Понятие температуры знакомо всем, даже людям далеким от физики. Она представляет собой меру количества внутренней энергии материала. Проявляется она в виде колебаний атомов и молекул (броуновское движение частиц) и является неотъемлемым свойством материи.
Например, даже если бросить снежок, переданная ему энергия будет достаточно велика, но «внутренняя» энергия почти не изменится, он останется достаточно холодным, то есть молекулы воды сильнее вибрировать не будут. При этом молекулы газов движутся значительно быстрее, даже при «комнатной» температуре их скорости составляют несколько тысяч километров в час.
Что подразумевают под термином «абсолютный ноль»
Это полученное путем достаточно сложных расчетов значение температуры, которое соответствует -273,15 С. По шкале Кельвина это значение равно 0, по шкале Фаренгейта — -459,67. При достижении таких значений любое тепловое движение в веществе полностью останавливается.
В реальности ситуация выглядит несколько сложнее, так как при экстремальном охлаждении набирают силу квантовые эффекты. В результате полной остановки вибрации мельчайших составляющих вещества не происходит.
Можно ли достичь абсолютного ноля
На данный момент наука не знает методики позволяющей охладить вещество до абсолютного ноля. Сложность с этим процессом такая же, как и с разгоном до скорости света. Только для достижения световой скорости нужна бесконечная энергия. А в нашем случае нужно извлечь из вещества бесконечное количество тепла, что физически невозможно по ряду фундаментальных причин.
Но к этому значению можно достаточно сильно приблизиться. Нужно изучать поведение различных веществ при низких температурах. Делают это в том числе с помощью микроскопов для низких температур. В земных условиях самая низкая температура наблюдалась в Антарктиде и составила -89 С, что по шкале Кельвина равняется 184 градусам. В космосе гораздо холоднее, в наиболее пустых областях пространства температура составляет 2,73 градуса Кельвина.
Благодаря прогрессу науки люди научились охлаждать материалы в миллиарды раз ниже, чем в самых холодных глубинах вселенной. Для этого используются специальные лазеры. Они настроены так, чтобы атом вещества поглотивший фотон лазерного излучения испустил затем гораздо более высокоэнергетичный фотон. При подборе правильных настроек лазер будет служить эффективным инструментом охлаждения.
На данный момент рекордом является достижение одной десятимиллиардной доли градуса выше абсолютного ноля. Достичь таких низких показателей удалось благодаря сочетанию лазерного охлаждения и особых магнитных воздействий, что позволило воздействовать на спин атомных ядер.
Источник — https://nanoafm.ru/