Абсолютный ноль — это теоретическая температура, при которой полностью прекращается тепловое движение частиц вещества. Она равна −273,15 °C или 0 К (кельвинов) и является нижним пределом шкалы термодинамической температуры. Однако измерить эту температуру напрямую невозможно, и вот почему.
Почему абсолютный ноль нельзя достичь?
Согласно третьему закону термодинамики, достичь абсолютного нуля невозможно. Это связано с принципом квантовой механики, известным как принцип неопределенности Гейзенберга. Даже при самых низких температурах частицы сохраняют остаточную энергию, называемую нулевой энергией, которая предотвращает полное прекращение их движения. Поэтому абсолютный ноль остается теоретическим понятием, а не достижимым состоянием.
Как близко мы можем подойти к абсолютному нулю?
Современные технологии позволяют ученым подходить к абсолютному нулю на расстояние в миллионные доли кельвина. Например, в лабораториях используются методы лазерного охлаждения и магнитного охлаждения для достижения температур, близких к абсолютному нулю. К примеру, в 2022 году учёные из старейшего в Швейцарии Базельского университета установили новый температурный рекорд по сверхсильному охлаждению вещества, его охладили до 220 мкК, что всего лишь на 220 миллионных долей градуса выше абсолютного нуля.
Какие термометры используются для измерения сверхнизких температур?
Для измерения температур, близких к абсолютному нулю, используются специализированные приборы, которые могут работать в экстремальных условиях. Вот несколько из них:
Термометры на основе сопротивления
Эти термометры измеряют изменение электрического сопротивления материалов при низких температурах. Например, платиновые термометры сопротивления (PRT) используются для измерения температур в диапазоне от нескольких кельвинов до милликельвинов.Термометры на основе ядерного магнитного резонанса (ЯМР)
ЯМР-термометры измеряют магнитные свойства ядер атомов, которые зависят от температуры. Они используются для измерения температур в диапазоне милликельвинов.Термометры на основе шумового сигнала
Эти устройства измеряют тепловой шум в электрических цепях, который пропорционален температуре. Они подходят для измерения сверхнизких температур, включая пикокельвины.Оптические термометры
Лазерные методы позволяют измерять температуру атомов, охлажденных до сверхнизких температур. Например, метод доплеровского охлаждения используется для измерения температуры атомов в ловушках.
Условия для измерения сверхнизких температур
Измерение температур, близких к абсолютному нулю, требует создания специальных условий:
Вакуумная среда: чтобы минимизировать теплопередачу от окружающей среды.
Магнитные ловушки: для удержания атомов и молекул в состоянии покоя.
Сверхпроводящие материалы: для исключения тепловых потерь в измерительных приборах.
Лазерное охлаждение: для замедления движения частиц.
Заключение
Абсолютный ноль остается недостижимым пределом, но современные технологии позволяют подойти к нему на невероятно близкое расстояние. Для измерения таких температур используются сложные и высокоточные приборы, работающие в экстремальных условиях. Исследования в этой области не только расширяют наше понимание физики, но и открывают новые возможности для создания квантовых компьютеров, сверхпроводников и других передовых технологий. Абсолютный ноль — это не просто теоретическая точка, а вдохновение для научных открытий.
Комментарии 0
Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы оставить комментарий