Atomy Dosahují Rekordní Teploty, Chladnější Než Absolutní Nula

{h1}

Vědci ukazují, že mohou dosáhnout ještě nižších teplot než absolutní nula pro podivnou říši „negativních teplot“.

Absolutní nula je často považována za nejchladnější možnou teplotu. Nyní však vědci ukazují, že mohou dosáhnout ještě nižších teplot pro podivnou říši „negativních teplot“.

Je zvláštní, že dalším způsobem, jak se podívat na tyto negativní teploty, je považovat je za teplejší než nekonečno, dodali vědci.

Tento neobvyklý pokrok by mohl vést k novým motorům, které by mohly být technicky více než 100 procent účinné, a osvětlit záhady, jako je temná energie, tajemná látka, která zjevně táhne náš vesmír od sebe.

Teplota objektu je měřítkem toho, jak moc se jeho atomy pohybují - čím je objekt chladnější, tím pomaleji jsou atomy. Při fyzicky nemožné dosáhnout teploty nulového kelvinu nebo mínus 459,67 stupňů Fahrenheita (mínus 273,15 stupňů Celsia) by se atomy přestaly pohybovat. Na Kelvinově stupnici tedy nemůže být nic chladnějšího než absolutní nula.

Bizarro negativní teploty

Abychom pochopili negativní teploty, které vědci nyní vymysleli, můžeme si myslet, že teplota existuje jako měřítko, které je ve skutečnosti smyčkou, nikoli lineární. Pozitivní teploty tvoří jednu část smyčky, zatímco záporné teploty tvoří druhou část. Když teploty v kladné oblasti této stupnice klesnou pod nulu nebo nad nekonečno, končí v negativním teritoriu. [Co je to? Vaše základní otázky z fyziky zodpovězeny]

Při pozitivních teplotách atomy pravděpodobně obsáhnou stavy s nízkou energií než stavy s vysokou energií, což je vzorec známý jako Boltzmannovo rozdělení ve fyzice. Když je objekt zahříván, jeho atomy mohou dosáhnout vyšších úrovní energie.

Při absolutní nule by atomy zaujímaly nejnižší energetický stav. Při nekonečné teplotě by atomy zabíraly všechny energetické stavy. Záporné teploty jsou tedy opakem kladných teplot - atomy s větší pravděpodobností zaujímají vysoce energetické stavy než nízkoenergetické stavy.

„Invertovaná Boltzmannova distribuce je charakteristickým znakem záporné absolutní teploty, a toho jsme dosáhli,“ řekl výzkumník Ulrich Schneider, fyzik na mnichovské univerzitě v Německu. „Přesto plyn není chladnější než nulový kelvin, ale teplejší. Je dokonce teplejší než při jakékoli pozitivní teplotě - teplotní stupnice jednoduše nekončí nekonečnem, ale místo toho skočí na záporné hodnoty.“

Dalo by se očekávat, že objekty se zápornými teplotami se chovají velmi zvláštním způsobem. Například energie obvykle proudí z objektů s vyšší pozitivní teplotou k objektům s nižší pozitivní teplotou - to znamená, že horké objekty zahřívají chladnější objekty a chladnější objekty ochladzují teplejší objekty, dokud nedosáhnou běžné teploty. Energie však bude vždy proudit od objektů s negativní teplotou k objektům s pozitivní teplotou. V tomto smyslu jsou objekty se zápornými teplotami vždy teplejší než objekty s kladnými teplotami.

Další podivný důsledek negativních teplot má co do činění s entropií, což je měřítkem toho, jak znepokojivě je systém. Když objekty s pozitivní teplotou uvolňují energii, zvyšují entropii věcí kolem nich, což je činí chaotičtěji. Když však objekty se zápornými teplotami uvolní energii, mohou skutečně absorbovat entropii.

Negativní teploty by byly považovány za nemožné, protože obvykle neexistuje horní hranice toho, kolik energetických atomů může mít, pokud to současná teorie naznačuje. (Existuje rychlost, kterou mohou cestovat - podle Einsteinovy ​​teorie relativity nic nemůže zrychlit na rychlosti rychlejší než světlo.)

Wacky fyzikální experiment

Aby generovali negativní teploty, vědci vytvořili systém, kde atomy mají limit, kolik energie mohou mít. Nejprve ochladili asi 100 000 atomů na pozitivní teplotu několika nanokelvinů nebo miliardtinu kelvinů. Ochladili atomy ve vakuové komoře, která je izolovala od jakéhokoli vlivu prostředí, který by je mohl náhodně zahřát. Rovněž použili síť laserových paprsků a magnetických polí k velmi přesné kontrole toho, jak se tyto atomy chovaly, a pomohly je vtlačit do nové oblasti teplot. [Twisted Physics: 7 Mind-Blowing Findings]

"Teploty, které jsme dosáhli, jsou negativní nanokelvin," řekl Schneider WordsSideKick.com.

Teplota závisí na tom, kolik atomů se pohybuje - kolik kinetické energie mají. Síť laserových paprsků vytvořila dokonale uspořádané pole milionů jasných světelných bodů a v této „optické mříži“ se atomy mohly stále pohybovat, ale jejich kinetická energie byla omezená.

Teplota také závisí na tom, kolik potenciálních energetických atomů má a kolik energie leží v interakcích mezi atomy. Vědci použili optickou mřížku k omezení množství potenciální energie atomů a pomocí magnetických polí velmi jemně kontrolovali interakce mezi atomy, což je buď přitažlivé nebo odpudivé.

Teplota je spojena s tlakem - čím je něco teplejší, tím více se rozšiřuje směrem ven a čím chladnější je, tím více se stahuje dovnitř. Aby se ujistil, že tento plyn má zápornou teplotu, museli ho vědci také podtlakovat, pohrávat si s interakcemi mezi atomy, dokud se navzájem nepřitahovali víc, než se navzájem odpuzovali.

"Vytvořili jsme první negativní absolutní teplotní stav pro pohybující se částice," řekl výzkumník Simon Braun z mnichovské univerzity v Německu.

Nové druhy motorů

Negativní teploty by mohly být použity k vytvoření tepelných motorů - motorů, které přeměňují tepelnou energii na mechanickou práci, jako jsou spalovací motory - které jsou více než 100% účinné, což je něco, co se zdá být nemožné. Takové motory by v podstatě nejen absorbovaly energii z teplejších látek, ale také chladnějších. Práce prováděná motorem by tedy mohla být větší než energie odebíraná pouze z horkější látky.

Negativní teploty mohou také pomoci osvětlit jedno z největších tajemství vědy. Vědci očekávali, že gravitační tah hmoty zpomalí expanzi vesmíru po Velkém třesku, nakonec ji přivede k mrtvé zastávce nebo ji dokonce převrátí pro „Velký křup“. Avšak expanze vesmíru zřejmě zrychluje, zrychlený růst, který kosmologové naznačují, může být způsoben temnou energií, dosud neznámou látkou, která by mohla tvořit více než 70 procent vesmíru.

Stejně tak by měl negativní tlak studeného plynu, který vědci vytvořili, zkolabovat. Avšak její negativní teplota tomu brání. Negativní teploty jako takové mohou mít zajímavé paralely s temnou energií, které mohou vědcům pomoci pochopit tuto záhadu.

Negativní teploty by také mohly osvětlit exotické stavy hmoty a vytvářet systémy, které by bez nich normálně nebyly stabilní. "Lepší pochopení teploty by mohlo vést k novým věcem, o kterých jsme si ani neuvědomili," řekl Schneider. "Když studujete základy velmi důkladně, nikdy nevíte, kde to může skončit."

Vědci podrobně popsali svá zjištění v čísle 4. ledna časopisu Science.

Sledujte WordsSideKick.com na Twitteru @ živě věda. Jsme také na Facebook.

Atomy Dosahují Rekordní Teploty, Chladnější Než Absolutní Nula

FAQ - 💬

❓ Co se stane při absolutni nule?

👉 Absolutní nula je hypotetický stav látky, ve kterém se zastaví veškerý tepelný pohyb částic.Сохраненная копия

❓ Jaká je hodnota absolutní nuly?

👉 Za absolutní nulu se považuje teplota nula Kelvinů tedy 273,15 stupně Celsia. Ve vesmíru nic chladnějšího není, dokonce i k této teplotě se lze pouze přiblížit.Сохраненная копия

❓ Co to je absolutní teplota?

👉 Absolutní teplota se měří v kelvinech. Jeden stupeň kelvina je roven jednomu stupni Celsia. Kelvinova stupnice má jiný počátek než Celsiova stupnice, 0 K = −273,15 °C.

❓ Jaká je nejvyšší teplota ve vesmíru?

👉 Podle dnes nejvíce uznávaných fyzikálních teorií o vesmíru je patrně maximální možnou teplotou takzvaná Planckova teplota – přibližně 1.42×1032 kelvinů.

❓ Kolik je 0 stupnu Kelvinu?

👉 0 K je teplota absolutní nuly, tedy naprosto nejnižší teplota, která je fyzikálně definována, 273,16 K je teplota trojného bodu vody (teplota 0,01 °C, tlak 613 Pa)

❓ Jaká je průměrná teplota ve vesmíru?

👉 Teplota (zde spíše ve smyslu vnitřní energie fotonového záření) vesmírného prostoru se díky reliktnímu záření udržuje na přibližně 3 K, tj. –270 °C. Tlak je díky téměř dokonalé absenci okolního hmotného prostředí roven nule.


Video Doplněk: .




Výzkum


Pes
Pes "Polibky" Dávají Ženě Těžkou Infekci

Fotografie: Dokonale Zachovalý Dětský Kůň Objevený V Sibiřském Permafrostu
Fotografie: Dokonale Zachovalý Dětský Kůň Objevený V Sibiřském Permafrostu

Science News


Na Fotografiích: Velkolepé Pohoří Sierra Nevada
Na Fotografiích: Velkolepé Pohoří Sierra Nevada

Eve Of Destruction: Doomsday Clock Hovers Ve 2 Minutách Na 'Midnight'
Eve Of Destruction: Doomsday Clock Hovers Ve 2 Minutách Na 'Midnight'

Mohli Byste Pít Tohoto Muže Omrzliny, Amputované Prsty V Koktejlu
Mohli Byste Pít Tohoto Muže Omrzliny, Amputované Prsty V Koktejlu

Ve Tabletách Starověkých Astronomů Se Objevilo Zpomalení Rotace Země
Ve Tabletách Starověkých Astronomů Se Objevilo Zpomalení Rotace Země

I Am Groot: Je Možné Chodící, Mluvící Rostlinné Osoby?
I Am Groot: Je Možné Chodící, Mluvící Rostlinné Osoby?


CS.WordsSideKick.com
Všechna Práva Vyhrazena!
Reprodukce Jakéhokoliv Materiálu Povoleno Pouze Prostanovkoy Aktivní Odkaz Na Internetové Stránky CS.WordsSideKick.com

© 2005–2024 CS.WordsSideKick.com