Понятие температуры всегда волновало человека. И с древних времен многое поменялось в наших ощущениях, опасениях и вопросах. Скажем, в Средневековье мудрые люди попытались предположить, что наш организм нагревается за счет некой невесомой субстанции – теплорода. От количества его флюидов, якобы и зависит степень тепла, удерживаемого телами.
Ныне мы пытаемся убедить себя, что температура – это мера внутренней энергии тела, обусловленной хаотическим движением молекул. Но достаточно ли такого утверждения?
Это вопрос в действительности гораздо интересней, чем мы привыкли думать. Чтобы ответить на него, следует устремиться в своих представлениях туда, где тепло уменьшается.
Считается, что рекордно низкая температура за все время наблюдений на Земле была зафиксирована в Антарктиде на советской станции Восток в 1983 году. Полярниками была измерена и занесена в журнал наблюдений температура - 89,2 °С.
Этот рекорд числится пока не превзойденным, хотя американские физики установили недавно, что в Антарктиде все же есть области, где температура часто бывает ниже рекордной и может достигать экстремальных значений до -94 °С.
При такой температуре человека ждет летальный исход от спазмов легких примерно через две минуты. Эти ощущения не хочется даже и представлять. Становится как-то не по себе при мысли, что такие условия присутствуют на нашей планете…
И все же, порог смертельного холода на Земле – страшное исключение. А вот в Солнечной системе, которую мы стремимся со временем освоить, экстремальные температуры, к сожалению, являются нормой.
Еще недавно ученые авторитетно утверждали, что самой холодной из планетарных объектов является Плутон. Он очень далек от Солнца и температура, которую ему приписывали по данным исследований, составляет около -230 °С.
Однако в 2009 году было сделано потрясающее открытие – оказывается на Луне температура может быть даже ниже, чем на Плутоне! Она достигает там -240 градусов Цельсия. Об этом поведал миру американский аппарат Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), запущенный НАСА на орбиту Луны в рамках новой лунной программы.
Дело в том, что внутрь некоторых кратеров солнечные лучи никогда не проникают из-за глубокой тени отбрасываемой высокими стенками. Так что будущих строителей лунных баз ждет ужасающий холод, какого не встретишь ни в одном уголке Земли.
Тем не менее, в нашей Вселенной есть места еще менее дружелюбные, где температуры достигают запредельных и совершенно невообразимых отметок. В этом отношении прославилась Туманность Бумеранг – молодая планетарная туманность и самый холодный пока объект в известном нам мире.
Туманность эта находится в созвездии Центавра в 5-ти тысячах световых лет от Земли! Она сформировалась вокруг яркой центральной звезды, когда та сбросила оболочку на одном из последних этапов своей жизни. Эта туманность расширяется, распространяя газовое вещество со скоростью 600 000 км/ч.
За счет огромной скорости звездного выброса, молекулы газа охлаждаются до -271 °С, что является минимальной из официально зарегистрированных естественных температур!
Казалось бы, куда еще меньше, но эта температура, все же, еще не самая низкая. Ведь абсолютным нулем считается значение -273,15 градусов по шкале Цельсия. По Фаренгейту это равняется -459,67 градусам. Вот предел, когда тепловое движение полностью останавливается.
Но такая температура не встречается нигде в известной нам Вселенной. Потому что в космосе температура будет всегда держаться выше абсолютного нуля за счет фона реликтового излучения, оставшегося от «Большого взрыва». Так что речь может идти исключительно о лабораторных условиях ее достижения.
Итак, при абсолютном нуле движение в любом веществе должно прекратиться, но здесь не обойтись без более «дотошных» правил квантовой механики. Один из ее постулатов гласит, что у атомных частиц невозможно одновременно определить их положение и импульс. А значит, мы не можем основательно рассуждать о природе абсолютного холода!
Если бы, скажем, мы смогли охладить герметичную комнату до абсолютного нуля, произошли бы странные вещи. Давление воздуха бы исчезло, а поскольку оно обычно противостоит гравитации, воздух сколлапсирует в очень тонкий молекулярный слой на полу.
о даже в этом случае молекулы «расплющенного» слоя воздуха останутся подвижными! Согласно рассмотренному нами постулату, они будут спонтанно вибрировать из-за эффекта квантовой неопределенности.
Что же получается? Вселенная настолько «жива», что заморозить ее до полной остановки атомного движения просто невозможно. А ведь любое лабораторное оборудование на Земле тоже является частью Вселенной. И хотя исследователи все ближе подбираются к условной отметке абсолютного нуля, процесс его достижения носит, скорее, характер научной «игры в бисер».
Максимально близко к цели оказались американские физики Э. Корнелл и К. Виман в 1995 году при лазерном охлаждении атомов рубидия.
Но для чего вообще ученые пытаются «загонять» атомы в их наинизшее возможное квантовое состояние? Ответ прост – их интересуют способы получения сверхтекучести и сверхпроводимости вещества, которые достигаются именно при таких условиях...
