Абсолютный ноль, а на самом деле мы видим совершенно другую цифру, но почему? Эта температурная величина ассоциируется с таким холодом, который даже трудно себе вообразить. Где вообще можно встретить такую температуру во Вселенной? Ведь даже на самых далёких объектах Пояса Койпера, фактически лишённых света и тепла, например, на поверхностях Эриды или Седны температура составляет примерно – 248 С. Рассмотрим же данный вопрос по порядку!
Абсолютный ноль – это минимальная температура, которую может иметь какое-либо физическое тело во Вселенной. Сама температура тела зависит от движения частиц внутри. Соответственно, чем быстрее движутся частицы, тем выше температура тела, то есть всё зависит от энергии движения частиц. Именно поэтому мы знаем различные агрегатные состояния вещества. Так, когда вода остывает, частицы внутри неё движутся всё медленнее и медленнее, и вода превращается в лёд. А когда вода кипит, то мы видим пар: частицы движутся настолько быстро, что их энергии хватает, чтобы улетучиваться и испаряться. При абсолютном нуле даже атомы водорода, который является самым лёгким элементом, прекращают своё движение.
Мы привыкли измерять в быту температуру в Цельсиях. По шкале Цельсия абсолютный ноль равен – 273, 15. По Фаренгейту это значение составляет – 459, 67. Однако в физике и астрономии принято измерять температуру в Кельвинах, а по Кельвину это значение как раз составит ноль, так как абсолютный ноль – начало всей шкалы, поэтому разница между шкалой Кельвина и Цельсия равняется 273, 15 градусов.
Но достичь температуру абсолютного нуля невозможно, и это лишь гипотетическое значение, так как это означает полную остановку любых видов частиц. Приблизиться к этой отметке можно, а охладить тело полностью до такого состояния – нет. Почему? Потому что, если рассматривать температуру как меру энергии, то ноль - это когда все атомы, проще говоря, стоят и не двигаются. Дальше останавливаться уже не куда, поэтому и остывать тоже.
При попытке охладить тела до таких сверхнизких температур у них появляются новые странные свойства – это сверхпроводимость и сверхтекучесть. Сверхпроводимость заключается в том, что электрическое сопротивление тел в подобном состоянии отсутствует. Отток в сверхпроводящем кольце может течь вечно, если его не беспокоить. Сверхтекучесть можно рассмотреть на примере атомов гелия, охлаждённых до – 270, 95 С. Они проявили способность проходить в самые крохотные щели и отверстия, а в своём обычном состоянии, такой способности у атомов гелия нет.
Математическое доказательство того, что достичь температуры абсолютного нуля невозможно, сводится к тому, что охлаждение любой системы представляет собой поэтапный процесс. Каждый шаг подразумевает извлечение некоторого количества энергии из системы, после чего она оказывается ещё холоднее, и на извлечение дополнительной энергии потребуется ещё больше работы. Как утверждают учёные, если поставить конечной целью достижение абсолютного нуля температуры, количество требуемых шагов оказывается равным бесконечности. Это знакомая история, ведь что-то подобное связано и с достижением скорости света. Может быть, Вселенная специально препятствует нам?..
Учёные надеются, что полученные ими выводы, как и другие исследования в этой области, могли бы оказаться полезны при изучении квантового мира, ведь такая глобальная заморозка становится окном в квантовую реальность, где тела начинают проявлять свою иную природу: твёрдые тяготеют к сверхпроводимости, а жидкие – к неправдоподобной текучести. До сих пор учёные не уверены в применимости законов термодинамики к квантовому миру.
Квантовый мир – совершенно другой, непохожий на наш привычный. В классическом представлении при абсолютном нуле всё должно остановиться. В квантовом мире это уже не работает. Одним из предсказаний квантовой механики является знаменитый Принцип неопределённости Гейзенберга, говорящий о том, что вы никогда не можете измерить точное положение или импульс частицы с совершенной определенностью. Либо мы знаем ее местоположение, но не можем определить скорость, либо наоборот.
Если бы вы могли охладить герметичную комнату до абсолютного нуля, произошли бы весьма странные вещи. Давление воздуха упало бы практически до нуля, и поскольку давление воздуха обычно противостоит гравитации, воздух сколлапсирует в очень тонкий слой на полу. Все эти «чудеса» с низкими температурами опять же возможны из-за сверхтекучести и сверхпроводимости. Если материалы становятся сверхтекучими, это означает, что они могут совершенно не обладать вязкостью, укладываться сверхтонкими слоями и даже бросать вызов гравитации в достижении минимума энергии. Сверхпроводники же способны реагировать на внешние магнитные поля таким образом, чтобы полностью отменять их внутри металла. В результате, вы можете объединить холодную температуру и магнит и получить что-то типа левитации.
Жаль, что достижение абсолютного нуля – это что-то из области фантастики, сродной полётам со скоростью света. Даже в космосе температура реликтового излучения, являющегося эхом Большого взрыва, составляет – 270 С, или 3 градуса по абсолютной шкале Кельвина. Конечно, и сама эта температура тоже не вечна, и Вселенная в связи с расширением постоянно остывает. Спустя 17 млрд лет температура реликтового излучения опустится до 1 Кельвина, а через 95 млрд лет как раз станет возможным посмотреть, что творится при абсолютном нуле, если, конечно, всё не повернёт обратно, и она не начнёт опять сжиматься. Кто знает, какое будущее нас может ждать?
*По материалам hi-news, mk.ru
#абсолютный ноль #физика #космос #наука #научно-популярное
Вам может быть интересно:
Пуховик не спасёт: самый холодный уголок во Вселенной
Что скрывается за пределами видимой Вселенной?
Наша родная обитель в галактике: рукав Ориона
В мире ледяных облаков: планета Манн из фильма "Интерстеллар"
Лучи смерти: что за изобретение придумал Никола Тесла?
Что будет, если очутиться внутри газовых гигантов?
Существуют ли во Вселенной бозонные звёзды?
Видимая (Наблюдаемая) Вселенная: это сколько?
Больше, чем можно себе представить: сверхскопление Шепли
Что не так в Солнечной системе?