O אֶפֶסמוּחלָט וה הטמפרטורה התיאורטית הנמוכה ביותר שגוף יכול להגיע אליו. זהו הגבול התחתון של ערבול תרמי ומתאים לא מצב פיזי שבו השלם אנרגיה קינטית ו פוטנציאל של מערכת שווה לאפס. לפי החוק השלישי של תֶרמוֹדִינָמִיקָה, אם מערכת כלשהי מגיעה לטמפרטורת האפס המוחלט, שלה אנטרופיה הופך לבטל.
ראה גם: 7 שאלות לפיזיקה לא קיבלה תשובה
הַגדָרָה
בְּ סולם תרמודינמי של טמפרטורה, מדורגת בקלווין, האפס המוחלט שווה ערך ל-0 K, -273.15 ºC, או אפילו -459.67 ºF. תיאורטית, אם מערכת תרמודינמית כלשהי נמצאת בטמפרטורה זו, כולה מולקולות, אטומים ו אלקטרונים הם נמצאים במצב מנוחה מושלם, ללא כל אנרגיה קינטית או כל סוג של אינטראקציה בין המרכיבים שלהם.
עם זאת, כאשר החומר נמצא בטמפרטורות הקרובות לאפס המוחלט, ה חוקי הפיזיקה משנים התנהגות. ברמות כל כך נמוכות של אֵנֶרְגִיָה, השפעות קוונטיות מתחילות להשפיע על הדינמיקה של אטומים ומולקולות.
התוצאה של הופעת השפעות קוונטיות היא שכל הדטרמיניזם והאפשרות של מדידות מדויק (שנפוצים בפיזיקה הקלאסית) כבר לא הגיוני, הודות לתכונה קוונטית שיחה של עקרון אי הוודאות של הייזנברג.
פשוט מאוד, ה העיקרון של הייזנברג זוהי כפיית טבע שמונעת מאיתנו לדעת, בדיוק מוחלט, כל גְדוּלָה פיזיקה הקשורה למערכות קוונטיות.
במילים אחרות, הודות לעיקרון זה, לא ניתן לקבוע בדיוק מירבי את מיקומו של א אטום, כי לשם כך הוא צריך להיות סטטי לחלוטין, וזה לא מותר על ידי המאפיינים נותן פיזיקת קוונטים.
למה אי אפשר להגיע לאפס המוחלט?
ה אִי אֶפְשָׁרוּתמאפס מוחלט מוסבר על ידי החוק השלישי של התרמודינמיקה. חוק זה, הידוע גם בתור המשפט או ההנחה של נרנסט, קובע שאי אפשר, לפי מספר סופי של טרנספורמציות, שהאנטרופיה של מערכת תהפוך לאפסית.
ראה גם:גלה עובדות מהנות על הקרניים שיגרמו לשיער שלך להזדקף
מה יקרה באפס מוחלט?
למרות לא מסוגל להגיע לאפס המוחלט, כאשר אנו מגיעים למספר מעלות בלבד מעבר לטמפרטורה זו, צצות כמה השפעות מעניינות: ה אטומים קרובים מאוד אחד את השני, אפילו את גזים, כמו מֵימָן ו הֶלִיוּם, להפוך למוצק. בטמפרטורה זו, ישנם חומרים מסוימים תכונות מוליכות על, כמו הליגות של ניוביום ו טִיטָן.
כמה פיזיקאים תיאורטיים מאמינים גם שאם גוף היה מגיע לטמפרטורה של אפס מוחלט, זה המסה תפסיק להתקיים. הסיבה להתנהגות זו היא ב אנרגיית מנוחה, מושג שנוצר על ידי הפיזיקאי הגרמני אלברט איינשטיין. לפי הקשר של איינשטיין בין פסטה ואנרגיית מנוחה, גוף ללא אנרגיה לא יכול להיות בעל מסה.
תראהגַם: תגליות פיזיקה שהתרחשו בטעות
איך להגיע לאפס המוחלט?
ישנן מספר טכניקות המשמשות מדענים כדי ליצור באופן מלאכותי טמפרטורות הקרובות לאפס המוחלט. אחת הדרכים הנפוצות ביותר על ידי מדענים להגיע ל-0 K היא קירור לייזר.
התהליך עובד כך: א פוטון נפלט לעבר אטום, הפוטון הזה נספג וברצף נפלט מחדש בכיוון ההפוך. עם זאת, לפוטונים הנפלטים מחדש יש אנרגיות קצת יותר גבוהות מהפוטונים המתרחשים, ההבדל של אנרגיה מופקת מתנועת האטום עצמו, שהתנודה שלו מופחתת עד שהיא כמעט מלאה עצר.
תראהגַם: לדעת הכל על תרמולוגיה
חוסר האפשרות של האפס המוחלט
האפס המוחלט הוא בלתי ניתן להשגה, כלומר, לעולם לא נמדוד שום דבר בטמפרטורה הזו. לחוסר אפשרות זו מקורה בחוקי התרמודינמיקה וגם בתכונות הפיזיקה הקוונטית. עקרון אי הוודאות, למשל, מבטיח שהאנרגיה של מערכת קוונטית לעולם אינה אפס.
דרך נוספת להבין את חוסר האפשרות של האפס המוחלט נוגעת ל תהליך מדידה של טמפרטורה. כאשר אנו צריכים למדוד את הטמפרטורה של גוף או מערכת, אנו משתמשים ב- a מד חום. עם זאת, אם נשים מדחום כדי למדוד את הטמפרטורה של גוף כלשהו, כביכול בטמפרטורה של 0 K, המכשיר הזה יחליף חום עם הגוף, שהטמפרטורה שלו תעלה, אפילו ברמות מיקרוסקופיות.
מאתי רפאל הלרברוק