Absolut nul er defineret som det punkt, hvor ikke mere varme kan fjernes fra et system i henhold til absolutte eller termodynamisk temperaturskala. Dette svarer til nul Kelvineller minus 273,15 C. Dette er nul i Rankine-skalaen og minus 459,67 F.
Den klassiske kinetiske teori antyder, at absolut nul repræsenterer fraværet af bevægelse af individuelle molekyler. Eksperimentelle beviser viser, at dette ikke er tilfældet: Det indikerer snarere, at partikler ved absolut nul har minimal vibrationsbevægelse. Med andre ord, mens varme muligvis ikke fjernes fra et system ved absolut nul, repræsenterer absolut nul ikke den lavest mulige entalpistilstand.
I kvantemekanik repræsenterer absolut nul den laveste indre energi af fast stof i dens jordtilstand.
Absolut nul og temperatur
Temperatur bruges til at beskrive, hvor varmt eller koldt et objekt er. Temperaturen på et objekt afhænger af den hastighed, hvormed dets atomer og molekyler svinger. Selvom absolut nul repræsenterer svingninger med deres langsomste hastighed, stopper deres bevægelse aldrig helt.
Er det muligt at nå absolut nul
Det er hidtil ikke muligt at nå absolut nul - skønt forskere har henvendt sig til det. National Institute of Standards and Technology (NIST) opnåede en rekordkold temperatur på 700 nK (milliarddele af en kelvin) i 1994. Massachusetts Institute of Technology-forskere satte en ny rekord på 0,45 nK i 2003.
Negative temperaturer
Fysikere har vist, at det er muligt at have en negativ Kelvin (eller Rankine) temperatur. Dette betyder dog ikke, at partikler er koldere end absolut nul; snarere er det en indikation af, at energien er faldet.
Dette skyldes, at temperaturen er en termodynamiske mængde relateret energi og entropi. Når et system nærmer sig sin maksimale energi, begynder dets energi at falde. Dette forekommer kun under særlige omstændigheder, som i kvasi-ligevægtstilstande, hvor spin ikke er i ligevægt med et elektromagnetisk felt. Men sådan aktivitet kan føre til en negativ temperatur, selvom der tilføjes energi.
Mærkeligt nok kan et system ved en negativ temperatur betragtes som varmere end et ved en positiv temperatur. Dette skyldes, at varme defineres i henhold til den retning, i hvilken det strømmer. Normalt, i en verden med positiv temperatur, strømmer varme fra et varmere sted, sådan en varm komfur til et køligere sted, såsom et rum. Varme vil flyde fra et negativt system til et positivt system.
Den 3. januar 2013 dannede forskere en kvantegas bestående af kalium atomer, der havde en negativ temperatur med hensyn til bevægelsesgrader af frihed. Før dette i 2011 demonstrerede Wolfgang Ketterle, Patrick Medley og deres team muligheden for negativ absolut temperatur i et magnetisk system.
Ny forskning på negative temperaturer afslører yderligere mystisk opførsel. F.eks. Har Achim Rosch, en teoretisk fysiker ved University of Cologne, i Tyskland beregnet, at atomer ved en negativ absolut temperatur i en tyngdefelt kan bevæge sig "op" og ikke bare "ned". Subzero-gas kan efterligne mørk energi, som tvinger universet til at ekspandere hurtigere og hurtigere mod det indre tyngdekraften.
Kilder
Merali, Zeeya. “Kvantegas går under absolut nul.” Natur, Mar. 2013. doi: 10.1038 / natur.2013.12146.
Medley, Patrick, et al. "Spin Gradient Demagnetization Cooling of Ultracold Atoms." Physical Review Letters, vol. 106, nr. 19. maj 2011. doi.org/10.1103/PhysRevLett.106.195301.