Вчера мне прислали следующий вопрос:
Расскажите пожалуйста что значит абсолютный ноль? Как может быть так, что температура не может быть ниже этого значения? И если есть абсолютный ноль как нижняя граница температуры, то есть ли какая-то верхняя граница?
Да, действительно абсолютный ноль – это минимальная возможная температура, которую может иметь физическое тело. В привычных нам градусах Цельсия эта температура равна -273.15 градусов.
Что такое температура? Это количественная мера нагретости физического тела. От чего зависит температура? Почему одни тела имеют большую температуру, а другие - меньшую? Что их отличает друг от друга?
Главным отличием является скорость броуновского движения частиц из которых состоит тело - атомов и молекул. Чем быстрее движутся молекулы и атомы - тем больше температура тела, чем медленнее - тем меньше. Если выражаться точнее, у более нагретых тел более высокая средняя кинетическая энергия частиц из которых оно состоит.
Когда объект остывает - уменьшается средняя скорость движения частиц, из которых оно состоит. Таким образом абсолютный ноль - это такая гипотетическая температура, при которой тепловое движение частиц полностью остановится.
Почему гипотетическая? Потому что такая температура является недостижимой. Для того, чтобы охладить тело до абсолютного нуля термодинамическим способом понадобится хладагент который холоднее абсолютного нуля, но это невозможно. Чтобы хладагент имел температуру ниже абсолютного нуля средняя кинетическая энергия движения его частиц должна стать отрицательной, что невозможно - кинетическая энергия прямо пропорциональна квадрату скорости и массе. Чтобы она стала отрицательной либо скорость должна быть выражена комплексным числом, либо масса должна стать отрицательной.
Тела охлажденные до температур близких к абсолютному нулю начинают проявлять интересные, не присущие им в обычных условиях, свойства, такие как например сверхпроводимость, сверхтекучесть и др.
Окей, если абсолютный ноль – это нижняя возможная граница температуры, а есть ли верхняя? И ответ - да! Верхней границей температуры является так называемая планковская температура. Она равна примерно 1.417×10³² кельвинов или градусов Цельсия - в таком масштабе разница между шкалой Цельсия и кельвинами настолько мала, что ей можно пренебречь.
Физический смысл планковской температуры таков: длина волны света излучаемого нагретым телом может быть рассчитана в зависимости от его температуры. Чем выше температура - тем меньше длина волны. При планковской температуре длина волны излучаемого света становится равна еще одной фундаментальной константе - планковской длине (1.616×10⁻³⁵ м) и начинают работать эффекты квантовой гравитации.
Читайте также: Превышаем скорость света
В этот момент современная физика заходит в тупик, так как у нас пока нет разработанной теории квантовой гравитации и поэтому мы не можем достоверно описать поведение тел имеющих температуру больше планковской температуры в рамках современной физики.
Предположительно вселенная имела температуру равную планковской температуре в первые наносекунды после большого взрыва. Но это не точно.
Ставьте палец вверх чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мой канал в телеграме. Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос.