Theoretisch ist der absolute Nullpunkt die kälteste Temperatur, die irgendwo im Universum möglich ist. Sie ist die Grundlage für die Kelvin-Skala, eine der drei Temperaturskalen, die in der alltäglichen Physik und im Leben verwendet werden. Der absolute Nullpunkt entspricht 0 Grad Kelvin, geschrieben als 0 K, was -273,15° Celsius (oder Celsius) und -459,67° Fahrenheit entspricht. Die Kelvin-Skala enthält weder negative Zahlen noch Gradsymbole.
Die Temperatur selbst ist ein Maß für die Bewegung von Teilchen und beim absoluten Nullpunkt alle Teilchen in der Natur haben minimale schwingungsassoziierte Bewegung mit einem winzigen Bewegungsniveau am quantenmechanischen Niveau. Wissenschaftler sind dem absoluten Nullpunkt unter Laborbedingungen verlockend nahe gekommen, haben ihn aber nie erreicht.
Die drei Temperaturskalen und der absolute Nullpunkt
Der Schmelzpunkt (oder Gefrierpunkt) von Wasser und der Siedepunkt von Wasser werden auf der Celsius-Skala, auch als Celsius-Skala bekannt, als 0 und 100 definiert. Die Fahrenheit-Skala wurde nicht unter Berücksichtigung solcher natürlicher Annehmlichkeiten bestimmt, und der Schmelz- und Siedepunkt von Wasser entsprechen 32 ° F bzw. 212 ° F.
Die Celsius- und Kelvin-Skalen haben die gleiche Maßeinheit; das heißt, jeder Anstieg der Kelvin-Temperatur um ein Grad entspricht einem Anstieg der Temperatur um ein Grad Celsius, obwohl sie um 273,15 Grad ausgeglichen werden.
Um zwischen Fahrenheit und Celsius umzurechnen, verwenden Sie:
F=1.8C+32
Die physikalischen Auswirkungen des absoluten Nullpunkts
Die Möglichkeit, in wissenschaftlichen Experimenten den absoluten Nullpunkt zu erreichen, wird durch die Tatsache eingeschränkt, dass ein Wissenschaftler dem absoluten Nullpunkt näher kommt, desto schwieriger ist es, die restliche Wärme aus dem System abzuführen – ein Eingreifen bei den wenigen verbleibenden Atomkollisionen ist praktisch unmöglich. 1994 erreichte das National Institute of Standards and Technology in Boulder, Colorado, eine Rekordtieftemperatur von 700 nK oderK 700 Milliardstel Grad, und im Jahr 2003 senkten Forscher des Massachusetts Institute of Technology diesen Wert auf 450 pK oder 0,45 nK.
Unter normalen, alltäglichen Temperaturbeschränkungen verlangsamen sich viele physikalische und chemische Reaktionen merklich. Denken Sie an das Starten Ihres Autos an einem kalten Wintermorgen im Vergleich zur gleichen Aufgabe an einem kühlen Herbsttag oder daran, wie viel schneller die Reaktionen Ihres eigenen Körpers werden, wenn Sie sich durch Sport aufheizen.
Bemerkenswerte Experimente
Das 2009 ins All gestartete Planck-Observatorium der Europäischen Weltraumorganisation enthielt Instrumente, die eingefroren wurden auf 0,1 Kelvin, eine Anpassung, die erforderlich ist, um zu verhindern, dass Mikrowellenstrahlung die Satellitenkamera an Bord trübt Vision. Dies geschah nach dem Start in vier Schritten, von denen einige im Umlauf befindliche Präparate aus Wasserstoff und Helium umfassten.
Ein einzigartiger Ansatz zur Temperatursenkung ermöglichte es Forschern der Ludwig-Maximilians-Universität München im Jahr 2013, in Deutschland zwingt eine kleine Anzahl von Atomen in eine Anordnung, die nicht nur den absoluten Nullpunkt zu erreichen schien, sondern sogar darunter lag es. Sie setzten Magnete und Laser ein, um einen Cluster aus 100.000 Kaliumatomen in einen Zustand mit absolut negativer Temperatur zu bringen.