CO TO JEST ABSOLUTE ZERO?

Send

Kanadyjczycy nie mają się czym pochwalić, ale możemy cię oczarować dzięki naszej zdolności do wytrzymania niskich temperatur. Teraz mieszkam na zachodnim wybrzeżu, więc jestem miękka i słaba, rzadko doświadczam temperatur poniżej zera.

Ale dla niektórych moich kanadyjskich braci temperatury mogą spaść do poziomu, który twój umysł i ciało ledwo mogą pojąć. Na przykład mam przyjaciela, który mieszka w Winnipeg, Manitoba. Na dzień zeszłej zimy spadły tam temperatury -31 ° C, ale przy wietrze wydawało się, że -50 ° C. Tego samego dnia na Marsie panowała balsamiczna temperatura -29 ° C. Na Marsie!

Ale dla naukowców i Wszechświata może być znacznie chłodniej. Tak zimno, że używają zupełnie innej skali temperatur - Kelvina - do pomiaru odległości od najzimniejszej możliwej temperatury: Zero Absolutne.

W skali Celsjusza Zero Absolutne wynosi -273,15 stopni. A w Fahrenheicie jest -459,67 stopnia. W skali Kelvina jest to jednak bardzo proste. Absolute Zero wynosi 0 kelwinów.

W tym momencie wyjaśniający naukowiec wpadnie na pole minowe o niewłaściwym użyciu. To nie jest 0 stopni Kelvina, nie mówimy o stopniach, tylko o części Kelvina. Po prostu Kelvin.

Dzieje się tak, ponieważ mierząc coś z dowolnego miejsca, na przykład w kierunku, w którym właśnie skręciłeś, zmieniłeś kurs o 15 stopni. Ale jeśli mierzysz od punktu bezwzględnego, takiego jak najniższa temperatura fizyczna określona przez naturę, upuszczasz stopnie, ponieważ jest to wartość bezwzględna. Absolutna zero.

Oczywiście pewnie też się myliłem. Te rzeczy są trudne.

W każdym razie wracając do Absolute Zero.

Absolute Zero to najzimniejsza możliwa temperatura, którą teoretycznie można osiągnąć. W tym momencie nie można odzyskać energii cieplnej z systemu, nie można wykonać żadnej pracy. To martwy Jim.

Ale to jest całkowicie teoretyczne. Praktycznie niemożliwe jest schłodzenie czegoś do Absolutnego Zera. Aby coś ochłodzić, musisz wykonać pracę, aby wydobyć z niego ciepło. Im jesteś zimniejszy, tym więcej pracy musisz wykonać. Aby dostać się do Absolute Zero, musisz włożyć nieskończoną ilość pracy. I to jest śmieszne.

Jak zapewne nauczyłeś się na lekcji fizyki lub chemii, temperatura gazu przekłada się na ruch cząstek w gazie. Gdy schładzasz gaz, wydobywając z niego ciepło, cząstki zwalniają.

Można by pomyśleć, że przez schłodzenie czegoś do Absolutnego Zera, cały ruch cząstek w tym coś się zatrzyma. Ale to nie prawda.

Z punktu widzenia mechaniki kwantowej nigdy nie można jednocześnie poznać pozycji i pędu cząstek. Gdyby cząstki zatrzymały się, poznałbyś ich pęd (zero) i ich pozycję… właśnie tam. Wszechświat i jego prawa fizyki po prostu nie pozwalają na to. Dziękuję zasadzie nieoznaczoności Heisenberga.

Dlatego zawsze jest mały ruch, nawet jeśli możesz dostać się do Absolutnego Zera, czego nie możesz. Ale nie możesz już z niego wydobywać ciepła.

Fizyk Robert Boyle jako jeden z pierwszych rozważył możliwość istnienia najniższej możliwej temperatury, którą nazwał primum frigidum. W 1702 roku Guillaume Amontons stworzył termometr, który, jak obliczył, osiągnąłby najniższy poziom -240 C. Właściwie dość blisko.

Ale to Lord Kelvin stworzył tę absolutną skalę w 1848 roku, zaczynając od -273 ° C, czyli 0 Kelwinów.

Według tego pomiaru, nawet z wiatrem, Winnipeg był balsamicznym 223 kelwinami tego zimowego dnia.

Z drugiej strony powierzchnia Plutona waha się od niskiego 33 Kelwinów do wysokiego 55 Kelwinów. To jest -240 C do -218 C.

Średnia temperatura tła w całym Wszechświecie wynosi zaledwie 2,7 kelwina. Nie znajdziesz wielu miejsc, w których jest zimno, chyba że wydostaniesz się z ogromnych kosmicznych pustek oddzielających gromady galaktyk.

Z czasem temperatura tła Wszechświata będzie nadal spadać, ale tak naprawdę nigdy nie osiągnie Absolutnego Zera. Nawet w latach Googola, kiedy ostatnia supermasywna czarna dziura w końcu wyparowała i nie ma już użytecznego ciepła w całym Wszechświecie.

W rzeczywistości astronomowie nazywają tę ponurą przyszłość „śmiercią cieplną” Wszechświata. Jest to śmierć upałów, tak jak śmierć wszystkich upałów. I szczęście.

Możesz być zaskoczony, wiedząc, że najzimniejsza temperatura w całym Wszechświecie jest tutaj na Ziemi. W każdym razie czasami. Zakładając, że kosmici nie mają lepszej technologii od nas, co zapewne mają.

W czasie, gdy nagrywam ten film, fizycy używali laserów do chłodzenia gazu Rubidium-87 do zaledwie 170 nanokelwinów, niewielkiej części powyżej Absolutnej Zero. W rzeczywistości zdobyli Nagrodę Nobla za pracę nad odkryciem kondensatów Bosego-Einsteina.

NASA faktycznie pracuje nad nowym eksperymentem o nazwie Cold Atom Lab, który wyśle wersję tej technologii do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, gdzie powinna być w stanie schłodzić materiał do 100 pikokelwinów. To jest zimne.

Oto twoje dania na wynos. Absolute Zero to najzimniejsza możliwa temperatura, jaką można kiedykolwiek osiągnąć, punkt, w którym nie można odzyskać energii cieplnej z systemu. Nigdy nie mów stopni Kelvina, spowoduje to tyle krzyków. Wszechświat nie może się równać z naszymi możliwościami generowania zimna… jeszcze. Weź ten wszechświat.

Bardzo chciałbym usłyszeć najzimniejszą temperaturę, jakiej kiedykolwiek osobiście doświadczyłeś. Dla mnie w grudniu odwiedził Buffalo. To nie tak.