Vad är absolut noll i vetenskap?

Absolut noll definieras som den punkt där ingen mer värme kan avlägsnas från ett system, enligt den absoluta eller termodynamiska temperaturskalan. Detta motsvarar noll Kelvin, eller minus 273,15 C. Detta är noll på Rankine-skalan och minus 459,67 F.

Den klassiska kinetiska teorin säger att absolut noll representerar frånvaron av rörelse av enskilda molekyler. Experimentella bevis visar dock att detta inte är fallet: Det indikerar snarare att partiklar med absolut noll har minimal vibrationsrörelse. Med andra ord, medan värme inte får avlägsnas från ett system med absolut noll, representerar absolut noll inte det lägsta möjliga entalpistillståndet.

I kvantmekanik representerar absolut noll den lägsta inre energin i fast substans i dess marktillstånd.

Absolut noll och temperatur

Temperatur används för att beskriva hur varmt eller kallt ett objekt är. Temperaturen på ett objekt beror på hastigheten med vilken dess atomer och molekyler svänger. Även om absolut noll representerar svängningar med sin långsammaste hastighet, stoppar deras rörelse aldrig helt.

Är det möjligt att nå absolut noll

Hittills är det inte möjligt att nå absolut noll - även om forskare har närmade sig det. National Institute of Standards and Technology (NIST) uppnådde en rekordkyltemperatur på 700 nK (miljarder av en kelvin) 1994. Massachusetts Institute of Technology forskare sätter ett nytt rekord på 0,45 nK 2003.

Negativa temperaturer

Fysiker har visat att det är möjligt att ha en negativ Kelvin (eller Rankine) temperatur. Detta betyder dock inte att partiklar är kallare än absolut noll; snarare är det en indikation på att energin har minskat.

Detta beror på att temperaturen är en termodynamisk kvantitet relaterad till energi och entropi. När ett system närmar sig sin maximala energi börjar energin att minska. Detta inträffar endast under speciella omständigheter, som i kvasi-jämviktstillstånd där snurrning inte är i jämvikt med ett elektromagnetiskt fält. Men sådan aktivitet kan leda till en negativ temperatur, även om energi tillförs.

Konstigt nog kan ett system vid en negativ temperatur anses vara varmare än ett vid en positiv temperatur. Detta beror på att värme definieras i enlighet med den riktning i vilken det flyter. Normalt, i en värld med positiv temperatur, flödar värme från en varmare plats, en sådan varm spis till en svalare plats som ett rum. Värme skulle flyta från ett negativt system till ett positivt system.

Den 3 januari 2013 bildade forskare en kvantgas bestående av kaliumatomer som hade en negativ temperatur när det gäller rörelsegrader av frihet. Innan detta, 2011, visade Wolfgang Ketterle, Patrick Medley och deras team möjligheten till negativ absolut temperatur i ett magnetiskt system.

Ny forskning om negativa temperaturer avslöjar ytterligare mystiskt beteende. Till exempel har Achim Rosch, en teoretisk fysiker vid universitetet i Köln, i Tyskland, beräknat att atomer vid en negativ absolut temperatur i ett gravitationsfält kan flytta "upp" och inte bara "ner". Subzero-gas kan efterlikna mörk energi, vilket tvingar universum att expandera snabbare och snabbare mot det inåtgående gravitationsdraget.

källor

Merali, Zeeya. "Kvantgas går under absolut noll." Natur, 2013. doi: 10.1038 / nature.2013.12146.

Medley, Patrick, et al. "Spin Gradient Demagnetization Cooling of Ultracold Atoms." Physical Review Letters, vol. 106, nr. 19 maj 2011. doi.org/10.1103/PhysRevLett.106.195301.