Выбор фона:
/ Новости сайта / Наука и Технологии / Ученые получили температуру ниже абсолютного нуля
05.01.2013

Ученые получили температуру ниже абсолютного нуля

Оценка: 3.0    4090 7 Наука и Технологии
09:14
Ученым удалось совершить нечто невероятное: они смогли охладить вещество ниже температуры, которая до сих пор считалась абсолютным минимумом. В большинстве современных учебников по физике абсолютный ноль по шкале Кельвина или минус 273,15 градусов по Цельсию считается самой низкой из возможных температур, так как при ней даже самый легкий элемент - водород - полностью теряет свою подвижность, то есть, говоря фигурально, замерзает.

Как ни странно, но одним из способов изучения отрицательных температур является бесконечно сильный разогрев вещества. Этот необычный, граничащий с фантастикой, подход, позволяет в теории проектировать двигатели, КПД которых будет выше 100%, проливает свет на такие загадочные субстанции, как темная энергия и другие.

С точки зрения атомной физики, температура - это скорость. Скорость движения атомов внутри вещества, и чем быстрее атомы движутся, тем выше температура. Соответственно, при минус 273,15 градусах атомы водорода полностью останавливаются. С таким подходом, никакое вещество не может быть холоднее этого лимита.

Однако современная физика, чтобы понять сущность температуры, предлагает взглянуть на нее иначе - не как на линейный показатель, а как на петлю: положительные температуры - это одна часть цикла, отрицательные - другая. При температурах, стремящихся к бесконечно низким или бесконечно высоким, шкала рано или поздно оказывается на отрицательной области. При положительных температурах атомы чаще занимают низкие энергетические состояния, а при отрицательных - высокие. В физике подобный эффект известен, как распределение Больцмана.

При абсолютном нуле атомы занимают самое низкое энергетическое состояние, а при "бесконечной температуре" атомы могут занимать сразу все энергетические состояния. Соответственно, при очень высоких температурах они занимают все высокие энергические состояния, а при очень низких температурах - все низкие.

"Говоря о низкой температуре, можно говорить, что мы имеем дело с перевернутым распределением Больцмана", - говорит физик Ульрих Шнайдер из Мюнхенского университета в Германии. "С такой логикой, вещество, достигающее температуры ниже абсолютного нуля, становится горячим. Мы считаем, что при достижении рубежа в минус 273 градуса температура не заканчивается, а просто переходит к отрицательным значениям".

Как несложно предположить, объекты с отрицательной температурой ведут себя очень странно. К примеру, обычно энергия, исходящая от объекта с более высокой температурой, всегда будет больше, чем от более прохладного объекта. Однако если вещество переходит на отрицательную шкалу, то там чем оно холоднее, тем больше энергии излучает. Таким образом, здесь более холодный объект всегда будет более энергетически активен, нежели более теплый.

Другим странным последствием отрицательных температур является энтропия - показатель того, насколько вещество является упорядоченным. Когда объект имеет традиционную температуру, он увеличивает энтропию вещества вокруг и внутри себя, но когда температуры уходит в отрицательную зону, бесконечно "холодно/горячий" объект способен снижать энтропию внутри и вокруг себя.

Немецкие физики говорят, что отрицательная температура - это пока в значительной мере теория. Но она станет практикой, когда наука научится работать с четкими энергетическими показателями одного отдельно взятого атома вещества. Когда исследователи смогут работать с одним отдельным атомом подобно тому, как с объектами в макромире, можно будет говорить о том, смогут ли атомы охлаждаться до супернизких температур или могут ли они лететь быстрее скорости света.

Пока же для генерации отрицательных температур ученые создали систему, в которой атомы имели жесткий предел того, какой энергией они могут обладать. Для этого физики взяли 100 000 атомов и охладили их до температуры в одну миллиардную градуса Кельвина. Атомы были охлаждены в вакуумной камере, изолированной от внешней среды. Для точного контроля атомов исследователи применяли сеть лазерных лучей и магнитных полей.

По словам ученых, температура вещества в конечном итоге зависит от того, сколько потенциальной энергии есть у атома и сколько энергии образуется от взаимодействия между атомами. Кроме того, температура также тесно связана с давлением  - чем горячее объект, тем больше он расширяется и наоборот. Чтобы убедиться в том, что газ может иметь температуру ниже абсолютного нуля, нужно было создать такие условия, в которых сами атомы не имели бы существенной энергии, а от отталкивания атомов образовывалось бы больше энергии, чем от их притяжения.

Нечто подобное получилось воссоздать на наномасштабе. Симон Браун из Мюнхенского университета говорит, что в будущем на практике такие знания могут привести к созданию сверхэффективных тепловых двигателей. Работа таких двигателей опирается на преобразование тепловой энергии в механическую. Теоретически, с отрицательными температурами такие двигатели могли бы иметь КПД выше 100%, хотя с точки зрения логики это кажется невозможным.

 
Источник:  http://www.cybersecurity.ru/

Поделитесь в социальных сетях

Комментарии 7

0  
icq-dead 09.01.2013 12:27 [Материал]
Это все равно что плюнуть оппоненту в рожу, а попасть в свою. crazy prof
0  
cattussapiens 07.01.2013 02:52 [Материал]
Ну, атом ведь не самая элементарная частица. По логике, абсолютный ноль - это когда не движутся самые элементарные частицы? А это возможно вообще? А если они не движутся - есть ли они?
Так что, линейкой балуются?
0  
msozzy 06.01.2013 14:45 [Материал]
Что-то я не пойму . При абсолютном нуле вещество прекращает излучение . То есть чем выше температура тем больше частота . Это значит что в абсолютной темноте и в вакууме вещество теряя энергию излучения все равно остынет до абсолютного нуля . Так какая температура еще ниже . Тогда вещество по всей логике должно начать работать как насос окружающего его излучения . Наверно это они имели в виду . По сути это не возможно . И так встречая энергию вещество потенциально ее принимает на себя . Даже до абсолютного нуля остудили только теоретически .
0  
desya 06.01.2013 02:58 [Материал]
Это из того-же рассуждения:холодно в глубоком космосе или жарко?Оказывается-никак.Ни то ,не другое.Температура-мера измерения молекулярной активности тела.Абсолютный ноль-это участок пространства,где нет ни одной "живой" молекулы или атома вещества.(это даже в космосе проблемно) В фильмах про мгновенное замерзание при разгерметизации -просто взрывное падение давления и такое-же взрывное охлаждение.А там пример с обычным давлением и циркуляцией охлаждающих жидкостей. Абсолютный ноль-не там,где как пишется атомы водорода останавливаются,а там,где их нет. вдогонку:лишь через несколько лет после полётов на луну американцы узнали,что в космосе страшен не холод,а адская жара.Если ты попадаешь под солнечные лучи.Как они так обознались?
0  
fligende-hollender 05.01.2013 21:12 [Материал]
Теория-это ещё не теорема или аксиома.. если они что-то получили, то теперь пусть быстро пересмотрят целую кучу загонов гидро и термодинамики, где исмользуется в качестве константы именно абсолютный ноль.. интересно, куда их заведут эти пересмотры? в антивселенную?
0  
crack07 05.01.2013 20:59 [Материал]
Так и не указали, до каких же минимальных значений удалось охладить вещество. Обычная теория или трёп.
0  
alleader 05.01.2013 15:28 [Материал]
В конечном итоге выяснят, что большой взрыв не создал нашу вселенную, а наоборот, мы и есть тот взрыв, что ее создаст.
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]

Похожие материалы

ТОП Новостей
Материалов за сегодня нет.
Разговоры у камина
Календарь
Последние комментарии
Как ученые побеждают смерть и как скоро люди смогут жить до 200 лет
А может зайти с другого боку? Например достоверно установить бессмертие сознание (души) если угодно, (от inkognita65)
Потрясающая анимация от астронома показывает истинные масштабы нашей Солнечной системы
Размеры впечатляют. А насколько это все реально вряд ли мы узнаем на самом деле (от Goras)
В Бразилии черепаха прождала хозяев на чердаке 30 лет
Бедная черепашка. Люди крайне жестоки (от Goras)