ศูนย์สัมบูรณ์: มันคืออะไร, ทำอย่างไร, ผลที่ตามมา

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

ดูด้วย: 7 คำถามที่ฟิสิกส์ยังไม่มีคำตอบ

คำนิยาม

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

อย่างไรก็ตาม เมื่อสสารมีอุณหภูมิใกล้เคียงกับศูนย์สัมบูรณ์ กฎฟิสิกส์เปลี่ยนพฤติกรรม. ในระดับต่ำเช่น พลังงานเอฟเฟกต์ควอนตัมเริ่มมีอิทธิพลต่อพลวัตของอะตอมและโมเลกุล

ศูนย์สัมบูรณ์คืออุณหภูมิทางทฤษฎีต่ำสุด

ผลที่ตามมาของการเกิดขึ้นของเอฟเฟกต์ควอนตัมคือการกำหนดทั้งหมดและความเป็นไปได้ของการวัด แม่นยำ (ซึ่งเป็นเรื่องปกติในฟิสิกส์คลาสสิก) ไม่มีเหตุผลอีกต่อไปด้วยคุณสมบัติควอนตัม เรียกของ หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก.

พูดง่ายๆ ว่า หลักการของไฮเซนเบิร์ก เป็นการยัดเยียดของธรรมชาติที่กีดกั้นเราไม่ให้รู้ด้วยความถูกต้องครบถ้วนทุกประการ ความยิ่งใหญ่ ฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับระบบควอนตัม

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

ใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ เอนโทรปีและความปั่นป่วนของอะตอมจะกลายเป็นศูนย์

เหตุใดจึงไม่สามารถเข้าถึงศูนย์สัมบูรณ์ได้

เธ ความเป็นไปไม่ได้จากศูนย์สัมบูรณ์ อธิบายโดยกฎข้อที่สามของอุณหพลศาสตร์ กฎข้อนี้หรือที่รู้จักกันในชื่อทฤษฎีบทหรือสมมติฐานของ Nernst ระบุว่ามันเป็นไปไม่ได้ด้วยการแปลงจำนวนจำกัดที่เอนโทรปีของระบบจะกลายเป็นศูนย์

ดูด้วย:ค้นพบข้อเท็จจริงสนุกๆ เกี่ยวกับรังสีที่จะทำให้เส้นผมของคุณโดดเด่น stand

อย่าเพิ่งหยุด... มีมากขึ้นหลังจากโฆษณา ;)

จะเกิดอะไรขึ้นที่ศูนย์สัมบูรณ์?

ทั้งๆ ที่ ไม่ถึงศูนย์สัมบูรณ์เมื่อเราอยู่เหนืออุณหภูมินั้นเพียงไม่กี่องศา ผลกระทบที่น่าสนใจบางอย่างก็ปรากฏขึ้น: อะตอมอยู่ใกล้กันมาก ซึ่งกันและกันแม้กระทั่ง ก๊าซ, ชอบ ไฮโดรเจน และ ฮีเลียม,กลายเป็นของแข็ง ที่อุณหภูมินี้ สารบางชนิดมี คุณสมบัติตัวนำยิ่งยวด, เช่นเดียวกับลีกของ ไนโอเบียม และ ไทเทเนียม.

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

ดูยัง: การค้นพบทางฟิสิกส์ที่เกิดขึ้นโดยอุบัติเหตุ

จะไปถึงศูนย์สัมบูรณ์ได้อย่างไร?

มีเทคนิคหลายอย่างที่นักวิทยาศาสตร์ใช้ในการสร้างอุณหภูมิที่ใกล้เคียงกับศูนย์สัมบูรณ์ วิธีหนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์ใช้มากที่สุดในการเข้าถึง 0 K คือ เลเซอร์ระบายความร้อน.

กระบวนการทำงานดังนี้: a โฟตอน ถูกปล่อยออกสู่อะตอม โฟตอนนี้จะถูกดูดกลืนและปล่อยออกใหม่ในทิศทางตรงกันข้ามตามลำดับ อย่างไรก็ตาม โฟตอนที่ปล่อยออกมาอีกครั้งมีพลังงานสูงกว่าโฟตอนตกกระทบเล็กน้อย ความแตกต่างของ พลังงานถูกดึงออกมาจากการเคลื่อนที่ของอะตอมเองซึ่งมีการสั่นของอะตอมลดลงจนเกือบหมด หยุด

ดูยัง: รู้ทุกอย่างเกี่ยวกับอุณหพลศาสตร์

ความเป็นไปไม่ได้ของศูนย์สัมบูรณ์

ศูนย์สัมบูรณ์ is ไม่สามารถบรรลุได้, นั่นคือเราจะไม่วัดอะไรที่อุณหภูมินั้น ความเป็นไปไม่ได้นี้เกิดจากกฎของอุณหพลศาสตร์และจากคุณสมบัติของฟิสิกส์ควอนตัม ตัวอย่างเช่น หลักการความไม่แน่นอน รับประกันว่าพลังงานของระบบควอนตัมไม่เคยเป็นศูนย์

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

By Me. ราฟาเอล เฮเลอร์บร็อก