Абсолютний 0. Чому не можна досягти абсолютного нуля температур

Коли у зведенні погоди пророкують температуру близько нуля, на ковзанку йти не варто: лід танутиме. Температура танення льоду прийнята за нуль градусів за шкалою Цельсія - найпоширенішою температурною шкалою.
Нам чудово знайомі негативні градуси шкали Цельсія - градуси<ниже нуля>, градуси холоду. Найнижча температура Землі була зареєстрована Антарктиді: -88,3°Ц. Поза Землею можливі ще більш низькі температури: на поверхні Місяця в місячну північ буває до - 160°Ц.
Але ніде не можуть існувати скільки завгодно низькі температури. Гранично низька температура – ​​абсолютний нуль – за шкалою Цельсія відповідає – 273,16°.
Від абсолютного нуля бере початок абсолютна температурна шкала, шкала Кельвіна. Лід тане при 273,16 ° Кельвіна, а вода кипить при 373,16 ° К. Таким чином, градус До дорівнює градусу Ц. Але за шкалою Кельвіна всі температури позитивні.
Чому ж 0 ° К - межа холоду?
Тепло - хаотичний рух атомів та молекул речовини. Коли речовину охолоджують, у неї забирають теплову енергію, і при цьому безладний рух частинок слабшає. Зрештою, при сильному охолодженні, теплова<пляска>частинок майже повністю припиняється. Цілком завмерли б атоми і молекули при температурі, яка і прийнята за абсолютний нуль. Згідно з принципами квантової механіки, при абсолютному нулі припинився б саме тепловий рух частинок, але самі частки не завмерли б, оскільки вони не можуть бути в спокої. Таким чином, при абсолютному нулі частинки все ж таки повинні зберігати якийсь рух, який називають нульовим.

Однак охолодити речовину до температури нижче абсолютного нуля - задум настільки ж безглуздий, як, скажімо, намір<идти медленнее, чем стоять на месте>.

Більше того, навіть досягти точного абсолютного нуля практично також неможливо. До нього можна лише наблизитись. Тому що ніякими способами не можна відібрати у речовини абсолютно всю теплову енергію. Деяка частка теплової енергії залишається при найглибшому охолодженні.
Як досягають наднизьких температур?
Заморозити речовину складніше, аніж нагріти. Це видно хоча б із порівняння пристрою печі та холодильника.
У більшості побутових та промислових холодильників тепло віднімається завдяки випаровуванню особливої ​​рідини - фреону, який циркулює по металевих трубках. Секрет у тому, що фреон може перебувати в рідкому стані лише за досить низької температури. У холодильній камері за рахунок тепла камери він нагрівається і кипить, перетворюючись на пару. Але пара стискається компресором, зріджується і надходить у випарник, заповнюючи спад фреону, що випаровується. Енергія витрачається працювати компресора.
В апаратах глибокого охолодження носієм холоду служить надхолодна рідина – рідкий гелій. Безбарвний, легкий (у 8 разів легший за воду), він кипить під атмосферним тиском при 4,2°К, а у вакуумі - при 0,7°К. Ще нижчу температуру дає легкий ізотоп гелію: 0,3 ° До.
Влаштувати гелієвий холодильник, що постійно діє, досить складно. Дослідження проводяться просто у ваннах з рідким гелієм. А щоб скрапити цей газ, фізики користуються різними прийомами. Наприклад, розширюють попередньо охолоджений і стислий гелій, випускаючи його через тонкий отвір у вакуумну камеру. При цьому температура ще знижується і деяка частина газу перетворюється на рідину. Ефективніше не лише розширювати охолоджений газ, а й змусити його виконувати роботу - рухати поршень.
Отриманий рідкий гелій зберігають у спеціальних термосах – судинах Дьюара. Вартість цієї холодної рідини (єдиної не замерзаючої у абсолютного нуля) виходить досить високою. Проте рідкий гелій у наші дні використовується дедалі ширше, як у науці, а й у різних технічних пристроях.
Найнижчих температур вдалося досягти іншим способом. Виявляється, молекули деяких солей, наприклад хромокалієвих галунів, можуть повертатися вздовж силових магнітних ліній. Таку сіль попередньо охолоджують рідким гелієм до 1°К і поміщають у сильне магнітне поле. При цьому молекули повертаються вздовж силових ліній, а тепло, що виділилося, відбирається рідким гелієм. Потім магнітне поле різко знімають, молекули знову повертаються в різні боки, а витрачена

на це робота веде до подальшого охолодження солі. Так отримали температуру 0,001° К. Подібним у принципі методом, застосовуючи інші речовини, можна отримати ще нижчу температуру.
Найнижча температура, отримана поки Землі, дорівнює 0,00001° До.

Надплинність

Речовина, заморожена до наднизьких температур у ваннах із рідким гелієм, помітно змінюється. Гума стає крихкою, свинець - твердим, як сталь, і пружним, багато сплавів збільшують міцність.

Своєрідно поводиться сам рідкий гелій. При температурі нижче 2,2° До він набуває небувале для звичайних рідин властивість - надплинність: деяка його частина повністю втрачає в'язкість і без будь-якого тертя протікає крізь вузькі щілини.
Явище це, відкрите 1937 р. радянським фізиком академіком П. JI. Капицею, потім було пояснено академіком JI. Д. Ландау.
Виявляється, при наднизьких температурах починають помітно позначатися квантові закони поведінки речовини. Як вимагає один із таких законів, від тіла до тіла енергія може передаватися лише цілком певними порціями-квантами. У рідкому гелії так мало квантів тепла, що на всі атоми їх не вистачає. Частина рідини, позбавлена ​​квантів тепла, перебуває при абсолютному нулі температури, її атоми зовсім не беруть участь у безладному тепловому русі і не взаємодіють зі стінками судини. Ця частина (її назвали гелієм-Н) і має надплинність. Зі зниженням температури гелію-П стає все більше, і при абсолютному нулі весь гелій перетворився б на гелій-Н.
Надплинність зараз вивчена дуже докладно і навіть знайшла корисне практичне застосування: за її допомогою вдається розділяти ізотопи гелію.

Надпровідність

Біля абсолютного нуля надзвичайно цікаві зміни відбуваються з електричними властивостями деяких матеріалів.
У 1911 р. голландський фізик Камерлінг-Оннес зробив несподіване відкриття: виявилося, що за температури 4,12° До ртуті повністю зникає електричний опір. Ртуть стає надпровідником. Електричний струм, наведений у надпровідному кільці, не згасає і може текти майже завжди.
Над таким кільцем надпровідна кулька паритиме в повітрі і не падатиме, ніби казкова<гроб Магомета>, тому що його вага компенсується магнітним відштовхуванням між кільцем і кулькою. Адже струм, що незагасає, в кільці створить магнітне поле, а воно, у свою чергу, наведе в кульці електричний струм і разом з ним протилежно спрямоване магнітне поле.
Крім ртуті, надпровідністю біля абсолютного нуля мають олово, свинець, цинк, алюміній. Ця властивість виявлена ​​у 23 елементів та більше ста різних сплавів та інших хімічних сполук.
Температури появи надпровідності (критичні температури) становлять досить широкий інтервал - від 0,35 ° К (гафній) до 18 ° К (сплав ніобій-олово).
Явище надпровідності, як і понад-
плинності, докладно вивчено. Знайдено залежності критичних температур від внутрішньої структури матеріалів та зовнішнього магнітного поля. Розроблено глибоку теорію надпровідності (важливий внесок внесено радянським ученим академіком Н. Н. Боголюбовим).
Сутність цього парадоксального явища знову ж таки суто квантова. При наднизьких температурах електрони в

надпровіднику утворюють систему попарно зв'язаних частинок, які не можуть віддавати енергію кристалічних ґрат, витрачати кванти енергії на її нагрівання. Пари електронів рухаються, як би<танцуя>, між<прутьями решетки>- іонами та обходять їх без зіткнень та передачі енергії.
Надпровідність все ширше використовується у техніці.
Входять до практики, наприклад, надпровідні соленоїди - котушки з надпровідника, занурені в рідкий гелій. У них скільки завгодно довго може зберігатися одного разу наведений струм і, отже, магнітне поле. Воно може досягати гігантської величини – понад 100 ТОВ Ерстед. У майбутньому, безперечно, з'являться потужні промислові надпровідні пристрої - електродвигуни, електромагніти і т.д.
У радіоелектроніці чималу роль починають грати надчутливі підсилювачі та генератори електромагнітних хвиль, які особливо добре діють у ваннах з рідким гелієм, – там повністю зникають внутрішні<шумы>апаратури. В електронно-обчислювальній техніці блискуче майбутнє обіцяють малопотужним надпровідним перемикачам - кріотронам (див. ст.<Пути электроники>).
Неважко уявити собі, наскільки привабливо було б просунути дію подібних приладів в область вищих, доступніших температур. Останнім часом відкривається надія створення полімерних плівкових надпровідників. Своєрідний характер електропровідності в таких матеріалах обіцяє блискучу можливість зберегти надпровідність навіть за кімнатних температур. Вчені наполегливо шукають шляхи здійснення цієї надії.

У надрах зірок

А тепер заглянемо в царство найгарячішого, що є на світі, - у надра зірок. Туди, де температури сягають мільйонів градусів.
Безладний тепловий рух у зірках настільки інтенсивний, що цілі атоми там існувати не можуть: вони руйнуються у незліченних зіткненнях.
Така сильно розпечена речовина тому не може бути ні твердою, ні рідкою, ні газоподібною. Воно перебуває у стані плазми, тобто суміші електрично заряджених<осколков>атомів - атомних ядер та електронів.
Плазма – своєрідний стан речовини. Оскільки її частинки електрично заряджені, вони чуйно підкоряються електричним та магнітним силам. Тому близьке сусідство двох атомних ядер (вони несуть позитивний заряд) – явище рідкісне. Лише при високих щільностях і величезних температурах атомні ядра, що налітають один на одного, здатні зблизитися впритул. Тоді відбуваються термоядерні реакції - джерело енергії зірок.
Найближча до нас зірка – Сонце складається головним чином із водневої плазми, яка розпечена у надрах світила до 10 млн. градусів. За таких умов тісні зближення швидких водневих ядер – протонів хоч і рідко, але трапляються. Іноді протони, що зблизилися, вступають у взаємодію: подолавши електричне відштовхування, вони потрапляють у владу гігантських ядерних сил тяжіння, стрімко<падают>один на одного і зливаються. Тут відбувається миттєва перебудова: замість двох протонів з'являються дейтрон (ядро важкого ізотопу водню), позитрон та нейтрино. Звільняється енергія 0,46 млн. електрон-вольт (МЕВ).
Кожен окремий сонячний протон може вступити в таку реакцію в середньому один раз за 14 млрд. років. Але протонів у надрах світила так багато, що то тут, то там відбувається ця малоймовірна подія, – і горить наша зірка своїм рівним, сліпучим полум'ям.
Синтез дейтронів лише перший крок сонячних термоядерних перетворень. Новонароджений дейтрон дуже скоро (у середньому через 5,7 сек) з'єднується ще з одним протоном. Виникає ядро ​​легкого гелію та гамма-квант електромагнітного випромінювання. Звільняється 5,48 МеВ енергії.
Нарешті, в середньому раз на мільйон років можуть зійтись і з'єднатися два ядра легкого гелію. Тоді утворюється ядро ​​звичайного гелію (альфа-частка) і відщеплюються два протони. Виділяється 12,85 МеВ енергії.
Цей триступінчастий<конвейер>термоядерних реакцій не єдиний. Існує й інший ланцюжок ядерних перетворень, швидших. У ній беруть участь (не витрачаючись) атомні ядра вуглецю та азоту. Але в обох випадках з водневих ядер синтезуються альфа-частинки. Фігурально кажучи, воднева плазма Сонця<сгорает>, перетворюючись на<золу>- Плазму гелію. І у процесі синтезу кожного грама гелієвої плазми виділяється 175 тис. кВт-год енергії. Велика кількість!
Щомиті Сонце випромінює 4 1033 ерг енергії, втрачаючи у вазі 4 1012 г (4 млн. т) речовини. Але повна маса Сонця 2 1027 т. Значить, за мільйон років завдяки випромінюванню Сонце<худеет>лише на одну десятимільйонну частину своєї маси. Ці цифри промовисто ілюструють ефективність термоядерних реакцій та гігантську калорійність сонячного.<горючего>- Водню.
Термоядерний синтез, мабуть, головне джерело енергії всіх зірок. За різних температур і щільностей зоряних надр здійснюються різні типи реакцій. Зокрема, сонячна<зола>-ядра гелію - при 100 млн. градусів сама стає термоядерним<горючим>. Тоді з альфа-часток можуть синтезуватися ще важчі атомні ядра - вуглецю і навіть кисню.
Як вважають багато вчених, вся наша Метагалактика в цілому теж плід термоядерного синтезу, який проходив за температури в мільярд градусів (див. ст.<Вселенная вчера, сегодня и завтра>).

До штучного сонця

Надзвичайна калорійність термоядерного<горючего>спонукала вчених домагатися штучного здійснення реакцій ядерного синтезу.
<Горючего>- Ізотопів водню на нашій планеті чимало. Наприклад, надважкий водень тритій можна отримати з металу літію в ядерних реакторах. А важкий водень – дейтерій входить до складу важкої води, яку можна видобути із звичайної води.
Тяжкий водень, витягнутий із двох склянок звичайної води, дав би в термоядерному реакторі стільки енергії, скільки зараз дає спалювання бочки першосортного бензину.
Труднощі в тому, щоб попередньо нагріти<горючее>до температур, при яких воно здатне спалахнути могутнім термоядерним вогнем.
Вперше це завдання було вирішено у водневій бомбі. Ізотопи водню там підпалюються вибухом атомної бомби, що супроводжується нагріванням речовини до багатьох десятків мільйонів градусів. В одному з варіантів водневої бомби термоядерним пальним служить хімічне з'єднання важкого водню з легким літієм - дейтерид легкого л і т і я. Цей білий порошок, схожий на столову сіль,<воспламеняясь>від<спички>, Якою служить атомна бомба, миттєво вибухає і створює температуру в сотні мільйонів градусів.
Щоб порушити мирну термоядерну реакцію, треба насамперед навчитися без послуг атомної бомби розігрівати малі дози досить щільної плазми ізотопів водню до температур сотні мільйонів градусів. Ця проблема - одна з найважчих у сучасній прикладній фізиці. Над нею вже багато років працюють вчені з усього світу.
Ми вже говорили, що саме хаотичний рух частинок створює нагрітість тіл, причому середня енергія їхнього безладного руху відповідає температурі. Нагріти холодне тіло - означає будь-яким способом створити цей безлад.
Уявіть, що дві групи бігунів стрімко мчать назустріч один одному. Ось вони зіткнулися, перемішалися, почалася штовханина, плутанина. Чудовий безлад!
Приблизно так само фізики спочатку намагалися отримати високу температуру - шляхом зіштовхування газових струменів високого тиску. Газ нагрівався до 10 тисяч градусів. Свого часу це був рекорд: температура вища, ніж на поверхні Сонця.
Але при цьому способі подальший, досить повільний, не вибуховий нагрівання газу неможливий, так як тепловий безлад миттєво поширюється на всі боки, зігріваючи стінки експериментальної камери і навколишнє середовище. Отримане тепло швидко залишає систему і ізолювати її неможливо.
Якщо струменя газу замінити потоками плазми, проблема теплоізоляції залишається дуже важкою, але відкривається надія на її вирішення.
Щоправда, і плазму не можна захистити від втрат тепла судинами, виготовленими з речовини навіть найтугоплавкішого. Торкаючись твердих стінок, гаряча плазма негайно остигає. Зате можна спробувати втримати і розігріти плазму, створивши її скупчення у вакуумі так, щоб вона не торкалася стін камери, а висіла в порожнечі, ні до чого не торкаючись. Тут слід користуватися тим, що частки плазми не нейтральні, як атоми газу, а електрично заряджені. Тому у русі вони піддаються дії магнітних сил. Виникає завдання: влаштувати магнітне поле особливої ​​конфігурації, в якому гаряча плазма висіла б як у мішку з невидимими стінками.
Найпростіший вид такого п.еля створюється автоматично, коли через плазму пропускають сильні імпульси електричного струму. Навколо плазмового шнура у своїй наводяться магнітні сили, які прагнуть стиснути шнур. Плазма відокремлюється від стінок розрядної трубки, і в осі шнура в товсті частинок температура піднімається до 2 млн. градусів.
У нашій країні такі експерименти були виконані ще 1950 р. під керівництвом академіків JI. А. Арцимовича та М. А. Леонтовича.
Інший напрямок дослідів - використання магнітної пляшки, запропонованої 1952 р. радянським фізиком Г. І. Буд-кером, нині академіком. Магнітна пляшка влаштовується в пробкотроні - циліндричної вакуумної камери, з зовнішньою обмоткою, яка згущується біля кінців камери. Струм, що протікає по обмотці, створює в камері магнітне поле. Його силові лінії в середній частині розташовуються паралельно утворюючим циліндра, а в кінці стискаються і утворюють магнітні пробки. Частинки плазми, впорскнуті в магнітну пляшку, в'ються навколо силових ліній, відбиваються від пробок. В результаті плазма деякий час утримується усередині пляшки. Якщо енергія введених у пляшку плазмових частинок досить велика і їх досить багато, вони вступають у складні силові взаємодії, їх спочатку упорядкований рух заплутується, стає безладним – температура водневих ядер піднімається до десятків мільйонів градусів.
Додаткове нагрівання досягається електромагнітними<ударами>по плазмі, стиском магнітного поля і т. д. Зараз плазму ядер важкого водню розжарюють до сотень мільйонів градусів. Щоправда, це вдається зробити або короткий час, або за малої щільності плазми.
Щоб порушити реакцію, що самопідтримується, належить далі підняти температуру і щільність плазми. Домогтися цього важко. Однак проблема, як переконані вчені, безперечно вирішувана.

Г.Б. Анфілов

Розміщення фотографій та цитування статей з нашого сайту на інших ресурсах дозволяється за умови вказівки посилання на першоджерело та фотографії.

Термін «температура» з'явився за часів, коли вчені-фізики думали, що теплі тіла складаються з більшої кількості специфічної субстанції – теплороду, ніж ті самі тіла, але холодні. А температура трактувалася як величина, що відповідає кількості теплороду у тілі. З того часу температуру будь-яких тіл вимірюють у градусах. Але насправді це міра кінетичної енергії рухомих молекул, і, виходячи з цього, її слід вимірювати в Джоулях, відповідно до Системи одиниць Сі.

Поняття «абсолютний нуль температури» виходить із другого початку термодинаміки. По ньому процес переходу тепла від холодного тіла до гарячого неможливий. Це поняття запроваджено англійським фізиком У. Томсоном. Йому за досягнення у фізиці було даровано дворянське звання «лорд» та титул «барон Кельвін». У 1848 р. У. Томсон (Кельвін) запропонував використовувати температурну шкалу, у якій за початкову точку прийняв абсолютний нуль температури, що відповідає граничному холоду, а ціною розподілу взяв градус Цельсія. Одиницею Кельвіна є 1/27316 частка температури потрійної точки води (близько 0 град. З), тобто. температури, за якої чиста вода відразу знаходиться у трьох видах: лід, рідка вода та пара. температури - це мінімально можлива низька температура, коли він рух молекул зупиняється, і з речовини вже неможливо витягти теплову енергію. З того часу шкала абсолютних температур стала називатися його ім'ям.

Температура вимірюється за різними шкалами

Найбільш уживана шкала температури зветься «шкала Цельсія». Вона побудована на двох точках: на температурі фазового переходу води з рідини в пару та води у лід. А. Цельсій в 1742 р. запропонував відстань між опорними точками розділити на 100 проміжків, а води прийняти за нуль, у своїй точку замерзання за 100 градусів. Але швед К. Лінней запропонував зробити навпаки. З того часу вода замерзає при нулі градусів А. Цельсія. Хоча точно за Цельсієм вона має кипіти. Абсолютний нуль за Цельсієм відповідає мінус 273,16 градусів Цельсія.

Є ще кілька температурних шкал: Фаренгейта, Реомюра, Ранкіна, Ньютона, Ромера. Вони мають різні та ціну поділу. Наприклад шкала Реомюра теж побудована на реперах кипіння та замерзання води, але вона має 80 поділів. Шкала Фаренгейта, що з'явилася 1724 р., використовується у побуті лише деяких країнах світу, зокрема США; одна – температура суміші водяний лід – нашатир та інша – людського тіла. Шкала ділиться на сто поділів. Нуль Цельсія відповідає 32 Переведення градусів у фаренгейти можна зробити за формулою: F = 1,8 C + 32. Зворотний переклад: С = (F - 32)/1,8, де: F - градуси Фаренгейта, С - градуси Цельсія. Якщо вам ліньки рахувати, сходіть в онлайн-сервіс з перекладу Цельсія в Фаренгейти. У рамочці наберіть число градусів Цельсія, натисніть «Розрахувати», виберіть «Фаренгейт» та натисніть «Пуск». Результат з'явиться одразу.

Названа на честь англійської (точніше шотландської) фізика Вільяма Дж. Ранкіна, колишнього сучасником Кельвіна та одним із творців технічної термодинаміки. У його шкалі важливих точок три: початок – абсолютний нуль, точки замерзання води 491,67 градуса Ранкіна та закипання води 671,67 град. Число поділів між замерзанням води та її закипанням і у Ранкіна, і у Фаренгейта дорівнює 180.

Більшістю цих шкал користуються виключно фізики. А 40% опитаних у наші дні американських школярів випускних класів сказали, що вони не знають, що таке абсолютний нуль температури.

АБСОЛЮТНИЙ НУЛЬ

АБСОЛЮТНИЙ НУЛЬ, температура, при якій всі компоненти системи мають найменшу кількість енергії, допустиму за законами КВАНТОВОЇ МЕХАНІКИ; нуль на шкалі температур за Кельвіном, або -273,15 ° С (-459,67 ° за Фаренгейтом). При цій температурі ентропія системи - кількість енергії, придатної для здійснення корисної роботи, - також дорівнює нулю, хоча загальна кількість енергії системи може бути відмінною від нуля.

Науково-технічний енциклопедичний словник.

Дивитися що таке "АБСОЛЮТНИЙ НУЛЬ" в інших словниках:

Температури - це мінімальна межа температури, яку може мати фізичне тіло. Абсолютний нуль є початком відліку абсолютної температурної шкали, наприклад, шкали Кельвіна. За шкалою Цельсія абсолютному нулю відповідає температура -273 … Вікіпедія

АБСОЛЮТНИЙ НУЛЬ ТЕМПЕРАТУРИ- Початок відліку термодинамічної шкали температури; розташований на 273,16 К (Кельвін) нижче води, тобто. дорівнює 273,16 ° С (Цельсія). Абсолютний нуль гранично низька температура, в природі і практично недосяжна. Велика політехнічна енциклопедія

Це мінімальна межа температури, що може мати фізичне тіло. Абсолютний нуль є початком відліку абсолютної температурної шкали, наприклад, шкали Кельвіна. За шкалою Цельсія абсолютному нулю відповідає температура −273,15 °C.

Абсолютний нуль температури – це мінімальна межа температури, яку може мати фізичне тіло. Абсолютний нуль є початком відліку абсолютної температурної шкали, наприклад, шкали Кельвіна. За шкалою Цельсія абсолютному нулю відповідає ... Вікіпедія

Розг. Пренебр. Незначна, незначна людина. ФСРЯ, 288; БТС, 24; ЗС 1996, 33 …

нуль- абсолютний нуль … Словник російської ідіоматики

Нуль і нуль сущ., м., упот. порівняння. часто Морфологія: (ні) чого? нуля і нуля, чому? нулю та нулю, (бачу) що? нуль та нуль, чим? нулем і нулем, про що? про нуль, нуль; мн. що? нулі та нулі, (ні) чого? нулів і нулів, чому? нулям і нулям, (бачу)… … Тлумачний словник Дмитрієва

Абсолютний нуль (нуль). Розг. Пренебр. Незначна, незначна людина. ФСРЯ, 288; БТС, 24; ЗС 1996, 33 У нуль. 1. Жарг. мовляв. Жарт. іронії. Про сильне сп'яніння. Юганови, 471; Вахітів 2003, 22. 2. Жарг. муз. Точно, у повній відповідності до… … Великий словник російських приказок

абсолютний- абсолютний абсурд абсолютний авторитет абсолютний бездоганність абсолютний безлад абсолютний вигадка абсолютний імунітет абсолютний лідер абсолютний мінімум абсолютний монарх абсолютний мораль абсолютний нуль … … Словник російської ідіоматики

Книги

• Абсолютний нуль, Абсолют Павло. Життя всіх творінь божевільного вченого раси несів дуже коротке. Але в чергового експерименту з'являється шанс існування. Що ж чекає на нього попереду?

Чи думали ви над тим, наскільки низькою може бути температура? Що являє собою абсолютний нуль? Чи вдасться людству колись досягти його і які можливості відкриються після такого відкриття? Ці та інші подібні питання здавна займали уми багатьох фізиків та й просто допитливих людей.

Що є абсолютний нуль

Навіть якщо з дитинства не любили фізику, вам, напевно, знайоме поняття температури. Завдяки молекулярно-кінетичній теорії тепер ми знаємо, що між нею та рухами молекул і атомів існує певний статичний зв'язок: чим більша температура будь-якого фізичного тіла, тим швидше рухаються його атоми, і навпаки. Виникає питання: «Чи існує така нижня межа, коли елементарні частинки застигнуть дома?». Вчені вважають, що це теоретично можливо, стовпчик термометра опиниться на позначці -273,15 градусів за шкалою Цельсія. Це значення отримало назву абсолютний нуль. Іншими словами, це мінімально можлива межа, до якої може бути охолоджене фізичне тіло. Є навіть абсолютна температурна шкала (шкала Кельвіна), в якій абсолютний нуль є точкою відліку, а одиничний поділ шкали дорівнює одному градусу. Вчені по всьому світу не припиняють роботи з досягнення цього значення, оскільки це обіцяє людству великі перспективи.

Чому це так важливо

Гранично низькі та гранично високі температури тісно пов'язані з поняттям надплинності та надпровідності. Зникнення електричного опору в надпровідниках дозволить досягти немислимих значень ККД та виключити будь-які втрати енергії. Якби вдалося знайти спосіб, який дозволить вільно досягти значення "абсолютний нуль", багато проблем людства було б вирішено. Поїзди, що ширяють над рейками, легші і менш об'ємні двигуни, трансформатори та генератори, високоточна магнітоенцефалографія, високоточні годинники - ось лише кілька прикладів того, що може принести надпровідність у наше життя.

Останні наукові досягнення

У вересні 2003 року дослідники з MIT та NASA зуміли охолодити газ натрій до рекордно низького значення. У ході експерименту до фінішної позначки (абсолютний нуль) їм не вистачило лише половини мільярдної частки градуса. У процесі тестів натрій постійно знаходився в магнітному полі, яке утримувало його від дотику до стінок контейнера. Якби вдалося подолати температурний бар'єр, молекулярний рух у газі повністю зупинився б, адже таке охолодження витягло б всю енергію з натрію. Дослідники застосували методику, автор якої (Вольфганг Кеттерле) отримав у 2001 році Нобелівську премію з фізики. Ключовим моментом у тестах були газові процеси конденсації Бозе-Ейнштейна. Тим часом ніхто ще не скасовував третій початок термодинаміки, згідно з яким абсолютний нуль - це не тільки нездоланна, а й недосяжна величина. До того ж, діє принцип невизначеності Гейзенберга, і атоми просто не можуть зупинитися як укопані. Таким чином, поки що абсолютний нуль температури для науки залишається недосяжним, хоч вчені й змогли наблизитися до нього на мізерну відстань.