Теоретично абсолютний нуль - це найхолодніша температура, яка можлива в будь-якій точці Всесвіту. Це основа шкали Кельвіна, однієї з трьох температурних шкал, що використовуються у повсякденній фізиці та житті. Абсолютний нуль відповідає 0 градусам за Кельвіном, записаним як 0 К, що еквівалентно -273,15 ° за Цельсієм (або за Цельсієм) і -459,67 ° за Фаренгейтом. Шкала Кельвіна не включає ні від’ємних чисел, ні символів градусів.
Сама температура є мірою руху частинок, а за абсолютного нуля - усіх частинок у природі мають мінімальний рух, пов’язаний з вібрацією, з мінімальним рівнем руху на квантово-механічному рівень. Вчені дбайливо наблизились до досягнення абсолютного нуля в лабораторних умовах, але так і не досягли цього.
Три температурні шкали і абсолютний нуль
Температура плавлення (або замерзання) води і температура кипіння води визначаються як 0 і 100 за шкалою Цельсія, також відомою як шкала за Цельсієм. Шкала Фаренгейта не була визначена з урахуванням таких природних зручностей, а точки плавлення та кипіння води відповідають 32 ° F та 212 ° F відповідно.
Шкала Цельсія і Кельвіна мають однакову одиницю виміру; тобто кожен підйом температури на один градус за Кельвіном відповідає підвищенню температури за Цельсієм на один градус, хоча вони компенсуються на 273,15 градусів.
Для перетворення між Фаренгейтом і Цельсієм використовуйте:
F = 1,8C + 32
Фізичні наслідки абсолютного нуля
Доцільність досягнення абсолютного нуля в наукових експериментах обмежується тим фактом, що чим ближче до абсолютного нуля вчений, тим важче видалити з системи залишки тепла - втручання в кілька невдалих атомних зіткнень є практично неможливо. У 1994 році Національний інститут стандартів і технологій у Боулдері, штат Колорадо, досяг рекордно низької температури 700 нК, або 700 мільярдних градусів градуса, а в 2003 році дослідники з Массачусетського технологічного інституту знизили це значення до 450 pK або 0,45 nK.
За нормальних, щоденних обмежень температури багато фізичних та хімічних реакцій помітно сповільнюються. Подумайте про те, щоб запустити машину холодним зимовим ранком порівняно з тим самим завданням у прохолодний осінній день, або про те, наскільки швидшими стають реакції у вашому власному тілі, коли ви нагріваєтесь, здійснюючи вправи.
Помітні експерименти
Обсерваторія Європейського космічного агентства "Планк", запущена в космос у 2009 році, включала заморожені прилади до 0,1 Кельвіна, регулювання, необхідне для запобігання забрудненню мікрохвильового випромінювання бортовою супутниковою камерою зір. Це було досягнуто після запуску в чотири етапи, деякі з яких включали циркулюючі препарати водню та гелію.
У 2013 році унікальний підхід до зниження температури дозволив дослідникам Мюнхенського університету Людвіга-Максиміліана в Німеччина, щоб змусити невелику кількість атомів домовитись, що, здавалося, не лише досягло абсолютного нуля, але йшло нижче це. Вони використовували магніти та лазери для переміщення кластера з 100 000 атомів калію в стан із негативною температурою за абсолютним масштабом.