Ce qui s'est passé zéro absolu(généralement zéro) ? Cette température existe-t-elle réellement quelque part dans l’Univers ? Pouvons-nous refroidir quoi que ce soit jusqu'au zéro absolu à vrai vie? Si vous vous demandez s'il est possible de vaincre la vague de froid, explorons les confins des températures froides...
Qu'est-ce que le zéro absolu (généralement zéro) ? Cette température existe-t-elle réellement quelque part dans l’Univers ? Pouvons-nous refroidir quoi que ce soit jusqu’au zéro absolu dans la vraie vie ? Si vous vous demandez s'il est possible de vaincre la vague de froid, explorons les confins des températures froides...
Même si vous n’êtes pas physicien, vous connaissez probablement le concept de température. La température est une mesure de la quantité d’énergie aléatoire interne d’un matériau. Le mot « interne » est très important. Lancez une boule de neige, et même si le mouvement principal sera assez rapide, la boule de neige restera assez froide. D’un autre côté, si vous regardez les molécules d’air qui volent dans une pièce, une molécule d’oxygène ordinaire est en train de frire à des milliers de kilomètres par heure.
Nous avons tendance à rester silencieux lorsqu'il s'agit de détails techniques, alors juste pour les experts, notons que la température est un peu plus compliquée que ce que nous disions. La véritable définition de la température implique la quantité d'énergie que vous devez dépenser pour chaque unité d'entropie (le désordre, si vous voulez un mot plus clair). Mais oublions les subtilités et concentrons-nous simplement sur le fait que des molécules aléatoires d'air ou d'eau dans la glace se déplaceront ou vibreront de plus en plus lentement à mesure que la température baisse.
Le zéro absolu est une température de -273,15 degrés Celsius, -459,67 Fahrenheit et simplement 0 Kelvin. C'est le point où le mouvement thermique s'arrête complètement.
Est-ce que tout s'arrête ?
Dans l’examen classique de la question, tout s’arrête au zéro absolu, mais c’est à ce moment-là que le terrible visage de la mécanique quantique apparaît au coin de la rue. L’une des prédictions de la mécanique quantique qui a gâché le sang de nombreux physiciens est qu’on ne peut jamais mesurer la position exacte ou l’impulsion d’une particule avec une parfaite certitude. C’est ce qu’on appelle le principe d’incertitude de Heisenberg.
Si vous pouviez refroidir une pièce scellée jusqu'au zéro absolu, des choses étranges se produiraient (nous en parlerons plus tard). La pression de l’air chuterait jusqu’à presque zéro et, comme la pression de l’air s’oppose généralement à la gravité, l’air s’effondrerait en une très fine couche sur le sol.
Mais même ainsi, si vous pouvez mesurer des molécules individuelles, vous découvrirez quelque chose d'intéressant : elles vibrent et tournent, juste un peu - incertitude quantique au travail. Pour mettre les points sur les i, si vous mesurez la rotation des molécules de dioxyde de carbone au zéro absolu, vous constaterez que les atomes d'oxygène volent autour du carbone à plusieurs kilomètres par heure – beaucoup plus vite que vous ne le pensiez.
La conversation aboutit à une impasse. Quand on parle du monde quantique, le mouvement perd son sens. À ces échelles, tout est défini par l’incertitude, ce n’est donc pas que les particules soient stationnaires, c’est juste qu’on ne peut jamais les mesurer comme si elles étaient stationnaires.
Jusqu'où pouvez-vous descendre ?
La poursuite du zéro absolu se heurte essentiellement aux mêmes problèmes que la poursuite de la vitesse de la lumière. Atteindre la vitesse de la lumière nécessite une quantité infinie d’énergie, et atteindre le zéro absolu nécessite l’extraction d’une quantité infinie de chaleur. Ces deux processus sont impossibles, voire impossibles.
Bien que nous n’ayons pas encore atteint l’état réel du zéro absolu, nous en sommes très proches (même si « très » dans ce cas est un concept très vague ; comme une comptine : deux, trois, quatre, quatre et un moitié, quatre sur une ficelle, quatre sur l'épaisseur d'un cheveu, cinq). La température la plus froide jamais enregistrée sur Terre a été enregistrée en Antarctique en 1983, à -89,15 degrés Celsius (184K).
Bien sûr, si l’on souhaite se rafraîchir de manière enfantine, il faut plonger dans les profondeurs de l’espace. L'univers entier est baigné dans les restes du rayonnement du Big Bang, dans les régions les plus vides de l'espace - 2,73 degrés Kelvin, ce qui est à peine plus froid que la température de l'hélium liquide que nous avons pu obtenir sur Terre il y a un siècle.
Mais les physiciens des basses températures utilisent les rayons gelés pour faire passer la technologie à un niveau supérieur. nouveau niveau. Vous serez peut-être surpris d’apprendre que les rayons gelés prennent la forme de lasers. Mais comment? Les lasers sont censés brûler.
Tout est vrai, mais les lasers ont une caractéristique - on pourrait même dire, l'ultime : toute la lumière est émise à une seule fréquence. Les atomes neutres ordinaires n’interagissent pas du tout avec la lumière à moins que la fréquence ne soit réglée avec précision. Si un atome vole vers une source lumineuse, la lumière reçoit un décalage Doppler et atteint une fréquence plus élevée. L’atome absorbe moins d’énergie photonique qu’il ne le pourrait. Ainsi, si vous réglez le laser plus bas, les atomes se déplaçant rapidement absorberont la lumière et, en émettant un photon dans une direction aléatoire, ils perdront en moyenne un peu d'énergie. Si vous répétez le processus, vous pouvez refroidir le gaz à une température inférieure à un nanoKelvin, soit un milliardième de degré.
Tout prend un ton plus extrême. Le record mondial de température la plus basse se situe à moins d’un dixième de milliard de degrés au-dessus du zéro absolu. Les appareils qui parviennent à piéger les atomes dans champs magnétiques. La « température » ne dépend pas tant des atomes eux-mêmes que du spin des noyaux atomiques.
Maintenant, pour rétablir la justice, nous devons faire preuve d’un peu de créativité. Lorsque nous imaginons habituellement quelque chose gelé jusqu’à un milliardième de degré, nous obtenons probablement une image de molécules d’air gelées sur place. On peut même imaginer un dispositif apocalyptique destructeur qui gèle le dos des atomes.
En fin de compte, si vous souhaitez vraiment connaître les basses températures, il n’y a qu’à attendre. Après environ 17 milliards d’années, le rayonnement de fond dans l’Univers se refroidira jusqu’à 1K. Dans 95 milliards d’années, la température sera d’environ 0,01 K. Dans 400 milliards d’années, l’espace lointain sera aussi froid que l’expérience la plus froide sur Terre, et encore plus froid par la suite.
Si vous vous demandez pourquoi l'univers se refroidit si rapidement, remerciez nos vieux amis : l'entropie et énergie noire. L’univers est en mode accélération, entrant dans une période de croissance exponentielle qui se poursuivra éternellement. Les choses vont geler très vite.
Qu’est-ce qui nous importe ?
Tout cela, bien sûr, est merveilleux, et battre des records est aussi agréable. Mais à quoi ça sert ? Eh bien, il existe de nombreuses bonnes raisons de comprendre les basses températures, et pas seulement en tant que gagnant.
Les gens du NIST, par exemple, aimeraient simplement créer une horloge sympa. Les normes de temps sont basées sur des éléments tels que la fréquence de l'atome de césium. Si l’atome de césium bouge trop, cela crée une incertitude dans les mesures, ce qui finira par entraîner un dysfonctionnement de l’horloge.
Mais plus important encore, surtout d’un point de vue scientifique, les matériaux se comportent de manière folle à des températures extrêmement basses. Par exemple, tout comme un laser est constitué de photons synchronisés les uns avec les autres – à la même fréquence et phase – un matériau connu sous le nom de condensat de Bose-Einstein peut être créé. Dans ce document, tous les atomes sont dans le même état. Ou imaginez un amalgame dans lequel chaque atome perd son individualité et la masse entière réagit comme un seul super-atome nul.
À très basse température, de nombreux matériaux deviennent superfluides, ce qui signifie qu’ils peuvent n’avoir aucune viscosité, s’empiler en couches ultra-fines et même défier la gravité pour obtenir un minimum d’énergie. De plus, à basse température, de nombreux matériaux deviennent supraconducteurs, ce qui signifie qu’il n’y a plus de résistance électrique.
Les supraconducteurs sont capables de réagir aux champs magnétiques externes de manière à les annuler complètement à l’intérieur du métal. En conséquence, vous pouvez combiner une température froide et un aimant et obtenir quelque chose comme la lévitation.
Pourquoi y a-t-il un zéro absolu, mais pas un maximum absolu ?
Regardons l'autre extrême. Si la température est simplement une mesure de l’énergie, alors nous pouvons simplement imaginer que les atomes se rapprochent de plus en plus de la vitesse de la lumière. Cela ne peut pas durer éternellement, n'est-ce pas ?
La réponse courte est : nous ne savons pas. Il est possible qu'il existe littéralement une température infinie, mais s'il existe une limite absolue, le jeune univers fournit des indices assez intéressants sur ce dont il s'agit. Le plus chaleur jamais existé (au moins dans notre univers), s’est probablement produit à l’époque dite de « Planck ».
C'est 10^-43 secondes après le Big Bang que la gravité s'est séparée de la mécanique quantique et que la physique est devenue exactement ce qu'elle est aujourd'hui. La température à cette époque était d’environ 10 ^ 32 K. C’est sept milliards de fois plus chaud que l’intérieur de notre Soleil.
Encore une fois, nous ne savons pas du tout si c'est le plus température chaude de tout ce qui aurait pu être. Puisque nous n’avons même pas de grand modèle de l’univers à l’époque de Planck, nous ne sommes même pas sûrs que l’univers ait atteint un tel état. Quoi qu’il en soit, nous sommes bien plus proches du zéro absolu que de la chaleur absolue.
> Zéro absolu
Apprenez à quoi cela équivaut température zéro absolu et la valeur de l'entropie. Découvrez quelle est la température du zéro absolu sur les échelles Celsius et Kelvin.
Zéro absolu – température minimale. C'est le point auquel l'entropie atteint valeur la plus basse.
Objectif d'apprentissage
- Comprenez pourquoi le zéro absolu est un indicateur naturel du point zéro.
Points principaux
- Le zéro absolu est universel, c'est-à-dire que toute la matière est dans son état fondamental à cet indicateur.
- K a une énergie mécanique quantique nulle. Mais en interprétation, l'énergie cinétique peut être nulle et l'énergie thermique disparaît.
- La température la plus basse dans des conditions de laboratoire a atteint 10-12 K. La température naturelle minimale était de 1 K (expansion des gaz dans la nébuleuse du Boomerang).
Termes
- L'entropie est une mesure de la manière dont l'énergie uniforme est distribuée dans un système.
- La thermodynamique est une branche scientifique qui étudie la chaleur et sa relation avec l'énergie et le travail.
Le zéro absolu est la température minimale à laquelle l'entropie atteint sa valeur la plus basse. C'est-à-dire qu'il s'agit du plus petit indicateur pouvant être observé dans le système. Il s'agit d'un concept universel qui fait office de point zéro dans le système d'unités de température.
Graphique de la pression en fonction de la température pour différents gaz à volume constant. Notez que tous les graphiques extrapolent à une pression nulle à une température donnée.
Un système au zéro absolu est toujours doté d’une énergie de point zéro mécanique quantique. Selon le principe d’incertitude, la position des particules ne peut être déterminée avec une précision absolue. Si une particule est déplacée au zéro absolu, elle dispose toujours d’une réserve d’énergie minimale. Mais en thermodynamique classique, l’énergie cinétique peut être nulle et l’énergie thermique disparaît.
Le point zéro d'une échelle thermodynamique, telle que Kelvin, est égal au zéro absolu. Accord international a constaté que la température du zéro absolu atteint 0K sur l'échelle Kelvin et -273,15°C sur l'échelle Celsius. La substance présente des effets quantiques à des températures minimales, tels que la supraconductivité et la superfluidité. La température la plus basse dans des conditions de laboratoire était de 10 à 12 K, et dans environnement naturel– 1K (expansion rapide des gaz dans la nébuleuse du Boomerang).
L'expansion rapide des gaz conduit à une température minimale observée
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Le terme « température » est apparu à une époque où les physiciens pensaient que les corps chauds étaient constitués davantage d'une substance spécifique - calorique - que les mêmes corps, mais froids. Et la température était interprétée comme une valeur correspondant à la quantité de calories présente dans le corps. Depuis lors, la température de tout corps est mesurée en degrés. Mais en fait, il s’agit d’une mesure de l’énergie cinétique des molécules en mouvement et, sur cette base, elle doit être mesurée en Joules, conformément au système d’unités C.
La notion de « température zéro absolu » vient de la deuxième loi de la thermodynamique. Selon lui, le processus de transfert de chaleur d'un corps froid à un corps chaud est impossible. Ce concept a été introduit par le physicien anglais W. Thomson. Pour ses réalisations en physique, il reçut le titre de noblesse « Lord » et le titre de « Baron Kelvin ». En 1848, W. Thomson (Kelvin) propose d'utiliser une échelle de température dans laquelle il prend comme point de départ la température zéro absolue, correspondant au froid extrême, et prend les degrés Celsius comme valeur de division. L'unité Kelvin correspond à 1/27316 de la température du point triple de l'eau (environ 0 degré C), soit température à laquelle eau pure On le retrouve immédiatement sous trois formes : glace, eau liquide et vapeur. la température est la température la plus basse possible à laquelle le mouvement des molécules s'arrête et il n'est plus possible d'extraire de la substance l'énérgie thermique. Depuis, l’échelle de température absolue porte son nom.
La température est mesurée à différentes échelles
L’échelle de température la plus couramment utilisée est appelée l’échelle Celsius. Elle repose sur deux points : la température de transition de phase de l'eau du liquide à la vapeur et de l'eau à la glace. A. Celsius a proposé en 1742 de diviser la distance entre les points de référence en 100 intervalles et de prendre l'eau à zéro, avec un point de congélation à 100 degrés. Mais le Suédois K. Linnaeus a suggéré de faire le contraire. Depuis lors, l’eau a gelé à zéro degré Celsius. Bien qu'il doive bouillir exactement à Celsius. Le zéro Celsius absolu correspond à moins 273,16 degrés Celsius.
Il existe plusieurs autres échelles de température : Fahrenheit, Réaumur, Rankin, Newton, Roemer. Ils ont des prix de division différents. Par exemple, l'échelle de Réaumur est également construite sur les repères d'ébullition et de congélation de l'eau, mais elle comporte 80 divisions. L'échelle Fahrenheit, apparue en 1724, n'est utilisée dans la vie quotidienne que dans certains pays du monde, dont les États-Unis ; l'une est la température du mélange de glace d'eau et d'ammoniac et l'autre est corps humain. L'échelle est divisée en cent divisions. Zéro Celsius correspond à 32. La conversion des degrés en Fahrenheit peut être effectuée à l'aide de la formule : F = 1,8 C + 32. Conversion inverse : C = (F - 32)/1,8, où : F - degrés Fahrenheit, C - degrés Celsius. Si vous êtes trop paresseux pour compter, accédez à un service en ligne permettant de convertir les degrés Celsius en Fahrenheit. Dans la case, entrez le nombre de degrés Celsius, cliquez sur « Calculer », sélectionnez « Fahrenheit » et cliquez sur « Démarrer ». Le résultat apparaîtra immédiatement.
Nommé d'après le physicien anglais (plus précisément écossais) William J. Rankin, contemporain de Kelvin et l'un des créateurs de la thermodynamique technique. Il y a trois points importants dans son échelle : le début est le zéro absolu, le point de congélation de l'eau est de 491,67 degrés Rankine et le point d'ébullition de l'eau est de 671,67 degrés. Le nombre de divisions entre la congélation de l'eau et son ébullition pour Rankine et Fahrenheit est de 180.
La plupart de ces échelles sont utilisées exclusivement par les physiciens. Et 40 % des lycéens américains interrogés aujourd’hui déclarent ne pas savoir ce qu’est le zéro absolu.
Température zéro absolu
Température zéro absolu(moins souvent - température zéro absolu) - la limite de température minimale qu'un corps physique dans l'Univers peut avoir. Le zéro absolu est à l'origine d'une échelle de température absolue, telle que l'échelle Kelvin. En 1954, la Xe Conférence générale des poids et mesures a établi une échelle de température thermodynamique avec un point de référence - le point triple de l'eau, dont la température a été fixée à 273,16 K (exacte), ce qui correspond à 0,01 °C, de sorte que sur l'échelle Celsius, la température correspond au zéro absolu −273,15 °C.
Phénomènes observés proches du zéro absolu
A des températures proches du zéro absolu, des effets purement quantiques peuvent être observés au niveau macroscopique, tels que :
Remarques
Littérature
- G. Burmine. Assaut sur le zéro absolu. - M. : « Littérature jeunesse », 1983
voir également
Fondation Wikimédia. 2010.
- Goering
- Kshapanaka
Voyez ce qu'est « Température zéro absolu » dans d'autres dictionnaires :
TEMPÉRATURE ZÉRO ABSOLU- point de référence thermodynamique. température ; situé 273,16 K en dessous de la température du point triple (0,01°C) de l'eau (273,15°C en dessous de zéro température sur l'échelle Celsius, (voir ÉCHELLES DE TEMPÉRATURE). L'existence d'une échelle de température thermodynamique et A. n. T.… … Encyclopédie physique
température zéro absolu- début du décompte température absolue selon la thermodynamique échelle de température. Le zéro absolu est situé à 273,16 ºC en dessous du point triple de la température de l'eau, qui est supposée être de 0,01 ºC. Le zéro absolu est fondamentalement inaccessible... ... Dictionnaire encyclopédique
température zéro absolu- absoliutusis nulis statusas T sritis Energetika apibrėžtis Termodinaminės temperatūros atskaitos pradžia, esanti 273.16 K žemiau trigubojo vandens taško. Pagal trečiąjį termodinamikos dėsnį, absoliutusis nulis nepasiekiamas. atitikmenys : anglais.… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas
Température zéro absolu- la première lecture sur l'échelle Kelvin est une température négative de 273,16 degrés sur l'échelle Celsius... Les débuts des sciences naturelles modernes
ZÉRO ABSOLU- température, début de la lecture de la température sur l'échelle thermodynamique des températures. Le zéro absolu se situe à 273,16°C en dessous de la température du point triple de l'eau (0,01°C). Le zéro absolu est fondamentalement inaccessible, les températures sont presque atteintes... ... Encyclopédie moderne
ZÉRO ABSOLU- la température est le point de départ de la température sur l'échelle thermodynamique des températures. Le zéro absolu se situe à 273,16.C en dessous de la température du point triple de l'eau, dont la valeur est de 0,01.C. Le zéro absolu est fondamentalement inaccessible (voir... ... Grand dictionnaire encyclopédique
ZÉRO ABSOLU- la température, exprimant l'absence de chaleur, est égale à 218°C. Dictionnaire mots étrangers, inclus dans la langue russe. Pavlenkov F., 1907. Température zéro absolu (physique) - la température la plus basse possible (273,15°C). Grand dictionnaire... ... Dictionnaire des mots étrangers de la langue russe
ZÉRO ABSOLU- température, début de température sur l'échelle thermodynamique des températures (voir ÉCHELLE THERMODYNAMIQUE DES TEMPÉRATURES). Le zéro absolu se situe 273,16 °C en dessous de la température du point triple (voir POINT TRIPLE) de l'eau, pour laquelle il est accepté... ... Dictionnaire encyclopédique
ZÉRO ABSOLU- température extrêmement basse à laquelle s'arrête le mouvement thermique des molécules. Pression et volume gaz parfait, selon la loi de Boyle-Mariotte, devient égal à zéro, et le début de la température absolue sur l'échelle Kelvin est pris... ... Dictionnaire écologique
ZÉRO ABSOLU- le début du comptage de température absolue. Correspond à 273,16° C. Actuellement, dans les laboratoires de physique, il a été possible d'obtenir une température dépassant le zéro absolu de quelques millionièmes de degré seulement, et de l'atteindre, selon les lois... ... Encyclopédie de Collier
Le zéro absolu correspond à une température de −273,15 °C.
On pense que le zéro absolu est inaccessible dans la pratique. Son existence et sa position sur l'échelle de température découlent de l'extrapolation des valeurs observées. phénomènes physiques, alors qu'une telle extrapolation montre qu'au zéro absolu, l'énergie du mouvement thermique des molécules et des atomes d'une substance doit être égale à zéro, c'est-à-dire que le mouvement chaotique des particules s'arrête et elles forment une structure ordonnée, occupant une position claire au nœuds du réseau cristallin. Cependant, même à température nulle absolue, les mouvements réguliers des particules qui composent la matière subsisteront. Les oscillations restantes, comme les oscillations du point zéro, sont dues aux propriétés quantiques des particules et au vide physique qui les entoure.
À l'heure actuelle, dans les laboratoires de physique, il est possible d'obtenir des températures dépassant le zéro absolu de quelques millionièmes de degré seulement ; y parvenir lui-même, selon les lois de la thermodynamique, est impossible.
Remarques
Littérature
- G. Burmine. Assaut sur le zéro absolu. - M. : « Littérature jeunesse », 1983.
voir également
Fondation Wikimédia. 2010.
Synonymes:Voyez ce qu'est le « zéro absolu » dans d'autres dictionnaires :
Températures, origine de la température sur l'échelle de température thermodynamique (voir ÉCHELLE DE TEMPÉRATURE THERMODYNAMIQUE). Le zéro absolu se situe 273,16 °C en dessous de la température du point triple (voir POINT TRIPLE) de l'eau, pour laquelle il est accepté... ... Dictionnaire encyclopédique
Températures, origine de la température sur l'échelle de température thermodynamique. Le zéro absolu se situe à 273,16°C en dessous de la température du point triple de l'eau (0,01°C). Le zéro absolu est fondamentalement inaccessible, les températures sont presque atteintes... ... Encyclopédie moderne
Les températures sont le point de départ de la température sur l’échelle de température thermodynamique. Le zéro absolu se situe à 273,16.C en dessous de la température du point triple de l'eau, dont la valeur est de 0,01.C. Le zéro absolu est fondamentalement inaccessible (voir... ... Grand dictionnaire encyclopédique
La température, qui exprime l'absence de chaleur, est égale à 218°C. Dictionnaire de mots étrangers inclus dans la langue russe. Pavlenkov F., 1907. Température zéro absolu (physique) - la température la plus basse possible (273,15°C). Grand dictionnaire... ... Dictionnaire des mots étrangers de la langue russe
zéro absolu- La température extrêmement basse à laquelle s'arrête le mouvement thermique des molécules ; sur l'échelle Kelvin, le zéro absolu (0°K) correspond à –273,16±0,01°C... Dictionnaire de géographie
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zéro absolu- - [A.S. Goldberg. Dictionnaire de l'énergie anglais-russe. 2006] Thèmes énergétiques en général EN point zéro ... Guide du traducteur technique
Le début de la référence de température absolue. Correspond à 273,16° C. Actuellement, dans les laboratoires de physique, il a été possible d'obtenir une température dépassant le zéro absolu de quelques millionièmes de degré seulement, et de l'atteindre, selon les lois... ... Encyclopédie de Collier
zéro absolu- absoliutusis nulis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Termodinaminės temperatūros atskaitos pradžia, esanti 273.16 K žemiau vandens trigubojo taško. Tai 273,16 °C, 459,69 °F à une température de 0 K. atitikmenys : anglais.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
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