Au coborât sub zero grade absolute

Pe scara Celsius gravată pe termometre, valorile minus sunt acceptate iarna, dar vara am fi surprinși să vedem valori negative. Ei bine, cel puțin la fel de mult ca cei mai puțin familiarizați cu fizica pot fi șocați să audă că ikus zicus a scăzut sub zero grade absolute, adică minus 273,15 grade Celsius, sau altfel zero Kelvin, chiar și pentru câteva momente. Acest lucru se datorează faptului că școala a învățat că nu există o temperatură mai mică decât zero grade Kelvin. Cu toate acestea, acest lucru a fost respins de un experiment de bravură realizat de fizicieni la Institutul Max Planck pentru Fizica Cuantică din Garching și la Universitatea Ludwig Maximilian din München.

Lordul Kelvin a definit scara temperaturii absolute în secolul al XIX-lea, a cărei esență este că nimic nu poate fi mai rece decât zero grade absolute, adică minus 273,15 grade Celsius. Temperatura unei substanțe este determinată de mișcarea particulelor sale. De exemplu, cu cât particulele unui gaz se mișcă mai repede, cu atât gazul este mai cald, cu atât mișcarea este mai lentă, cu atât materialul este mai rece. La zero Kelvinen (minus 273,15 grade Celsius) mișcarea particulelor se oprește. Cu toate acestea, în anii 1950, fizicienii care studiază sistemele speciale au constatat că acest lucru nu este întotdeauna adevărat: în principiu, pot fi produse situații în care temperatura particulelor este sub zero grade absolute.

În condiții normale, majoritatea particulelor se mișcă cu energie medie sau aproape medie și doar câteva particule ating niveluri mai ridicate de energie. Teoretic, este concepută o situație inversă în care există mai multe particule în stări de energie mai ridicate decât în cele cu energie mai mică. Pentru a face acest lucru, trebuie să existe și o stare de energie maximă în sistem. În acest caz, temperatura materialului poate scădea chiar sub temperatura absolută negativă, a explicat Ulrich Schneider, fizician la Ludwig Maximilian din München, în coloanele Nature. (O publicație detaliată despre măsurare poate fi găsită în Știință.) Potrivit lui András Csordás, profesor asociat al Departamentului de Fizică a Sistemelor Complexe de la Universitatea Eötvös Loránd, nivelurile de energie se pot condensa în sisteme speciale în timpul stării maxime a energiei și pot apărea temperaturi negative. . Acest lucru a fost cunoscut până acum prin considerații teoretice, dar este dificil să se detecteze o temperatură negativă într-un experiment. Metodele și termometrele noastre obișnuite au fost „inventate” pentru temperaturi pozitive. Anunțul cercetătorilor germani este, prin urmare, senzațional. Important, însă, temperaturile sub zero absolut nu au fost măsurate direct, ci au fost deduse din mai multe caracteristici fizice măsurabile ale sistemului.

Schneider și colegii au experimentat cu un gaz de aproximativ o sută de mii de atomi de potasiu. Gazul a fost plasat sub vid pentru a obține o izolare termică perfectă. Lasere și câmpuri magnetice au fost utilizate pentru a menține dispunerea rețelei fiecărui atom. Și prin schimbarea rapidă a câmpurilor magnetice, atomii au fost determinați să se deplaseze de la cel mai scăzut nivel de energie la cel mai înalt nivel de energie posibil, în timp ce razele laser le țineau în poziție. Drept urmare, gazul s-a scufundat cu câteva miimi dintr-un milion de grade Kelvin sub zero absolut. Potrivit lui Schneider, acest lucru este ca și cum ai merge în vale pentru a ajunge într-o clipă la vârful unui deal. Pentru o schimbare atât de rapidă, gazul nuclear stabil s-ar prăbuși în mod normal, dar laserele au fost folosite pentru a preveni prăbușirea.

Alte explicații ale fenomenului urmează să vină, dar fizicienii au ajuns deja la concluzii interesante. Dacă o substanță cu o temperatură negativă ar fi expusă gravitației în loc ca atomii să se deplaseze în jos, unii atomi ar crește sub zero grade absolute, contrar legii obișnuite a gravitației. Cu ajutorul atomilor de gaz cu proprietăți speciale, ar putea fi înțelese și proprietățile energiei întunecate, care explică și expansiunea accelerată a universului. În experiment, prăbușirea structurii rețelei a fost prevenită de temperatura negativă - este posibil ca, dintr-un motiv similar, universul să se extindă în mod constant, în timp ce din cauza forțelor gravitaționale, dimpotrivă, ar trebui să se micșoreze.

În principiu, motoarele termice cu o eficiență mai mare de sută la sută ar putea fi create dintr-un material cu o temperatură absolută negativă negativă. Potrivit grupului de oameni de știință, nici experimentul lor nu contrazice a treia lege a termodinamicii - gradul zero absolut este abordabil în mod arbitrar, dar nu poate fi atins - pentru că nu au atins, ci au trecut gradul zero absolut.