Какво е абсолютна нула и възможно ли е да я постигнем
А бсолютната нула е най-ниската теоретична температура, която учените са определили като минус 459,67 градуса по Фаренхайт ( или минус 273,15 градуса по Целзий). Това е даже по-студено от атмосферата в Космоса.
Досега нищо, което познаваме, не е достигнало безспорната нула. Но допустимо ли е даже да се реализира този вцепеняващ стадий?
За да отговорим на този въпрос, дано проучим какво в действителност е температурата.
Склонни сме да мислим за температурата като за това какъв брой горещо или студено е нещо, само че в действителност тя е мярка за силата или вибрациите на всички частици в системата. Горещите предмети имат повече сила, тъй че техните частици могат да вибрират по-бързо. Точката, в която частиците нямат никаква сила - и затова стопират да се движат - е това, което се дефинира като безспорна нула.
Учените се интересуват от достигането на тези ниски температури, тъй като се появяват много забавни квантови резултати, когато частиците се забавят. Фундаментален принцип в квантовата механика е двойствеността вълна-частица - явлението, при което парченце като фотон от светлина може да се държи или като парченце, или като вълна, изяснява Санкалпа Гош, научен физик в Индийския софтуерен институт в Делхи.
“Когато се занимаваме с квантово-механични частици, значимо е да запомните тяхната „ неразличимост “ – „ не е допустимо да проследим частиците или вълните поотделно, както можем с по-големи обекти “, споделя Гош пред Live Science.
„ Произходът на това може да бъде проследен обратно до известния принцип на несигурността на Хайзенберг, който дефинира количествено вероятностния темперамент на квантово-механичното премерване. Тази вероятностна природа придава вълнообразен темперамент на квантовата механична парченце ", споделя ученият.
Is it possible to reach absolute zero?
— Sherman Bastarache (@SPBastarache)
Степента на това квантово вълнообразно държание се показва посредством съотношението на дистанциите сред частиците в системата, известно като топлинна дължина на вълната на Луи дьо Бройл. При естествени температури това квантово държание е нищожно, само че стартират да се появяват странни резултати, когато частиците се охладят.
„ Това съответствие става по-голямо с понижаването на температурата, a при безспорната нула, то се равнява на безконечност. Квантовите феномени като поток без търкане, свръхпроводимост (ток, който протича без никакво съпротивление) и ултрастудена атомна кондензация се случват заради това “, сподели Гош.
Ранните опити през 90-те години на предишния век използваха техника, известна като лазерно изстудяване, с цел да стартират да изследват тези резултати.
„ Светлината упражнява мощ върху атомите, която ги забавя до относително ниски температури, към 1 келвин (минус 272,15 C или минус 457,87 F) “, сподели Кристофър Фут, физик от Оксфордския университет.
Най-ниската температура, записана в миналото в лаборатория, беше реализирана от група в Германия през 2021 година Екипът пусна магнетизирани газови атоми по кула от 400 фута (120 метра), като непрекъснато включваше и изключваше магнитното поле, с цел да забави частиците до съвсем цялостен застой. В този вид опит, прочут като изстудяване с магнитен капан, газообразните частици доближиха невероятните 38 пикокелвина - 38 трилионни от градуса по Целзий над безспорната нула и много в диапазона, с цел да стартират да следят квантовите резултати в газовете.
Има ли смисъл да се опитваме да охлаждаме материалите още повече?
Вероятно не, съгласно Фут. „ Ние сме доста по-заинтересовани от тези квантови резултати, в сравнение с от достигането на безспорната нула. Лазерно охлажданите атоми към този момент се употребяват в атомните стандарти, които дефинират универсалното време и в квантовите компютри. Работата с по-ниски температури към момента е на проучвателен стадий и хората употребяват тези способи за тестване на универсални физически теории “, сподели той.
Понастоящем не е допустимо да се охладят тези последни 38 трилионни от градуса - и би трябвало да се преодолеят няколко трудности, с цел да стане действителност. Всъщност, даже и да достигнем безспорната нула, може изцяло да я пропуснем заради неточни техники за премерване, считат специалистите.
„ За да измерите безспорната нула, в действителност ще имате потребност от безпределно прецизен термометър, а това е оттатък сегашните ни измервателни системи “, счита Фут.
Досега нищо, което познаваме, не е достигнало безспорната нула. Но допустимо ли е даже да се реализира този вцепеняващ стадий?
За да отговорим на този въпрос, дано проучим какво в действителност е температурата.
Склонни сме да мислим за температурата като за това какъв брой горещо или студено е нещо, само че в действителност тя е мярка за силата или вибрациите на всички частици в системата. Горещите предмети имат повече сила, тъй че техните частици могат да вибрират по-бързо. Точката, в която частиците нямат никаква сила - и затова стопират да се движат - е това, което се дефинира като безспорна нула.
Учените се интересуват от достигането на тези ниски температури, тъй като се появяват много забавни квантови резултати, когато частиците се забавят. Фундаментален принцип в квантовата механика е двойствеността вълна-частица - явлението, при което парченце като фотон от светлина може да се държи или като парченце, или като вълна, изяснява Санкалпа Гош, научен физик в Индийския софтуерен институт в Делхи.
“Когато се занимаваме с квантово-механични частици, значимо е да запомните тяхната „ неразличимост “ – „ не е допустимо да проследим частиците или вълните поотделно, както можем с по-големи обекти “, споделя Гош пред Live Science.
„ Произходът на това може да бъде проследен обратно до известния принцип на несигурността на Хайзенберг, който дефинира количествено вероятностния темперамент на квантово-механичното премерване. Тази вероятностна природа придава вълнообразен темперамент на квантовата механична парченце ", споделя ученият.
Is it possible to reach absolute zero?
— Sherman Bastarache (@SPBastarache)
Степента на това квантово вълнообразно държание се показва посредством съотношението на дистанциите сред частиците в системата, известно като топлинна дължина на вълната на Луи дьо Бройл. При естествени температури това квантово държание е нищожно, само че стартират да се появяват странни резултати, когато частиците се охладят.
„ Това съответствие става по-голямо с понижаването на температурата, a при безспорната нула, то се равнява на безконечност. Квантовите феномени като поток без търкане, свръхпроводимост (ток, който протича без никакво съпротивление) и ултрастудена атомна кондензация се случват заради това “, сподели Гош.
Ранните опити през 90-те години на предишния век използваха техника, известна като лазерно изстудяване, с цел да стартират да изследват тези резултати.
„ Светлината упражнява мощ върху атомите, която ги забавя до относително ниски температури, към 1 келвин (минус 272,15 C или минус 457,87 F) “, сподели Кристофър Фут, физик от Оксфордския университет.
Най-ниската температура, записана в миналото в лаборатория, беше реализирана от група в Германия през 2021 година Екипът пусна магнетизирани газови атоми по кула от 400 фута (120 метра), като непрекъснато включваше и изключваше магнитното поле, с цел да забави частиците до съвсем цялостен застой. В този вид опит, прочут като изстудяване с магнитен капан, газообразните частици доближиха невероятните 38 пикокелвина - 38 трилионни от градуса по Целзий над безспорната нула и много в диапазона, с цел да стартират да следят квантовите резултати в газовете.
Има ли смисъл да се опитваме да охлаждаме материалите още повече?
Вероятно не, съгласно Фут. „ Ние сме доста по-заинтересовани от тези квантови резултати, в сравнение с от достигането на безспорната нула. Лазерно охлажданите атоми към този момент се употребяват в атомните стандарти, които дефинират универсалното време и в квантовите компютри. Работата с по-ниски температури към момента е на проучвателен стадий и хората употребяват тези способи за тестване на универсални физически теории “, сподели той.
Понастоящем не е допустимо да се охладят тези последни 38 трилионни от градуса - и би трябвало да се преодолеят няколко трудности, с цел да стане действителност. Всъщност, даже и да достигнем безспорната нула, може изцяло да я пропуснем заради неточни техники за премерване, считат специалистите.
„ За да измерите безспорната нула, в действителност ще имате потребност от безпределно прецизен термометър, а това е оттатък сегашните ни измервателни системи “, счита Фут.
Източник: vesti.bg
КОМЕНТАРИ