Почему нельзя достичь абсолютного нуля температур?

Почему нельзя достичь абсолютного нуля температур?Наука

До недавних пор, самой холодной температурой, которую могло иметь физическое тело, считалась температура «абсолютного нуля» по шкале Кельвина. Это соответствует −273,15 градусам по Цельсию или −460 градусам по Фаренгейту.

Теперь же физики из Германии смогли достичь температуры ниже абсолютного нуля. Такое открытие поможет ученым понять такие явления, как темная энергия и создать новые формы вещества.

Абсолютный ноль температуры

В середине 19-го века, британский физик лорд Кельвин создал шкалу абсолютной температуры и определил, что ничто не может быть холоднее, чем абсолютный ноль. Когда частицы находятся при температуре абсолютного нуля, они перестают движение и у них отсутствует энергия.

Температура объекта — это мера того, насколько атомы движутся. Чем холоднее объект, тем медленнее движутся атомы. При температуре абсолютного нуля или -273,15 градусах по Цельсию, атомы перестают двигаться.

Почему нельзя достичь абсолютного нуля температур?

  • В 1950-х годах, физики начали утверждать, что частицы не всегда теряют энергию при абсолютном нуле.
  • Ученые из Университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене и Институте квантовой оптики Макса Планка в Гархинге создали газ, который стал холоднее абсолютного нуля на несколько нанокельвинов.
  • Они охладили около 100 000 атомов до положительной температуры нескольких нанокельвинов (нанокельвин – одна миллиардная часть кельвина) и использовали сеть лазерных лучей и магнитных полей, чтобы контролировать поведение атомов, и подтолкнуть их к новому пределу температуры.

Самая высокая температура

Почему нельзя достичь абсолютного нуля температур?

Если самая низкая возможная температура считается абсолютным нулем, то какая температура может считаться его противоположностью — самой высокой температурой? Согласно космологическим моделям, самая высокая возможная температура – это планковская температура, которая соответствует 1.416785(71)х1032 кельвинов (141 нониллион 679 октиллионов градусов).

Наша Вселенная уже проходила через планковскую температуру. Это случилось через 10^-42 секунд после Большого взрыва, когда родилась Вселенная.

Самая низкая температура на Земле

Почему нельзя достичь абсолютного нуля температур?

Самая низкая температура на Земле была зафиксирована 21 июля 1983 году на станции Восток в Антарктиде, и она составила -89,2 градуса по Цельсию.

Станция Восток – самое холодное постоянное населенное место на Земле. Она была основана Россией в 1957 году и расположена на высоте 3488 метров над уровнем моря.

Самая высокая температура на Земле

Почему нельзя достичь абсолютного нуля температур?

Самая высокая температура на Земле была зарегистрирована 10 июля 1913 года в Долине Смерти в Калифорнии и она составила 56,7 градусов по Цельсию.

Предыдущий рекорд самой высокой температуры мире в городе Эль-Азизия в Ливии, составивший 57,7 градусов по Цельсию, был опровергнут Всемирной метеорологической организацией из-за ненадежности данных.

Источник: mashable.com

Почему нельзя достичь абсолютного нуля температур?

Источник: https://www.infoniac.ru/news/Uchenye-sozdali-gaz-s-temperaturoi-nizhe-absolyutnogo-nolya.html

Почему невозможно достичь температуры абсолютного нуля? — Школьные Знания.com

Почему нельзя достичь абсолютного нуля температур?

Почему невозможно достижение температуры абсолютного ноля? Это популяризаторская попытка, не нужно считать ее строго научным изложением.

Это из вопросов, на которые ответить не просто.  Поэтому, не стараясь быть строго научным, (а в
некоторых местах и вовсе не научным) попытаюсь дать понятие.

Что значит температура? Это движение, энергия, чем выше
температура, тем больше в системе энергии. Абсолютный ноль – это и ноль
энергии, что в принципе недостижимо, энергия не может исчезать, помните? В
любом случае, температуры ниже абсолютного ноля не существует. Другое дело,
почему оно недостижимо.

Третье начало термодинамики (теорема Нернста) запрещает
достижение абсолютного нуля, но сама по себе формулировка теоремы просто констатирует
это как факт, мало что объясняя.

В любой замкнутой системе есть отличающиеся,
граничные значения энергии частей системы — минимальная и максимальная, все
остальные части обладают значениями между этими границами. Так вот, эволюция
системы идет по пути выравнивания этих энергий.

Но, как только это произойдет,
потеряется разность потенциалов, движение всего, что есть прекратится. Примерно
так, как вода на ровном месте – водопада не получится, потому что нет разности
высот.

Так вот, абсолютный ноль означает, что ВСЯКОЕ движение будет прекращено,
не будет даже времени, так как время – это свойство движущейся, изменяемой
материи. Ну и куда тогда денется вся энергия, которую мы имеем сейчас во
вселенной? Так как нет такого места, то она останется здесь, и посему
абсолютный ноль недостижим.

И еще, что такое снижение температуры? Это значит, что нужно
передать тепло от более нагретого тела к менее нагретому.

То есть, даже если
создать абсолютно изолированную от внешнего мира систему, то для того, что бы
отнять у этой системы энергию (тепло) должно существовать еще менее нагретое
(имеющее меньшую температуру тело, которому 
оно и передаст тепло. И где же найти такое тело, если ниже абсолютного
ноля температур не существует?

Почему нельзя достичь абсолютного нуля температур?

Это запрещает Теорема Нернста. Краткое содержание самой теоремы и следствий из нее: Энтропия любой термодинамической системы при стремлении температуры к абсолютному нулю стремится к постоянной величине, одинаковой для всех систем. То есть, чем меньше температура, тем меньше будет приращение энтропии, связанное с этой температуройТак как количество теплоты пропорционально как величине температуры, так и приращению энтропииВеличина теплоты, забираемой из системы, уменьшается при понижении энтропии еще более быстро, чем уменьшается энтропия, так как к нулю стремятся оба множителя в правой части.

Поэтому в конечном процессе (за конечное время) достичь абсолютного нуля не получится, можно лишь асимптотически к нему приблизиться

Пмогите пожалуйста решить задачуОчищення газів циклона Продуктивність 400 м3/год. Щільність газів 1,35 кг/м3, температура газів 900 ºС. Склад: СО2 = 5

0 %:N2 = 30 %:SO2 = 20 %, сажа 0,015 мг/м3.​

Найти входное сопротивление цепи cd

Находящаяся в вакууме бесконечная тонкая прямая нить заряжена с постоянной линейной плотностью( тау) = 2мкКл/м. Вычислить ф(потенциал) для r= 10 м

ФИЗИКА ОЧЕНЬ НУЖНО
Начальная фаза гармонических колебаний тела равна 0. Частота колебаний 0,5 Гц. Определить в СИ фазу колебания тела через 0,1 с посл

ФИЗИКА ОЧЕНЬ НУЖНО
Груз свободно колеблется на пружине вдоль её оси. В некоторый момент времени t0 груз, удаляясь от положения равновесия, находится н

а расстояния 0,5 см от него. Через 0,01 с после этого груз достигает максимального отклонения от положения равновесия, равного 1 см. Определить в СИ период колебаний

ФИЗИКА
ОЧЕНЬ НУЖНО
Шарик совершает гармонические колебания с амплитудой 0,1 м. В начальный момент времени (t = 0) он находится в положении равновесия.

Найти в СИ смещение шарика от положения равновесия в момент времени, равный 1/12 периода.

На картинке, пожалуйста!!!!!

Хромофор поглотил энергию света с длиной волны 200 нм равную 2 Эйн. Рассчитайте число поглощенных квантов

В трехфазную сеть включили треугольником несимметричную нагрузку: в фазу АB: R(AB)= 24 Ом и C(AB)= 99 мкФ; в фазу BC: C(BC)=79мкФ; в фазу CA: R(CA)= 4

0 Ом, частота сети f=50Гц. Линейное напряжение U(Ном)=220В. Определить фазные токи I(AB),I(BC),I(CA), активную, реактивную и полную мощности трёхфазной цепи. Расчетные значения X(CAB) и X(CBC) округлить до целого числа.

На дне шахтной клети находится груз массой m = 100 кг. Определите модуль веса P этого груза, если клеть а) поднимается с ускорением, направленным вер

тикально вверх, и его модуль a1 = 0,3 м/с2.
б) движется равномерно.
в) опускается с ускорением, направленным вертикально вниз, и его модуль a2 = 0,4 м/с2.
г) свободно падает
Подробное решение с рисунком пожалуйста.

Источник: https://znanija.com/task/23285039

Физики доказали, что достичь абсолютного нуля температуры невозможно — МК

До сих пор это предположение принималось как аксиома

16.03.2017 в 17:37, просмотров: 7551

Достичь абсолютного нуля температуры нельзя, или, во всяком случае, на это потребовалось бы бесконечное количество времени и энергии. Ученые уже давно исходили из этого предположения, однако, как сообщается, теперь британским специалистам из Университетского колледжа Лондона, наконец, удалось его доказать.

Почему нельзя достичь абсолютного нуля температур?

Законы термодинамики, на которых строится представляют собой постулаты, то есть они, строго говоря, не являются доказанными в полном смысле слова, но соответствуют многочисленным экспериментальным данным и, будучи принятыми как допущение, позволяют развивать это направление науки дальше. Суть третьего начала термодинамики состоит в том, что абсолютного нуля температуры, равного минус 273,15 градуса по шкале Цельсия, невозможно.

Математическое доказательство, представленное учёными в новом исследовании, сводится к тому, что «охлаждение» системы представляет собой «пошаговый» процесс.

Каждый шаг подразумевает извлечение некоторого количества энергии из системы, после чего она оказывается ещё холоднее, и на извлечение дополнительной энергии потребуется больше работы.

Как утверждают учёные, если поставить конечной целью достижение абсолютного нуля температуры, количество требуемых шагов оказывается равным бесконечности. Впрочем, по словам специалистов, их выводы подразумевают что подобраться к абсолютному нулю очень близко вполне реально.

Учёные надеются, что полученные ими выводы, как и другие исследования в этой области, могли бы оказаться полезны при создании квантовых компьютеров. Научная работа опубликована в журнале Nature Communications.

Стоит отметить, что учёные до сих пор не уверены в применимости законов термодинамики к квантовому миру.

В частности, некоторые специалисты, включая российских исследователей из МФТИ и РАН, допускают, что нарушаться в микроскопической системе может второе начало термодинамики, подразумевающее, что в любой замкнутой системе энтропия, то есть неупорядоченность, может только увеличиваться, но не уменьшаться. К слову, второй закон термодинамики (наряду с первым) — один из принципов, подразумевающих невозможность существования вечного двигателя.

Источник: https://www.mk.ru/science/2017/03/16/fiziki-dokazali-chto-dostich-absolyutnogo-nulya-temperatury-nevozmozhno.html

#чтиво | Что такое абсолютный ноль?

Что такое абсолютный ноль (чаще — нуль)? Действительно ли эта температура существует где-либо во Вселенной? Можем ли мы охладить что-либо до абсолютного нуля в реальной жизни? На эти и другие любопытные вопросы мы постараемся ответить в этой статье.

Есть масса причин, по которым стоит интересоваться пределами холодного. Возможно, вы невероятный суперзлодей, который использует силу замораживания, и хотите понять степень вашей силы. Или вам интересно, можно ли обогнать волну холода. Давайте исследуем самые дальние пределы холодной температуры.

«Действительно ли движение останавливается, достигая абсолютного нуля? Можем ли мы достичь этой отметки?»

Начнем с очевидного.

Что такое абсолютный ноль?

Даже если вы не физик, вы, вероятно, знакомы с понятием температуры. Но если вдруг вам не повезло, вы выросли в лесу или на другой планете, вот краткий обзор.

Температура — это мера измерения количества внутренней случайной энергии материала. Слово «внутренней» очень важно. Бросьте снежок, и хотя основное движение будет достаточно быстрым, снежный ком останется довольно холодным. С другой стороны, если вы посмотрите на молекулы воздуха, летающие по комнате, обычная молекула кислорода жарит со скоростью тысяч километров в час.

Мы обычно умолкаем, когда речь заходит о технических деталях, поэтому специально для экспертов отметим, что температура немного более сложная вещь, чем мы сказали.

Читайте также:  Почему нельзя готовить при беременности?

Истинное определение температуры подразумевает то, сколько энергии вам нужно затратить на каждую единицу энтропии (беспорядка, если хотите более понятное слово; подробнее об энтропии).

Но давайте опустим тонкости и просто остановимся на том, что случайные молекулы воздуха или воды в толще льда будут двигаться или вибрировать все медленнее и медленнее, по мере понижения температуры.

Абсолютный ноль — это температура -273,15 градусов Цельсия, -459,67 по Фаренгейту и просто 0 по Кельвину. Это точка, где тепловое движение полностью останавливается.

В классическом рассмотрении вопроса при абсолютном нуле останавливается все, но именно в этот момент из-за угла выглядывает страшная морда квантовой механики. Одним из предсказаний квантовой механики, которое попортило кровь немалому количеству физиков, является то, что вы никогда не можете измерить точное положение или импульс частицы с совершенной определенностью. Это известно как принцип неопределенности Гейзенберга.

Если бы вы могли охладить герметичную комнату до абсолютного нуля, произошли бы странные вещи (об этом чуть позже). Давление воздуха упало бы практически до нуля, и поскольку давление воздуха обычно противостоит гравитации, воздух сколлапсирует в очень тонкий слой на полу.

Но даже в этом случае, если вы сможете измерить отдельные молекулы, вы обнаружите кое-что любопытное: они вибрируют и вращаются, совсем немного — квантовая неопределенность в работе.

Чтобы поставить точки над i: если вы измерите вращение молекул углекислого газа при абсолютном нуле, вы обнаружите, что атомы кислорода облетают углерод со скоростью несколько километров в час — куда быстрее, чем вы предполагали.

Разговор заходит в тупик. Когда мы говорим о квантовом мире, движение теряет смысл. В таких масштабах все определяется неопределенностью, поэтому не то чтобы частицы были неподвижными, вы просто никогда не сможете измерить их так, словно они неподвижны.

Как низко можно пасть?

Стремление к абсолютному нулю по существу встречается с теми же проблемами, что и стремление к скорости света. Чтобы набрать скорость света, понадобится бесконечное количество энергии, а достижение абсолютного нуля требует извлечения бесконечного количества тепла. Оба этих процесса невозможны, если что.

Несмотря на то, что мы пока не добились фактического состояния абсолютного нуля, мы весьма близки к этому (хотя «весьма» в этом случае понятие очень растяжимое; как детская считалочка: два, три, четыре, четыре с половиной, четыре на ниточке, четыре на волоске, пять). Самая низкая температура, когда-либо зарегистрированная на Земле, была зафиксирована в Антарктиде в 1983 году, на отметке -89,15 градусов Цельсия (184K).

Конечно, если вы хотите остыть не по-детски, вам нужно нырнуть в глубины космоса. Вся вселенная залита остатками излучения от Большого Взрыва, в самых пустых регионах космоса — 2,73 градуса по Кельвину, что немногим холоднее, чем температура жидкого гелия, который мы смогли получить на Земле век назад.

Но физики-низкотемпературщики используют замораживающие лучи, чтобы вывести технологию на совершенно новый уровень. Вас может удивить то, что замораживающие лучи принимают форму лазеров. Но как? Лазеры должны сжигать.

Все верно, но у лазеров есть одна особенность — можно даже сказать, ультимативная: весь свет излучается на одной частоте. Обычные нейтральные атомы вообще не взаимодействуют со светом, если частота не настроена точным образом.

Если же атом летит к источнику света, свет получает допплеровский сдвиг и выходит на более высокую частоту. Атом поглощает меньшую энергию фотона, чем мог бы. Так что если настроить лазер пониже, быстродвижущиеся атомы будут поглощать свет, а излучая фотон в случайном направлении, будут терять немного энергии в среднем.

Если повторять процесс, вы можете охладить газ до температуры меньше одного наноКельвина, миллиардной доли градуса.

Все приобретает более экстремальную окраску. Мировой рекорд самой низкой температуры составляет менее одной десятой миллиарда градуса выше абсолютного нуля. Устройства, которые добиваются этого, захватывают атомы в магнитные поля. «Температура» зависит не столько от самих атомов, сколько от спина атомных ядер.

Теперь, для восстановления справедливости, нам нужно немного пофантазировать. Когда мы обычно представляем себе что-то, замороженной до одной миллиардной доли градуса, вам наверняка рисуется картинка, как даже молекулы воздуха замерзают на месте. Можно даже представить разрушительное апокалиптическое устройство, замораживающее спины атомов.

В конечном счете, если вы действительно хотите испытать низкую температуру, все, что вам нужно, это ждать. Спустя примерно 17 миллиардов лет радиационный фон во Вселенной остынет до 1К. Через 95 миллиардов лет температура составит примерно 0,01К.

Через 400 миллиардов лет глубокий космос будет таким же холодным, как самый холодный эксперимент на Земле, и после этого — еще холоднее. Если вам интересно, почему вселенная остывает так быстро, скажите спасибо нашим старым друзьям: энтропии и темной энергии.

Вселенная находится в режиме акселерации, вступая в период экспоненциального роста, который будет продолжаться вечно. Вещи буду замерзать очень быстро.

Какое нам дело?

Все это, конечно, замечательно, да и рекорды побивать тоже приятно. Но в чем смысл? Что ж, есть масса веских причин разбираться в низинах температуры, и не только на правах победителя.

Хорошие ребята из Национального института стандартов и технологий, например, просто хотели бы сделать классные часы. Стандарты времени основаны на таких вещах, как частота атома цезия. Если атом цезия движется слишком много, появляется неопределенность в измерениях, что, в конечном счете, приведет к сбою часов.

Но что более важно, особенно с точки зрения науки, материалы ведут себя безумно на экстремально низких температурах.

К примеру, как лазер состоит из фотонов, которые синхронизируются друг с другом — на одной частоте и фазе — так и материал, известный как конденсат Бозе-Эйнштейна, может быть создан. В нем все атомы находятся в одном и том же состоянии.

Или представьте себе амальгаму, в которой каждый атом теряет свою индивидуальность, и вся масса реагирует как один нуль-супер-атом.

При очень низких температурах многие материалы становятся сверхтекучими, что означает, что они могут совершенно не обладать вязкостью, укладываться сверхтонкими слоями и даже бросать вызов гравитации в достижении минимума энергии.

Также при низких температурах многие материалы становятся сверхпроводящими, что означает отсутствие какого-либо электрического сопротивления. Сверхпроводники 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.

Почему есть абсолютный ноль, но нет абсолютного максимума?

Почему нельзя достичь абсолютного нуля температур? Давайте взглянем на другую крайность. Если температура — это просто мера энергии, то можно просто представить атомы, которые подбираются ближе и ближе к скорости света. Не может же это продолжаться бесконечно?

Есть короткий ответ: мы не знаем. Вполне возможно, что буквально существует такая вещь, как бесконечная температура, но если есть абсолютный предел, юная вселенная предоставляет достаточно интересные подсказки относительно того, что это такое. Самая высокая температура, когда-либо существовавшая (как минимум в нашей вселенной), вероятно, случилась в так называемое «время Планка». Это был миг длиной в 10^-43 секунд после Большого Взрыва, когда гравитация отделилась от квантовой механики и физика стала именно такой, какой является сейчас. Температура в то время была примерно 10^32 K. Это в септиллион раз горячее, чем нутро нашего Солнца.

Опять же, мы совсем не уверены, самая ли это горячая температура из всех, что могли быть. Поскольку у нас даже нет большой модели вселенной в момент времени Планка, мы даже не уверены, что Вселенная кипятилась до такого состояния. В любом случае, к абсолютному нулю мы во много раз ближе, чем к абсолютной жаре.

Источник: https://Hi-News.ru/science/chtivo-chto-takoe-absolyutnyj-nol.html

Почему нельзя достичь абсолютного нуля температур?

По Третьему началу термодинамики.

Во многом это утвержение эмпирическое, сформулированное на основе огромного массива экспериментальных данных (как, собсно, и два других начала). Формулируется Третье начало через понятие энтропии, и гласит оно, что при приближении к абсолютному нулю все процессы в системе происходят без изменения энтропии.

По сути Третье начало эквивалентно следующему утверждению: никакой процесс, пусть даже и самый-самый идеальный, не может достичь температуры абсолютного нуля за конечное число шагов».

Причину невозможности достижения T=0, в соответствии с Третьим началом, можно объяснить примерно та.

Предположим, что температуру вещества можно понижать в некотором изотропическом процессе (то есть какой-то параметр вещества на каждом шаге остаётся постоянным). Если б при Т=0 энтропия при таком процессе могла изменяться, то тогда этой температуры можно было бы достичь за конечное число шагов.

Но раз изменение энтропии тоже стремится к нулю, то число шагов получается бесконечным: на каждом следующем шаге и изменение температуры, и изменение энтропии становятся всё меньше и меньше, но предельное значение ни для одного параметра, ни для другого недостижимо.

Графически, в осях Энтропия — Температура, это выглядит примерно так:

Почему нельзя достичь абсолютного нуля температур?

Чем ближе мы по оси Т к началу координат (какое там начальное значение энтропии — по фигу, потому что она определена с точность до постоянного слагаемого; в реальных процессах имеет значение только изменение энтропии; до некоторой степени это роднит её с потенциалом, который тоже по фиу какой, а важна лишь разность потенциалов), тем меньше на каждом шаге изменени и энтропии, и температуры. А точно до нуля за конечное число шагов — не добраться…

автор вопроса выбрал этот ответ лучшим Подозрительно напоминает апории Зенона. — 3 года назад Совершенно верно. Но в апориях Зенона «есть место за нулём». — 3 года назад

Запомните главное — «В природе нет ничего бесконечного, нулевого и идеального«!

Это философский принцип построения этого мира. Все бесконечности искусственно прерываются, все нули искусственно «размываются и дополняются».

Отчасти это связано с законом сохранения энергии. — в процессах с положительной обратной связью, при отсутствии указанного принципа, возможен процесс полного коллапсирования всей вселенной.

Поэтому атомы не могут быть бесконечно большими и состоять из бесконечного количества протонов, нейтронов.

Звезды не могут быть бесконечно большими — при возможности свободного наращивании массы (а это неограниченный ничем процесс с положительной обратной связью!), они либо взрываются, либо превращаются в черные дыры.

Черные дыры не могут быть бесконечно большой массы. Экспериментально таковых пока не обнаружено. Скорее всего, при достижении определенного предела массы, они либо взрываются, либо распадаются на части менее катастрофичным образом.

  • Вселенная не может быть бесконечной и, скорее всего, замкнута в своеобразную «черную дыру вселенского масштаба».
  • Вселенных не может быть бесконечно много и, тоже, должен быть какой-то механизм ограничения такой конструкции.
  • И, «в обратную сторону», изучая элементарные частицы, мы наблюдаем, что они в свою очередь состоят из каких-то более мелких структур, которые мы, на данном этапе развития технологий, не можем пока наблюдать инструментально.
  • Поэтому, подходя к какому-то пределу «абсолютного нуля», мы не можем этого предела достичь, ибо выявляются все более тонкие эффекты, связанные с неизвестными нам пока более мелкими элементарными структурами.
Читайте также:  Почему россию нельзя победить?

Природа не терпит бесконечностей. Она их прерывает!

 Ну философски оно, может, и так… а какова всё ж ФИЗИЧЕСКАЯ причина невозможности достижения нуля по Кельвину?Нет ответа по сути-то… — 3 года назад Если «не достижение абсолюта» это такое глобальное понятие, то должен быть закон. Ну, хотя бы философский. Иде он? — 3 года назад Топоров Виктор Алексеевич [72.6K] Цитирую самого себя. «Поэтому, подходя к какому-то пределу «абсолютного нуля», мы не можем этого предела достичь, ибо выявляются все более тонкие эффекты, связанные с неизвестными нам пока более мелкими элементарными структурами». — 3 года назад Всё равно фигня. Если это «структуры­» — то это что-то материально, то, что «можно пощупать». А в вопросе речь о ПРОЦЕССЕ. Как существование мелких структур мешает некоторому процессу дойти до точки Т=0? — 3 года назад Топоров Виктор Алексеевич [72.6K] А, причем тут «структуры­»? Ну так это просто. Не существует структур без внутренней энергии. А энергия, это и есть температура. Иными словами, всегда что-то неуловимо мелкое будет препятствовать идеальному нулю. То есть: Вот мы охладили материал, но молекулы ещё «дрожжат» и не дают достичь абсолютного нуля. Мы «успокаиваем­», охлаждаем уже на молекулярном уровне. Но теперь уже «шумят электроны на своих орбитах» и, по прежнему, мы не достигаем нуля. Вроде бы и электроны уже смогли «заморозить­», но … все равно еще не нуль, потому что есть какое-то неуловимое «движение»­, не дающее замерзнуть веществу окончательно. Вот это и есть тот передовой край науки, за которым лежит неисследованная ещё область. Добро пожаловать! Мы рады новым исследователям, первопроходцам! — 3 года назад Нет. Это всё какой-то околонаукообразный..­. альтернативный поток сознания.»Нулевые колебания» атомов никакого отношения к температуре и вообще термодинамике не имеют, это чистая квантовая механика. Принцип неопределённостей Гейзенберга. — 3 года назад Топоров Виктор Алексеевич [72.6K] А при чем тут «Принцип неопределённостей Гейзенберга»? Он нам трактует о невозможности определения параметров «системы» ниже определенной «базы». Но он не ничего не говорит о возможных колебаниях.Но мне нравятся научные ругательства. «Альтернативный поток сознания» — это звучит гордо! :)) — 3 года назад Нет, не так. Он нам трактует, что если ТОЧНО известна координата объекта (атома), то совешенно ничего нельзя сказать о его скорости (точнее — импульсе). Неподвижный атом — это как раз «точно известная координата». Именно в этом физическая причина «нулевых колебаний»: не в невозможности достичь абсолютного нуля, а в невозможности объекта быть неподвижным, то есть иметь строго определённые координаты. — 3 года назад

потому что даже на сверхнизких температурах атомы все равно продолжают колебаться со своей частотой. А при абсолютном нуле они просто «замерзнут» и остановятся,чего быть не может. Атомы,частицы,молекулы колеблются,излучая тепловую энергию при температуре,большей абсолютного нуля.

Соответственно часть их колебательной энергии преобразуется в тепловую по закону сохранения энергии. потому значение температуры будет бесконечно малым,но отличным от нуля. Бесконечно малым,потому что в вакууме на метр кубический порядка 1-2 частиц. соответственно,чем их меньше,тем меньше и тепловой энергии.

Но она все же присутствует. При абсолютном нуле энтропия также стремится к нулю,т.е. исчезает хаотичность (грубо говоря,смерть системы). абсолютно все стремится к хаосу,потому нулевая энтропия невозможна. При абсолютном нуле энтропия,как я упомянул,стремится к/равна нулю.

вообще говоря,сама природа стремится изменить систему из менее вероятного в более вероятное состояние,т.е. более хаотичное. Ну а при абсолютном нуле будет только 1 состояние для всех частиц,подобное анабиозу,что частицам несвойственно.

Также при абсолютном нуле при отсутствии движения частиц не будет преобразования энергии,соответственно,не будет и выделения тепла

Ну человечиство почти достигло апсалютнава нуля. И в вселенай есть области с абсолютным нулем. А если такие области есть,это значит и мы когданибуть достигним абсолютного нуля.

 Минус за Огромное количество орфографических ошибок и по сути отсутствие ответа на вопрос. — 3 года назад За орфографические ошибки согласен. А за отсутствие ответа нет. — 3 года назад А в чем суть такого коверканья русского языка? — 3 года назад Да я не спеиальна. Прости,с Русским не дружу. — 3 года назад

Источник: http://www.bolshoyvopros.ru/questions/1928587-pochemu-nelzja-dostich-absoljutnogo-nulja-temperatur.html

Абсолютный нуль температуры. Почему нельзя достичь абсолютного нуля температур

Абсолютный нуль температуры

Абсолю́тный нуль температу́ры
(реже — абсолютный ноль температуры
) — минимальный предел температуры , которую может иметь физическое тело во Вселенной. Абсолютный нуль служит началом отсчёта абсолютной температурной шкалы, например, шкалы Кельвина .

В 1954 X Генеральная конференция по мерам и весам установила термодинамическую температурную шкалу с одной реперной точкой — тройной точкой воды, температура которой принята 273,16 К (точно), что соответствует 0,01 °C, так что по шкале Цельсия абсолютному нулю соответствует температура −273,15 °C .

Явления, наблюдаемые вблизи абсолютного нуля

При температурах, близких к абсолютному нулю, на макроскопическом уровне могут наблюдаться чисто квантовые эффекты, такие как:

Примечания

Литература

  • Г. Бурмин. Штурм абсолютного нуля. — М.: «Детская литература», 1983

См. также

Wikimedia Foundation
. 2010
.

Смотреть что такое «Абсолютный нуль температуры» в других словарях:

    АБСОЛЮТНЫЙ НУЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ
    — начало отсчёта термодинамич. темп ры; расположен на 273,16 К ниже темп ры тройной точки (0,01°С) воды (на 273, 15°С ниже нуля темп ры по шкале Цельсия, (см. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ШКАЛЫ). Существование термодинамической температурной шкалы и А. н. т.… … Физическая энциклопедия

    абсолютный нуль температуры
    — начало отсчёта абсолютной температуры по термодинамической температурной шкале. Абсолютный нуль расположен на 273,16ºC ниже температуры тройной точки воды, для которой принято значение 0,01ºC. Абсолютный нуль температуры принципиально недостижим… … Энциклопедический словарь

    абсолютный нуль температуры
    — absoliutusis nulis statusas T sritis Energetika apibrėžtis Termodinaminės temperatūros atskaitos pradžia, esanti 273,16 K žemiau trigubojo vandens taško. Pagal trečiąjį termodinamikos dėsnį, absoliutusis nulis nepasiekiamas. atitikmenys: angl.… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

    Абсолютный нуль температуры
    — начальный отсчет по шкале Кельвина, составляет по шкале Цельсия отрицательную температуру в 273,16 градуса … Начала современного естествознания

    АБСОЛЮТНЫЙ НУЛЬ
    — температуры, начало отсчета температуры по термодинамической температурной шкале. Абсолютный нуль расположен на 273,16шC ниже температуры тройной точки воды (0,01шC). Абсолютный нуль принципиально недостижим, практически достигнуты температуры,… … Современная энциклопедия

    АБСОЛЮТНЫЙ НУЛЬ
    — температуры начало отсчета температуры по термодинамической температурной шкале. Абсолютный нуль расположен на 273,16 .С ниже температуры тройной точки воды, для которой принято значение 0,01 .С. Абсолютный нуль принципиально недостижим (см.… … Большой Энциклопедический словарь

    АБСОЛЮТНЫЙ НУЛЬ
    — температура, выражающая отсутствие теплоты, равна 218° Ц. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Павленков Ф., 1907. абсолютный нуль температуры (физ.) – наиболее низкая возможная температура (273,15°C). Большой словарь… … Словарь иностранных слов русского языка

    АБСОЛЮТНЫЙ НУЛЬ
    — температуры, начало отсчета температуры по термодинамической температурной шкале (см. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕМПЕРАТУРНАЯ ШКАЛА). Абсолютный нуль расположен на 273,16 °С ниже температуры тройной точки (см. ТРОЙНАЯ ТОЧКА) воды, для которой принято… … Энциклопедический словарь

    АБСОЛЮТНЫЙ НУЛЬ
    — предельно низкая температура, при которой прекращается тепловое движение молекул. Давление и объем идеального газа, согласно закону Бойля Мариотта, становится равным нулю, а за начало отсчета абсолютной температуры по шкале Кельвина принимается… … Экологический словарь

    АБСОЛЮТНЫЙ НУЛЬ
    — начало отсчета абсолютной температуры. Соответствует 273,16° С. В настоящее время в физических лабораториях удалось получить температуру, превышающую абсолютный нуль всего на несколько миллионных долей градуса, достичь же его, согласно законам… … Энциклопедия Кольера

Абсолютному нулю соответствует температура −273,15 °C.

Считается, что абсолютный ноль на практике недостижим.

Его существование и положение на температурной шкале следует из экстраполяции наблюдаемых физических явлений, при этом такая экстраполяция показывает, что при абсолютном нуле энергия теплового движения молекул и атомов вещества должна быть равна нулю, то есть хаотическое движение частиц прекращается, и они образуют упорядоченную структуру, занимая чёткое положение в узлах кристаллической решётки . Однако, на самом деле, даже при абсолютном нуле температуры регулярные движения составляющих вещество частиц останутся . Оставшиеся колебания, например нулевые колебания , обусловлены квантовыми свойствами частиц и физического вакуума , их окружающего.

В настоящее время в физических лабораториях удалось получить температуру, превышающую абсолютный ноль всего на несколько миллионных долей градуса; достичь же его самого, согласно законам термодинамики, невозможно.

Примечания

Литература

  • Г. Бурмин. Штурм абсолютного нуля. — М.: «Детская литература», 1983.

См. также

Wikimedia Foundation
. 2010
.

Синонимы
:

Смотреть что такое «Абсолютный нуль» в других словарях:

    Температуры, начало отсчета температуры по термодинамической температурной шкале (см. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕМПЕРАТУРНАЯ ШКАЛА). Абсолютный нуль расположен на 273,16 °С ниже температуры тройной точки (см. ТРОЙНАЯ ТОЧКА) воды, для которой принято… … Энциклопедический словарь

    Температуры, начало отсчета температуры по термодинамической температурной шкале. Абсолютный нуль расположен на 273,16шC ниже температуры тройной точки воды (0,01шC). Абсолютный нуль принципиально недостижим, практически достигнуты температуры,… … Современная энциклопедия

    Температуры начало отсчета температуры по термодинамической температурной шкале. Абсолютный нуль расположен на 273,16 .С ниже температуры тройной точки воды, для которой принято значение 0,01 .С. Абсолютный нуль принципиально недостижим (см.… … Большой Энциклопедический словарь

    Температура, выражающая отсутствие теплоты, равна 218° Ц. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Павленков Ф., 1907. абсолютный нуль температуры (физ.) – наиболее низкая возможная температура (273,15°C). Большой словарь… … Словарь иностранных слов русского языка

    • абсолютный нуль
      — Предельно низкая температура, при которой прекращается тепловое движение молекул, в шкале Кельвина абсолютный нуль (0°К) соответствует –273,16±0,01°С … Словарь по географии
    • Сущ., кол во синонимов: 15 круглый ноль (8) маленький человек (32) мелкая сошка … Словарь синонимов
    • Предельно низкая температура, при которой прекращается тепловое движение молекул. Давление и объем идеального газа, согласно закону Бойля Мариотта, становится равным нулю, а за начало отсчета абсолютной температуры по шкале Кельвина принимается… … Экологический словарь

    абсолютный нуль
    — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN zeropoint … Справочник технического переводчика

    Начало отсчета абсолютной температуры. Соответствует 273,16° С. В настоящее время в физических лабораториях удалось получить температуру, превышающую абсолютный нуль всего на несколько миллионных долей градуса, достичь же его, согласно законам… … Энциклопедия Кольера

    абсолютный нуль
    — absoliutusis nulis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Termodinaminės temperatūros atskaitos pradžia, esanti 273,16 K žemiau vandens trigubojo taško. Tai 273,16 °C, 459,69 °F arba 0 K temperatūra. atitikmenys: angl.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

    абсолютный нуль
    — absoliutusis nulis statusas T sritis chemija apibrėžtis Kelvino skalės nulis (−273,16 °C). atitikmenys: angl. absolute zero rus. абсолютный нуль … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Читайте также:  Почему нельзя ставить холодильник рядом с батареей?

Абсолютный температурный нуль соответствует 273,15 градусам Цельсия ниже нуля, 459,67 ниже нуля по Фаренгейту. Для температурной шкалы Кельвина такая температура сама по себе является нулевой отметкой.

Сущность абсолютного нуля температуры

Понятие абсолютного нуля исходит из самой сущности температуры. Любое тело , которую отдает во внешнюю среду в ходе . При этом снижается температура тела, т.е. энергии остается меньше.

Теоретически этот процесс может продолжаться до тех пор, пока количество энергии не достигнет такого минимума, при котором отдавать ее тело уже не сможет.Отдаленное предвестие такой идеи можно найти уже у М.В.Ломоносова.

Великий русский ученый объяснял теплоту «коловратным» движением. Следовательно, предельная степень охлаждения – это полная остановка такого движения.

По современным представлениям, абсолютный нуль температуры – , при котором молекулы наименьшим возможным уровнем энергии. При меньшем количестве энергии, т.е. при более низкой температуре ни одно физическое тело существовать не может.

Теория и практика

Абсолютный нуль температуры – понятие теоретическое, достичь его на практике невозможно в принципе, даже в условиях научных лабораторий с самой сложной аппаратурой. Но ученым удается охлаждать вещество до очень низких температур, которые близки к абсолютному нулю.

При таких температурах вещества приобретают удивительные свойства, которых они не могут иметь при обычных обстоятельствах.

Ртуть, которую называют «живым серебром» из-за ее пребывания в состоянии, близком к жидкому, при такой температуре становится твердой – до такой степени, что ею можно забивать гвозди. Некоторые металлы становятся хрупкими, как стекло.

Такой же твердой и становится резина. Если при температуре, близкой к абсолютному нулю, ударить молотком какой-нибудь резиновый предмет, он разобьется, как стеклянный.

Такое изменение свойств тоже связано с природой теплоты. Чем выше температура физического тела, тем интенсивнее и хаотичнее двигаются молекулы. По мере снижения температуры движение становится менее интенсивным, а структура – более упорядоченной.

Так газ становится жидкостью, а жидкость твердым телом. Предельный уровень упорядоченности – кристаллическая структура. При сверхнизких температурах ее приобретают даже такие вещества, которые в обычном состоянии остаются аморфными, например, резина.

Интересные явления происходят и с металлами. Атомы кристаллической решетки колеблются с меньше амплитудой, рассеяние электронов уменьшается, поэтому падает электрическое сопротивление. Металл приобретает сверхпроводимость, практическое применение которой представляется весьма заманчивым, хотя и труднодостижимым.

Источники:

  • Ливанова А. Низкие температуры, абсолютный нуль и квантовая механика

Тело
– это одно из основных понятий в физике, под которым подразумевается форма существования материи или вещества. Это материальный объект, который характеризуется объемом и массой, иногда также другими параметрами. Физическое тело явно отделено от других тел границей. Существует несколько особенных видов физических тел, не следует понимать их перечисление как классификацию.

В механике под физическим телом чаще всего понимается материальная точка. Это некая абстракция, главным свойством которой является факт того, что реальными размерами тела для решения конкретной задачи можно пренебречь.

Иными , материальная точка – это вполне конкретное тело, которое имеет размеры, форму и прочие подобные характеристики, но они не важны для того, чтобы решить имеющуюся задачу. К примеру, если нужно посчитать объекта на определенном участке пути, с его длиной при решении задачи можно совершенно не считаться.

Еще один тип физических тел, рассматриваемый механикой – это абсолютно твердое тело. Механика такого тела точно такая же, как и механика материальной точки, но дополнительно обладает и другими свойствами. Абсолютно твердое тело состоит из точек, но ни расстояние между ними, ни распределение массы не меняются под нагрузками, которым подвергается тело.

Это означает, что оно не может быть деформировано. Чтобы определить положение абсолютно твердого тела, достаточно задать привязанную к нему систему координат, обычно декартову. В большинстве случаев центр массы является также и центром системы координат.

В абсолютно твердого тела не существует, но для решения многих задач такая абстракция очень удобна, хотя в релятивистской механике она не рассматривается, так как при движениях, скорость которых сравнима со скоростью света, эта модель демонстрирует внутренние противоречия. Противоположностью абсолютно твердому телу является деформируемое тело,

> Абсолютный ноль

Изучите, чему равен абсолютный ноль температуры
и значение энтропии. Узнайте, чему равна температура абсолютного ноля по шкале Цельсия и Кельвина.

Абсолютный ноль
– минимальная температура. Это отметка, при которой энтропия достигает наименьшего значения.

Задача обучения

  • Разобраться в том, почему абсолютный ноль выступает естественным показателем нулевой точки.

Основные пункты

  • Абсолютный ноль выступает универсальным, то есть, вся материя пребывает в основном состоянии при этом показателе.
  • К обладает квантово-механической нулевой энергией. Но в интерпретации кинетическая энергия может быть нулевой, а тепловая исчезает.
  • Максимально низкая температура в лабораторных условиях достигла 10-12 К. Минимальная естественная – 1К (расширение газов в туманности Бумеранг).

Термины

  • Энтропия – мера того, как равномерная энергия располагается в системе.
  • Термодинамика – отрасль в науке, изучающая тепло и его соотношение с энергией и работой.

Абсолютный ноль – минимальная температура, при которой энтропия достигает наименьшего значения. То есть, это самый маленький показатель, который можно наблюдать в системе.

Это универсальное понятие и выступает нулевой точкой в системе единиц температуры.

График зависимости давления от температуры для разных газов с постоянным объемом. Заметьте, что все графики экстраполируются к нулевому давлению при одной температуре

Система в абсолютном нуле все еще наделена квантово-механической нулевой энергией. Согласно принципу неопределенности, положение частичек нельзя определить с абсолютной точностью. Если частичка смещается в абсолютном нуле, то все еще обладает минимальным энергетическим запасом. Но в классической термодинамике кинетическая энергия способна быть нулевой, а тепловая исчезает.

Нулевая точка термодинамической шкалы, вроде Кельвина, приравнивается к абсолютному нулю. Международное соглашение установило, что температура абсолютного ноля достигает 0K по шкале Кельвина и -273.15°C по шкале Цельсия.

Вещество при минимальных температурных показателях проявляет квантовые эффекты, вроде сверхпроводимости и сверхтекучести.

Наиболее низкая температура в лабораторных условиях составляла 10-12 K, а в естественной среде – 1K (быстрое расширение газов в туманности Бумеранг).

Почему нельзя достичь абсолютного нуля температур?

Стремительное расширение газов приводит к минимальной наблюдаемой температуре

(1

Источник: https://sultancafe.ru/malina-i-ezhevika/absolyutnyi-nul-temperatury-pochemu-nelzya-dostich-absolyutnogo/

Как охладить газ ниже абсолютного нуля и соблюсти законы физики | Компьютерра

Физики из Института квантовой оптики общества Макса Планка и университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене охладили изотопы калия-39 в газовой фазе до температуры ниже абсолютного нуля. Опубликованная по материалам исследований статья в журнале Science, её обсуждение в журнале Nature и других изданиях вызвали сильный резонанс.

Просвещённые читатели помнят, что абсолютный ноль практически недостижим, поэтому новость вызывает у них удивление и даже возмущение. Однако прежде, чем спорить, стоит определиться с терминологией. За последние годы термодинамика тоже преобразилась.

Изначально понятие температуры вводилось для систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия. Как физическая величина, температура характеризует среднюю кинетическую энергию частиц. Чем ниже температура, тем слабее тепловые колебания в системе и тем ниже её энтропия.

Абсолютный ноль – теоретическое состояние, в котором тепловые колебания отсутствуют, а энтропия системы нулевая. К такому состоянию можно неопределённо близко (асимптотически) приближаться. Недостижимость абсолютного нуля вытекает из третьего начала термодинамики.

Распределение энергетических состояний вблизи абсолютного нуля. Область положительных температур находится в верхней части рисунка (изображение: LMU/MPQ Munich)

Немецкие физики, опубликовавшие нашумевшую статью, и не думали покушаться на базовые принципы. В их работе ни слова не говорится о том, что абсолютный ноль был достигнут, – скорее, поясняется обратное.

Группа Шнайдера разместила отдельные атомы калия на подложке при помощи лазера и магнитных ловушек. Упорядоченные относительно друг друга атомы были охлаждены до температуры в несколько миллиардных долей градуса Кельвина и стабилизировались в близком к минимальному энергетическом состоянии.

Затем конфигурация внешнего магнитного поля была резко изменена. Энергия атомов возросла, но лазеры продолжали удерживать их на местах. Возникло локальное равновесное распределение в неравновесной квантовой системе, которое можно описать распределением Бозе-Эйнштейна, введя отрицательную абсолютную температуру.

Энтропия как функция внутренней энергии с минимальным и максимальным ограничением (изображение: Braun et al)

Следует отметить, что в системе произошёл фазовый переход первого рода и температура скачкообразно изменилась на отрицательную. Абсолютный ноль при этом не был (и не мог быть) достигнут. Запрет Нернста соблюдён, а оперировать отрицательными величинами термодинамика не запрещает.

Более того, современная неравновесная термодинамика широко их использует с необходимыми допущениями и оговорками.

Распределения импульсов для положительных (слева) и отрицательных (справа) абсолютных температур (изображение: Braun et al)

Сама абсолютная температура определяется через отношение производной энтропии к средней энергии системы. Поэтому значения температуры ниже абсолютного нуля можно условно ввести для математического описания неравновесных состояний квантовой системы, в которых существуют локальные равновесия, а более высокие уровни энергии встречаются чаще, чем низкие (инверсная населённость).

Такую отрицательную абсолютную температуру можно понимать как величину, описывающую состояние, при котором по мере роста средней энергии частиц энтропия убывает. В итоге получается такое же бесконечное приближение к абсолютному нулю, но только с другой стороны.

Термин “отрицательная абсолютная температура” – сравнительно новый. Он применим только к квантовым системам с конечным числом уровней. Разговоры о создании на “этом принципе” двигателей с КПД более 100 процентов беспочвенны.

Источник: https://www.computerra.ru/184204/kak-ohladit-gaz-nizhe-absolyutnogo-nul/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector