавалось получить вовсе.
Получение жидкого водорода -222.65°С и гелия — 268,9°C
Следующим кому удалось существенно приблизится к температуре абсолютного нуля стал Джеймс Дьюар, которому удалось охладить водород до температуры −222,65 °C. Для охлаждения, помимо используемого давления, он использовал цепное охлаждение газов, жидкий кислород — охлаждал водород.
Вскоре в соседней лаборатории где работал Джеймс, произошло открытие гелия, который в жидком состоянии должен был иметь температуру — 268,9°C . Джеймс Дьюар приступил к попыткам получить гелий в жидком состояние, но столкнулся с множеством проблем. Ученый открывший гелий, находился в ним в ссоре, а приобретенный в конце концов баллон с дорогостоящим (на тот момент) гелием был случайно спущен его ассистентом.
Хейке Камерлинг-Оннес использую ту же технологию каскадного охлаждения, опередил Джеймса и получил нобелевскую премию за получение жидкого гелия.
Гелий при температуре близкой к абсолютному нулю, оказалось обладает необычными свойствами. Эти свойства назвали сверхтекучестью и нулевой вязкость. Жидкий гелий был способен преодолеть емкость сосуда в которой находился и поднимался вверх по стенкам. В 1939 году русский ученый Петр Леонидович Капица, впервые открыл сверхтекучесть. Внутри капельки жидкого гелия при дальнейшем повышении давления появился крохотный бесконечно текущий «фонтан».
Жидкий гелий до сих пор считается самым холодным веществом полученным человеком, кроме конденсата Бора Эйнштейна. Гелий не способен перейти в твердое состояние даже, при абсолютном нуле (без повышения давления).
Получение конденсата Бора-Эйнштейна: 170 нанокельвин
В 20-х года XX века, индийский ученый Шатьендраната Бозе отправил письмо со своей работой по вычислению явлений по теориям Эйнштейна. Эйнштейном в соавторстве с Бозе, предсказал появление особого агрегатного вещества при температуре еще близкой к абсолютному нулю.
Это агрегатное состояние назвали по фамилии ученных «Конденсат Бора-Эйнштейна». Конденсат обладает квантовыми свойствами на макроскопическом уровне.
Конденсат Бора- Эйнштейна был получен только в 1995 году. Для того что бы приблизить температуру максимально к абсолютному нулю использовали лазеры, которые замедляли движения частиц и «конденсатор» выпускал быстро движущиеся частицы.
Температура конденсата составляет 170 нанокельвин. Внутри происходит замедление движение света.
Что такое абсолютный ноль? (Видео)
Абсолютный ноль
Посмотреть это видео на YouTube
Часто задаваемые вопросы
Привет и добро пожаловать на этот видеоурок по абсолютному нулю.
Прежде чем мы перейдем к тому, что такое абсолютный ноль и можно ли его достичь, давайте сначала обсудим идею температуры в целом.
Молекулы имеют энергии . На самом деле они всегда хаотично перемещаются, и мы измеряем это температурой.
Температура — это показатель того, сколько энергии имеют эти молекулы, и чем ее больше, тем горячее мы говорим о чем-то. Например, если бы молекулы в этой комнате двигались очень медленно, здесь было бы очень холодно.
Молекулы могут двигаться по-разному, они могут вибрировать, атомы вращаться, и они могут иметь коллективное движение, подобное волне воды. Все это влияет на температуру вещей.
Теперь абсолютный ноль. Есть три довольно популярных метода измерения температуры. Есть градусы Фаренгейта, Цельсия и Кельвина. В шкале Кельвина, которую любят использовать большинство физиков, 0 — это абсолютный ноль. То, что мы можем сказать, что абсолютный нуль существует, не означает, что мы действительно можем его достичь или наблюдать. Вот почему…
Иметь что-то при абсолютном нуле в теории означает, что оно не имеет кинетической энергии, но это невозможно, потому что тогда материалы перестали бы существовать как нормальная материя по законам квантовой механики.
Позвольте мне объяснить:
Самые низкие наблюдаемые температуры, которые были достигнуты, находятся в пределах долей градуса 0 градусов по Кельвину. При этой температуре газы, над которыми экспериментировали эти ученые, переплетались таким образом, что они больше не были ни газом, ни жидкостью, ни твердым телом, они стали чем-то другим, никогда прежде не виданным.
Итак, на основании этих и других тестов физики пришли к выводу, что даже если мы приблизимся к абсолютному нулю, на самом деле это никогда не будет достигнуто, потому что атомы элемента всегда должны находиться в каком-то движении. Электроны, например, всегда будут иметь некоторую кинетическую энергию, даже если это просто небольшая вибрация.
Надеюсь, это ответ на некоторые из ваших вопросов об Абсолютном Ноле. Спасибо за просмотр и до следующего раза, удачного изучения
Q
Что такое абсолютный ноль?
A
Абсолютный ноль — это теоретическая температура, при которой энтропия системы будет иметь постоянный минимум (минимально возможная энергия) и самая низкая температура по шкале температур.
Его можно представить как 0 K.
Q
Что такое абсолютный ноль по Фаренгейту?
A
Абсолютный ноль по Фаренгейту составляет -459,67 градуса по Фаренгейту.
Q
Что такое абсолютный ноль по Цельсию?
А
Абсолютный ноль по Цельсию равен -273,15 градуса по Цельсию.
Q
Возможен ли абсолютный ноль?
A
Абсолютный ноль невозможен, так как третий закон термодинамики гласит, что систему нельзя охладить до абсолютного нуля.
666130
Является ли абсолютный ноль абсолютным?
Температуры по шкале Кельвина Прямо сейчас, когда я печатаю это предложение, северное полушарие Земли наклонено в сторону от яркого светового шара, которым является Солнце, и здесь холодно (относительно). Люди уже давно записывают и измеряют температуру окружающей среды, и не зря. Постоянное наблюдение за термометром помогает нам подготовиться к потенциальным опасностям холодной погоды.
Возьмем, к примеру, ноль градусов по Цельсию. При таких температурах вода начинает замерзать. В некоторых случаях трубы, по которым течет вода, выходят из строя, а затем возникают различные смертельные бедствия, которые могут быть вызваны этой холодной температурой. Однако ноль градусов по Цельсию довольно теплый по сравнению с нулем градусов по шкале Фаренгейта (в конце концов, вода замерзает при 32 F).
Тем не менее, ни одна из них не может сравниться с температурой, известной как абсолютный ноль.
Абсолютный ноль – это самая низкая возможная температура, которая достигается при нуле градусов Кельвина. Чтобы смоделировать, насколько холоден абсолютный ноль, подумайте вот о чем: вода замерзает при 0 °C или 32 °F, что составляет 273 кельвина (даже близко не к абсолютному нулю). На самом деле, абсолютный ноль не достигается, пока вы не достигнете -273 °C или -459 °F (даже пустое пространство не такое уж холодное; оно составляет около 2,7 К из-за остаточного тепла, оставшегося после Большого взрыва).
Итак, что такое абсолютный ноль? Короче говоря, абсолютный ноль — это когда все молекулярные движения останавливаются. При этой температуре вещи не просто замерзают (или твердеют). Скорее, это точка, в которой энтропия достигает своего минимального значения. Если вы не знаете, что такое «энтропия», то это относится к количеству беспорядка в системе (подробное описание можно найти здесь). Короче говоря, чем выше ваша температура, тем выше ваша энтропия. Чем ниже ваша температура, тем ниже ваша энтропия. Если подумать, то температура на самом деле означает, насколько все атомы в веществе (жидком, газообразном, твердом и т. д.) движутся. Таким образом, по мере того, как вы вкладываете энергию в систему, атомы больше перемещаются, становятся более неупорядоченными и бам! У вас высокая энтропия.
Эта система довольно неупорядочена, поэтому энтропия выше.Источник изображения: Грег Л.
В большинстве случаев абсолютный ноль является абсолютным, если только у вас нет шикарной лаборатории и большого количества оборудования.
В этом случае вы можете «перевернуть» температуру системы, эффективно сделав температуру отрицательной по шкале Кельвина. Это кажется невозможным, верно? Как выйти за пределы абсолютных нуля? Через очень сложный процесс. И благодаря этому процессу мы, кажется, изменили все, что знаем о температуре и о том, что значит быть холодным.
Вы можете спросить: «Как сделать так, чтобы температура была ниже минимальной?» Ответ таков: вы делаете что-то очень, очень горячее. На данный момент мы должны думать об отдельных атомах. По мере увеличения средней энергии системы (назовем ее газом) некоторые атомы приобретают энергию и занимают более высокое энергетическое состояние, тогда как другие занимают более низкие энергетические состояния. Это делает систему более неупорядоченной (следовательно, более высокой энтропии). В этом примере все атомы рассредоточены и имеют разную энергию и так далее. самая высокая положительная температура означает, что газ настолько неупорядочен, насколько это возможно, с атомами во всех возможных состояниях.
Теперь представьте, что вы продолжаете добавлять энергию к газу после достижения максимальной энтропии. Даже атомы с самой низкой энергией начинают занимать более высокие энергетические состояния, пока все атомы не окажутся в одинаковом состоянии (при одинаковой энергии). Для меня это очень похоже на низкую энтропию (более подробное описание эксперимента можно найти здесь).
Средний: Максимальная энтропия (температура бесконечности).
Справа: Низкая энтропия, но очень высокая температура (отрицательная температура). (Источник: Бен Леза из FQTQ)
Для большинства из нас вышеупомянутый пример не имеет особого смысла. Итак, чтобы получить полное представление о теме, давайте визуализируем ее с помощью графика или, что еще лучше, изображения. Представьте, что у вас есть группа очень холодных частиц (низкая температура, то есть малоподвижность, то есть низкая энтропия). Эти частицы занимают долину в нашем визуальном ландшафте науки.
Теперь, когда вы добавляете энергию (тепло) в смесь, частицы начинают взбираться на гору. Некоторые частицы мчатся вверх по склону с юношеским задором, а некоторые отстают. Теперь у нас выше энтропия; наши частицы дальше друг от друга, некоторые еще в долине, некоторые только уходят, а другие уже на пути прямо в гору. Со временем, по мере того как мы добавляем в систему все больше и больше энергии, некоторые частицы достигают вершины горы, затем некоторые сразу за ними, другие за ними и так далее. Теперь наши частицы расположены по через каждые мест на горе; ни одна частица не находится рядом с другой частицей — это чистое безумие. Мы достигли максимальной энтропии в нашей системе; частицы больше не могут распространяться, температура бесконечно высока, и вся гора покрыта.
Теперь мы продолжаем добавлять энергию к этой горе, и по мере увеличения энергии у частиц нет другого выбора, кроме как подняться на гору. Вскоре частицы образуют группы, неуклонно движущиеся вверх, и в конце концов частицы оказываются на пике, все вместе, все очень возбужденные.
Теперь кажется, что наши частицы очень близки друг к другу, очень упорядочены, но все еще очень энергичны. Наша гора снова имеет низкую энтропию, но очень, очень высокую энергию. Наши частицы теперь занимают отрицательные температуры. Поздравляем частицы!
Полезно думать о температуре не как о линии, а как о круге: когда ваша температура достигает бесконечности, вы переходите прямо к отрицательной бесконечности, затем к отрицательному абсолютному нулю и так далее. Можно с уверенностью сказать, что в естественном мире (насколько нам известно) этого не происходит, но ученые снова и снова доказывали, что мы действительно можем преобразовать бесконечно горячую температуру в отрицательную абсолютную температуру.
Если неповиновение законам физики вас не устраивает, отрицательные абсолютные температуры могут предложить ученым еще больше. Одним из захватывающих эффектов является то, что газовое облако при отрицательной абсолютной температуре может бросать вызов гравитации и отталкиваться от нее (что обычно не происходит с материей).