ศูนย์สัมบูรณ์: มันคืออะไร, ทำอย่างไร, ผลที่ตามมา

อู๋ ศูนย์แน่นอน และ อุณหภูมิต่ำสุดตามทฤษฎี ที่ร่างกายเข้าถึงได้ นี่คือขีด จำกัด ล่างของการกวนความร้อนและสอดคล้องกับa สภาพร่างกาย ซึ่งทั้งหมด พลังงานจลน์ และ ศักยภาพ ของระบบมีค่าเท่ากับศูนย์ ตามกฎข้อที่สามของ อุณหพลศาสตร์, ถ้า บางระบบถึงอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์, ของมัน เอนโทรปี กลายเป็นโมฆะ

ดูด้วย: 7 คำถามที่ฟิสิกส์ไม่มีคำตอบ

คำนิยาม

ที่ สเกลอุณหพลศาสตร์ ของอุณหภูมิ จบการศึกษาในเคลวิน ศูนย์สัมบูรณ์เทียบเท่ากับ 0 K, -273.15 ºC หรือแม้แต่ -459.67 ºF ในทางทฤษฎี ถ้าระบบเทอร์โมไดนามิกใดๆ อยู่ที่อุณหภูมินี้ ค่าทั้งหมดของมัน โมเลกุล, อะตอม และ อิเล็กตรอน พวกมันอยู่ในสภาวะพักผ่อนที่สมบูรณ์แบบ โดยไม่มีพลังงานจลน์หรือปฏิสัมพันธ์ใดๆ ระหว่างองค์ประกอบของพวกเขา

อย่างไรก็ตาม เมื่อสสารมีอุณหภูมิใกล้เคียงกับศูนย์สัมบูรณ์ กฎฟิสิกส์เปลี่ยนพฤติกรรม. ในระดับที่ต่ำดังกล่าวของ พลังงานเอฟเฟกต์ควอนตัมเริ่มมีอิทธิพลต่อพลวัตของอะตอมและโมเลกุล

ศูนย์สัมบูรณ์คืออุณหภูมิทางทฤษฎีต่ำสุด

ผลที่ตามมาของการเกิดขึ้นของเอฟเฟกต์ควอนตัมคือการกำหนดระดับทั้งหมดและความเป็นไปได้ของการวัด แม่นยำ (ซึ่งเป็นเรื่องปกติในฟิสิกส์คลาสสิก) ไม่มีเหตุผลอีกต่อไปด้วยคุณสมบัติควอนตัม เรียกของ หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก.

พูดง่ายๆ ว่า หลักการของไฮเซนเบิร์ก เป็นการยัดเยียดของธรรมชาติที่กีดกั้นเรามิให้รู้ได้อย่างแม่นยำใดๆ ความยิ่งใหญ่ ฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับระบบควอนตัม

กล่าวอีกนัยหนึ่ง ด้วยหลักการนี้ เป็นไปไม่ได้ที่จะกำหนดตำแหน่งของ a. ได้อย่างแม่นยำสูงสุด อะตอม เพราะสำหรับสิ่งนั้น มันควรจะคงที่อย่างสมบูรณ์ และสิ่งนี้ไม่ได้รับอนุญาตโดยคุณสมบัติ ให้ ฟิสิกส์ควอนตัม.

ใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ เอนโทรปีและความปั่นป่วนของอะตอมจะกลายเป็นศูนย์

เหตุใดจึงไม่สามารถเข้าถึงศูนย์สัมบูรณ์ได้?

NS ความเป็นไปไม่ได้จากศูนย์สัมบูรณ์ อธิบายโดยกฎข้อที่สามของอุณหพลศาสตร์ กฎข้อนี้หรือที่รู้จักในชื่อทฤษฎีบทหรือสมมติฐานของ Nernst ระบุว่ามันเป็นไปไม่ได้ด้วยการเปลี่ยนแปลงจำนวนจำกัด ที่เอนโทรปีของระบบจะกลายเป็นศูนย์

ดูด้วย:ค้นพบข้อเท็จจริงสนุกๆ เกี่ยวกับรังสีที่จะทำให้เส้นผมของคุณโดดเด่น

จะเกิดอะไรขึ้นที่ศูนย์สัมบูรณ์?

ทั้งๆที่มี ไม่ถึงศูนย์สัมบูรณ์เมื่อเราอยู่เหนืออุณหภูมินั้นเพียงไม่กี่องศา ผลกระทบที่น่าสนใจบางอย่างก็ปรากฏขึ้น: อะตอมอยู่ใกล้กันมาก ซึ่งกันและกันแม้กระทั่ง ก๊าซ, ชอบ ไฮโดรเจน และ ฮีเลียม,กลายเป็นของแข็ง ที่อุณหภูมินี้ มีสารบางอย่างอยู่ คุณสมบัติตัวนำยิ่งยวด, เช่นเดียวกับลีกของ ไนโอเบียม และ ไทเทเนียม.

นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีบางคนยังเชื่อด้วยว่าถ้าร่างกายมีอุณหภูมิถึงศูนย์สัมบูรณ์ มันจะ มวลก็จะเลิกดำรงอยู่. สาเหตุของพฤติกรรมนี้อยู่ใน พลังงานพักผ่อนแนวคิดที่สร้างขึ้นโดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Albert Einstein. ตามความสัมพันธ์ของไอน์สไตน์ระหว่าง พาสต้า และพลังงานพักผ่อน ร่างกายที่ไม่มีพลังงานไม่สามารถมีมวลได้.

ดูอีกด้วย: การค้นพบทางฟิสิกส์ที่เกิดขึ้นโดยอุบัติเหตุ

จะไปถึงศูนย์สัมบูรณ์ได้อย่างไร?

มีเทคนิคหลายอย่างที่นักวิทยาศาสตร์ใช้ในการสร้างอุณหภูมิที่ใกล้เคียงกับศูนย์สัมบูรณ์ วิธีหนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์ใช้มากที่สุดในการเข้าถึง 0 K คือ เลเซอร์ระบายความร้อน.

กระบวนการทำงานดังนี้: โฟตอน ถูกปล่อยออกสู่อะตอม โฟตอนนี้จะถูกดูดกลืนและปล่อยออกใหม่ในทิศทางตรงกันข้ามตามลำดับ อย่างไรก็ตาม โฟตอนที่ปล่อยออกมาอีกครั้งมีพลังงานสูงกว่าโฟตอนตกกระทบเล็กน้อย ความแตกต่างของ พลังงานถูกดึงออกมาจากการเคลื่อนที่ของอะตอมเองซึ่งมีการสั่นของอะตอมลดลงจนเกือบหมด หยุด

ดูอีกด้วย: รู้ทุกอย่างเกี่ยวกับอุณหพลศาสตร์

ความเป็นไปไม่ได้ของศูนย์สัมบูรณ์

ศูนย์สัมบูรณ์ is ไม่สามารถบรรลุได้, นั่นคือเราจะไม่วัดสิ่งใดที่อุณหภูมินั้น ความเป็นไปไม่ได้นี้มีต้นกำเนิดมาจากกฎของอุณหพลศาสตร์และในคุณสมบัติของฟิสิกส์ควอนตัมด้วย ตัวอย่างเช่น หลักการความไม่แน่นอน รับประกันว่าพลังงานของระบบควอนตัมไม่เคยเป็นศูนย์

อีกวิธีหนึ่งในการทำความเข้าใจความเป็นไปไม่ได้ของศูนย์สัมบูรณ์เกี่ยวข้องกับ กระบวนการวัด ของอุณหภูมิ เมื่อเราต้องการวัดอุณหภูมิของร่างกายหรือระบบ เราใช้ a เครื่องวัดอุณหภูมิ. แต่ถ้าเราเอาเทอร์โมมิเตอร์มาวัดอุณหภูมิร่างกาย สมมุติว่าอุณหภูมิ 0 K เครื่องมือนั้น จะแลกเปลี่ยนความร้อนกับร่างกายซึ่งจะมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นแม้ในระดับจุลภาค

By Me. ราฟาเอล เฮเลอร์บร็อก