Teoretycznie zero absolutne to najzimniejsza temperatura, jaka jest możliwa w dowolnym miejscu we wszechświecie. Jest podstawą skali Kelvina, jednej z trzech skal temperatury używanych w codziennej fizyce i życiu. Zero bezwzględne odpowiada 0 stopniom Kelvina, zapisanym jako 0 K, co odpowiada -273,15° Celsjusza (lub Celsjusza) i -459,67° Fahrenheita. Skala Kelvina nie zawiera liczb ujemnych ani symboli stopni.
Sama temperatura jest miarą ruchu cząstek, a przy zerze absolutnym wszystkich cząstek w przyrodzie mają minimalny ruch związany z wibracjami, z minimalnym poziomem ruchu w mechanice kwantowej poziom. Naukowcy zbliżyli się kusząco do osiągnięcia zera absolutnego w warunkach laboratoryjnych, ale nigdy tego nie osiągnęli.
Trzy skale temperatury i zero absolutne
Temperatura topnienia (lub zamarzania) wody i temperatura wrzenia wody są definiowane jako 0 i 100 w skali Celsjusza, znanej również jako skala stopni celsjusza. Skala Fahrenheita nie została wyznaczona z myślą o takich naturalnych udogodnieniach, a temperatury topnienia i wrzenia wody odpowiadają odpowiednio 32 ° F i 212 ° F.
Skale Celsjusza i Kelvina mają tę samą jednostkę miary; oznacza to, że każdy wzrost temperatury o jeden stopień Kelvina odpowiada wzrostowi temperatury o jeden stopień Celsjusza, chociaż są one przesunięte o 273,15 stopnia.
Aby dokonać konwersji między stopniami Fahrenheita i Celsjusza, użyj:
F=1,8C+32
Fizyczne implikacje zera absolutnego
Możliwość osiągnięcia zera absolutnego w eksperymentach naukowych jest ograniczona tym, że im bliżej zera absolutnego zbliża się naukowiec, tym trudniej jest usunąć wszelkie pozostałe ciepło z układu – interwencja w kilka pozostałych zderzeń atomowych jest praktycznie niemożliwy. W 1994 roku Narodowy Instytut Standardów i Technologii w Boulder w Kolorado osiągnął rekordowo niską temperaturę 700 nK, czyli 700 miliardowych stopnia, a w 2003 roku naukowcy z Massachusetts Institute of Technology obniżyli to do 450 pK lub 0,45 nK.
W normalnych, codziennych ograniczeniach temperaturowych wiele reakcji fizycznych i chemicznych zauważalnie spowalnia. Pomyśl o uruchomieniu samochodu w mroźny zimowy poranek w porównaniu do tego samego zadania w chłodny jesienny dzień lub o tym, o ile szybsze stają się reakcje we własnym ciele, gdy rozgrzewasz się podczas ćwiczeń.
Wybitne eksperymenty
Obserwatorium Planck Europejskiej Agencji Kosmicznej, wystrzelone w kosmos w 2009 roku, zawierało instrumenty, które zostały zamrożone do 0,1 kelwina, korekta konieczna, aby zapobiec zmętnieniu promieniowania mikrofalowego przez pokładową kamerę satelitarną wizja. Osiągnięto to po uruchomieniu w czterech etapach, z których część obejmowała cyrkulację preparatów wodoru i helu.
W 2013 r. unikalne podejście do obniżania temperatury umożliwiło naukowcom z Uniwersytetu Ludwiga Maksymiliana w Monachium in Niemcy zmusiły niewielką liczbę atomów do ułożenia, które wydawało się, że nie tylko osiągnęło zero absolutne, ale spadło poniżej to. Użyli magnesów i laserów, aby przenieść klaster 100 000 atomów potasu do stanu o ujemnej temperaturze w skali bezwzględnej.