Kas vyksta ties absoliučiu nuliu?

Iki Lazdynas Muiras

Keista, kas vyksta esant žemai temperatūrai, vis kelia staigmenų. Praėjusią savaitę mokslininkai pranešė, kad ypač šaltų dujų molekulės gali chemiškai reaguoti iki 100 kartų didesnio atstumo nei kambario temperatūroje.

Atliekant eksperimentus arčiau kambario temperatūros, mažėjant temperatūrai, cheminės reakcijos linkusios sulėtėti. Tačiau mokslininkai nustatė, kad molekulės esant šaltai temperatūrai, vos keli šimtai milijardinių laipsnių laipsnio, viršijančios absoliutų nulį (–273,15 ° C arba 0 kelvino), vis tiek gali keistis atomais ir užmegzti naujus cheminius ryšius dėl keistų kvantinių efektų, kurie praplečia jų pasiekiamumą esant žemai temperatūrai.

„Visiškai pagrįsta tikėtis, kad kai pereisite į ypač šaltą režimą, nebus jokios chemijos, apie kurią kalbėti“, – sako Deborah Jin iš Kolorado universiteto Boulderyje, kurio komanda pranešė apie radinį. Mokslas (DOI & dvitaškis; 10.1126 / mokslas.1184121). „Šiame dokumente sakoma, kad ne, vyksta daug chemijos“.

Naujas mokslininkas pažvelgia į keistą ir nuostabią itin šaltų karalystę.

Kodėl absoliutus nulis (0 kelvinų arba –273,15 ° C) yra neįmanomas tikslas?

Praktiškai darbas, reikalingas šilumos pašalinimui iš dujų, padidina jūsų šaltį, o norint ką nors atvėsinti iki absoliutaus nulio, reikėtų begalinio darbo. Kvantiniu požiūriu galite kaltinti Heisenbergo neapibrėžtumo principą, kuris sako, kad kuo tiksliau žinome dalelės greitį, tuo mažiau žinome apie jos padėtį ir atvirkščiai. Jei žinote, kad jūsų atomai yra eksperimento metu, jų impulsas turi būti tam tikras netikrumas, išlaikant juos virš absoliutaus nulio – nebent jūsų eksperimentas yra visos visatos dydis.

Kokia yra šalčiausia Saulės sistemos vieta?

Žemiausia kada nors Saulės sistemoje išmatuota temperatūra buvo Mėnulyje. Praėjusiais metais NASA „Lunar Reconnaissance Orbiter“ matavo net –240 ° C temperatūrą nuolat šešėliuotuose krateriuose prie Mėnulio pietinio ašigalio. Tai maždaug 10 laipsnių šaltis, nei iki šiol matuota Plutone. Brrrrrrrrr.

Koks yra šalčiausias gamtos objektas visatoje?

Šalčiausia žinoma vieta visatoje yra Boomerango ūkas, nutolęs nuo mūsų 5000 šviesmečių Centaurus žvaigždyne. Mokslininkai 1997 m. Pranešė, kad iš centrinės mirštančios žvaigždės išpučiančios dujos išsiplėtė ir greitai atvėso iki 1 kelvino, tik vienu laipsniu šilčiau nei absoliutus nulis. Paprastai kosminis mikrobangų fonas – relikvinė spinduliuotė, likusi iš didžiojo sprogimo – dujų debesys kosmose buvo sušildomi bent iki 2,7 kelvino. Tačiau išsiplėtus „Boomerang Nebula“ sukuria tam tikrą kosminį šaldytuvą, leidžiantį dujoms išlaikyti neįprastą vėsą.

Koks yra šalčiausias objektas kosmose?

Jei skaičiuojate dirbtinius palydovus, viskas dar vėsiau. Kai kurie 2009 m. Gegužės mėn. Paleistos Europos kosmoso agentūros „Planck“ kosminės observatorijos prietaisai yra užšaldyti iki 0,1 kelvino, kad nuslopintų mikrobangų triukšmą, kuris kitu atveju užtemdytų palydovo regėjimą. Kosminė aplinka kartu su mechaninėmis ir kriogeninėmis šaldymo sistemomis, kuriose naudojamas vandenilis ir helis, atšaldo šalčiausius instrumentus iki 0,1 kelvino keturiais nuosekliais žingsniais.

Kokia žemiausia kada nors laboratorijoje pasiekta temperatūra?

Žemiausia kada nors užfiksuota temperatūra buvo čia, Žemėje, laboratorijoje. 2003 m. Rugsėjo mėn. Masačusetso technologijos instituto mokslininkai paskelbė, kad jie atšaldė natrio atomų debesį iki rekordinio 0,45 nanokelvino. Anksčiau Suomijos Helsinkio technologijos universiteto mokslininkai 1999 m. Rodžio metalo gabale pasiekė 0,1 nanokelvino temperatūrą. Tačiau tai buvo tik vieno konkretaus judesio – kvantinės savybės, vadinamos branduoliniu sukiniu, – temperatūra. temperatūra visiems įmanomiems judesiams.

Koks keistas elgesys gali būti šalia absoliutaus nulio?

Kasdienėse kietosiose dalyse, skysčiuose ir dujose šiluma ar šiluminė energija atsiranda dėl atomų ir molekulių judėjimo, kai jie zingdami aplinkui atsimuša vienas į kitą. Tačiau esant labai žemai temperatūrai, karaliauja nelyginės kvantinės mechanikos taisyklės. Molekulės nesusiduria įprasta prasme; vietoj to, jų kvantinės mechaninės bangos tęsiasi ir sutampa. Taip sutapdami, kartais susidaro vadinamasis Bose-Einšteino kondensatas, kuriame visi atomai veikia identiškai kaip vienas „superatomas“. Pirmasis grynas Bose-Einšteino kondensatas buvo sukurtas Kolorade 1995 m., Naudojant rubidžio atomų debesį, atvėsusį iki mažiau nei 170 nanokelvinų.