¿Cómo se calcula el cero absoluto?

1. Registro técnico aproximado de temperatura:

En comparación con la temperatura de 3K de la radiación cósmica de fondo en el espacio exterior, la temperatura a la que se alcanza la condensación de Bose-Einstein es 170 * 10 ( - 9) K, indicando que es muy difícil lograr la condensación de Bose-Einstein en experimentos. Para crear un entorno de temperatura tan extremadamente baja, las principales tecnologías incluyen el enfriamiento por láser y el enfriamiento por evaporación.

Un equipo de investigación internacional compuesto por científicos de Alemania, Estados Unidos, Austria y otros países estableció un récord de temperatura en el laboratorio que es sólo 0,5 Kelvin superior al cero absoluto. El récord anterior era 3 Kelvin superior al cero absoluto. cero absoluto. Esta es la primera vez en la historia de la humanidad que temperaturas extremadamente bajas superan el cero absoluto y están dentro de 1 nanogramo.

El equipo de investigación publicó un artículo en la revista estadounidense "Science" diciendo que crearon este registro en el proceso de utilizar tecnología de trampa magnética para realizar el condensado de Bose-Einstein (BEC) de átomos de cesio. David Prichard, un científico involucrado en el estudio, dijo que enfriar el gas a un nivel extremadamente cercano al cero absoluto es de gran importancia para realizar mediciones precisas. Sus resultados experimentales pueden ayudar a crear relojes atómicos más precisos y medir la gravedad con mayor precisión.

Un condensado de Bose-Einstein es un estado peculiar de la materia en el que una gran cantidad de átomos se comportan como una sola partícula. La "condensación" aquí es diferente de la condensación en la vida diaria, lo que significa que átomos en diferentes estados de repente se "condensan" en el mismo estado. Para alcanzar este estado de la materia, por un lado es necesario alcanzar temperaturas extremadamente bajas, y por otro lado también requiere que el sistema atómico se encuentre en estado gaseoso. El físico chino Steven Chu compartió el Premio Nobel de Física de 1997 con otros dos científicos por la invención de la refrigeración por láser y la tecnología de refrigeración por trampa magnética.

Los científicos dijeron que esperan utilizar la temperatura más baja recién alcanzada para descubrir algunos fenómenos nuevos de la materia, como el estado de los átomos en la superficie del mismo objeto a esta baja temperatura, y el estado de movimiento cuando el área del canal de movimiento es limitada. El científico alemán que ganó el Premio Nobel de Física en 2001 por descubrir el nuevo estado de la materia "la condensación de Bose-Einstein de gases raros de átomos de metales alcalinos" comentó que es la primera vez que el ser humano alcanza una temperatura superior al cero absoluto y dentro de 1 nanokelvin. Hito de la historia.

Técnicamente, se pueden leer una serie de números de temperatura a partir de una curva de temperatura, explicó Ulrich Schneider, físico de la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich, pero estos números sólo representan la probabilidad de que las partículas contenidas en ellos lo sean. en un determinado estado energético. En términos generales, el estado energético de la mayoría de las partículas se encuentra en el nivel de energía promedio o cerca de él, y sólo unas pocas partículas se encuentran en niveles de energía más altos. Teóricamente, si se invierte esta posición, de modo que la mayoría de las partículas estén en un estado de alta energía y unas pocas partículas estén en un estado de baja energía, la curva de temperatura se invertirá, y la temperatura pasará de positiva a negativa, por debajo del cero absoluto. . Wolfgang Ketterle, premio Nobel de Física de 2001, también demostró la existencia de temperaturas absolutas negativas en los sistemas de campos magnéticos.

Schneider y sus colegas lograron este cero absoluto negativo utilizando un gas cuántico ultrafrío de átomos de potasio. Utilizaron láseres y campos magnéticos para mantener los átomos individuales en una disposición reticular. A temperaturas positivas, las fuerzas repulsivas entre los átomos mantienen estable la estructura reticular. Luego cambiaron rápidamente el campo magnético para que los átomos se atrajeran entre sí en lugar de repelerse. "Esta transición repentina hace que los átomos salten de su estado más estable, que es el estado de menor energía, al estado de mayor energía que pueden alcanzar antes de que puedan reaccionar", dijo Schneider. "Es como si estuvieras viajando a través de un valle y. De repente te encuentras parado en una montaña."

A temperaturas positivas, esta inversión es inestable y los átomos colapsan hacia adentro. Al mismo tiempo, también ajustaron el campo láser del pozo potencial para mejorar la energía y estabilizar los átomos en su lugar. resultado. De esta manera, el cambio de un gas desde encima del cero absoluto hasta debajo del cero absoluto es de unas pocas milmillonésimas de Kelvin.

Esta investigación se publicó en muchas revistas de ciencias naturales y supone un gran avance en la física humana. Muchos científicos dicen que esto abrirá el camino hacia el descubrimiento de una nueva sustancia llamada materia oscura.

2. En 1877, Boltzmann descubrió la relación entre la entropía macroscópica del sistema y la probabilidad termodinámica, donde k es la constante de Boltzmann. En 1906, Nernst propuso que cuando la temperatura se acerca al cero absoluto? Cuando T→0, △S/O = 0, que es el principio de calor de Nernst.

Sobre la base de la investigación de Nernst, Planck señaló que los cristales perfectos de diversas sustancias tienen entropía cero (S 0 = 0) en el cero absoluto, que es la tercera ley de la termodinámica.

Datos ampliados:

1. El lugar más frío:

Astrónomos chilenos han descubierto el lugar más frío del universo. El lugar más frío del universo se llama "Nebulosa Boomerang". La temperatura aquí es de -272 grados centígrados. Es el lugar más frío de la naturaleza conocido hasta ahora y se llama "caja de hielo cósmica". De hecho, la temperatura de la Nebulosa Boomerang es sólo aproximadamente 1 grado más cálida que el cero absoluto (-273,15°C). Este "calor" (porque en realidad la temperatura de la que hablamos siempre está por encima del cero absoluto) es el calor que queda hasta el día de hoy del Big Bang, origen del universo. De hecho, esta es una de las evidencias más significativas y efectivas de la teoría del Big Bang.

2. Energía del vacío:

En el cero absoluto, cualquier energía debería desaparecer. Pero incluso en el cero absoluto, todavía hay otro tipo de energía, que es la energía del punto cero del vacío.

La energía del punto cero del vacío recibe su nombre de la vibración de las partículas que se encuentran en el cero absoluto. Ésta es la enorme energía de fondo contenida en el vacío cuántico. El principio de incertidumbre de Heisenberg establece que es imposible conocer la posición y el momento de una partícula simultáneamente con gran precisión. Por lo tanto, cuando la temperatura cae al cero absoluto, la partícula aún debe estar vibrando, de lo contrario, si la partícula se detiene por completo, su impulso y posición se pueden medir con precisión al mismo tiempo, lo que viola el principio de incertidumbre; La energía que posee esta partícula que vibra en el cero absoluto (vibración cero) es energía de punto cero.

El vacío cuántico es un estado material sin partículas físicas. La energía total de su campo es la más baja. Es el estado inicial de todos los campos de movimiento material y su temperatura está naturalmente en el cero absoluto. Un estado así tiene el potencial de un cambio infinito. La energía de punto cero se crea mediante la aparición y aniquilación de un par de antipartículas creadas por partículas virtuales (en el vacío cuántico). Se estima que la densidad de energía por centímetro cúbico en el vacío cuántico es de 10 13 julios.

Teóricamente, la energía del vacío aparece en forma de partículas, formándose y desapareciendo constantemente a pequeña escala. El vacío está lleno de partículas de casi todas las longitudes de onda, pero Casimir pensó que si dos discos delgados de metal sin carga estuvieran muy cerca, las longitudes de onda más largas quedarían excluidas. Otras ondas fuera del disco de metal crearán entonces una fuerza que tiende a juntarlas. Cuanto más cerca estén los discos metálicos, más fuerte será la atracción entre ellos. En 1996, los físicos midieron por primera vez el llamado efecto Casimir. Ésta es una prueba concluyente de que el punto cero del vacío puede existir.

Enciclopedia Baidu-Cero Absoluto

Enciclopedia Baidu-? La tercera ley de la termodinámica