Абсолютный нуль представляет собой минимальный предел температур, достичь которого, согласно законам термодинамики, нельзя. Но как ученым удалось рассчитать это значение?
Температура является мерой движения атомов и молекул. С этой точки зрения абсолютный нуль представляет собой температуру, при которой атомы и молекулы перестают двигаться — у них просто нет энергии для передвижения или колебаний. Меньшие по размеру элементарные частицы могут двигаться даже при, казалось бы, полном отсутствии энергии. Это объясняется принципом неопределенности Гейзенберга, согласно которому мы не можем одновременно точно измерить координату и импульс квантовой частицы.
Достичь этого минимального предела с точки зрения термодинамики нельзя — для этого потребуется тело с температурой, равной или меньше абсолютного нуля, что невозможно. В современных системах для охлаждения вещества его заставляют совершать работу, в результате чего оно теряет энергию и остывает. Для приближения вплотную к пределу ученые направляют лазерные лучи на движущиеся атомы противоположно направлению движения, чтобы уменьшить их скорость. На сегодняшний день физики смогли охладить вещество до температуры всего на 10-12 градуса выше абсолютного нуля — пока что это рекорд.
Абсолютный нуль считается началом отсчета абсолютных температурных шкал, в частности, шкалы Кельвина. По этой шкале температура замерзания воды составляет 273,16 градуса. Впервые о возможности существования минимума температур высказался Роберт Бойль в 1665 году. Он думал, что существует некое тело, имеющее минимальную температуру и содержащееся в других телах. Согласно Бойлю, именно благодаря этому телу все остальные объекты имеют свою температуру.
За ним последовали эксперименты французского физика Гийома Амонтона, который с помощью своего «воздушного» термометра измерял «упругость» воздуха. Физик утверждал, что самой низкой будет та температура, при которой упругость воздуха станет нулевой.
По шкале Гийома Амонтона абсолютный нуль должен быть равен примерно -240°C. Физик просто взял значение упругости при двух температурах (например, кипения и замерзания воды) и представил зависимость этих двух величин друг от друга в виде прямой. Распространив прямую на всю ось координат, ученый выяснил, что нулевое значение упругости воздух будет иметь при температуре в -240°C.
Впоследствии принимались и другие попытки рассчитать значение абсолютного нуля. И не все из полученных исследователями значений оказались близки к истине. Например, один из выдающихся химиков XVIII и XIX века Джон Дальтон посчитал, что абсолютный нуль должен быть примерно при температуре в -3000°C. Большая часть первых попыток посчитать абсолютный нуль температур основывалась на свойствах каких-либо соединений.
Лорд Кельвин первый использовал для своих расчетов только теоретические выкладки. Используя теорию Карно, он впервые вывел температуру, при которой атомы любого физического тела становятся неподвижны. Она оказалась равной примерно -273°C. До начала XX века, пока не появились более точные методы анализа, ученые пользовались разными значениями абсолютного нуля — от -271,1°C до -274,5°C.
