Absoluuttinen nolla kaava. Huoltoasemien perusteet. Inertiaaliset referenssijärjestelmät. Suhteellisuusperiaate. Suhteellisuusteorian erityisteorian postulaatit. Tämä aihe kuuluu osaan.

Kohteen on mahdotonta olla absoluuttisessa nollassa kaikkialla olevien painovoimien vaikutusten takia. Painovoima ja sähkömagneettiset aallot tarjoavat energiaa, joka nostaa hypoteettisen kohteen lämpötilaa absoluuttisessa nollassa, jos vain pieni määrä.

Tutkijat onnistuivat jäähdyttämään asioita jossain määrin absoluuttisen nollan yläpuolella. Tällaisessa kylmässä lämpötilassa aine alkaa käyttäytyä omituisesti. Kun esine kuumenee, sen atomien ja molekyylien nopeus kasvaa ja siten kasvattaa niiden kineettistä energiaa tai liikkuvaa energiaa. Materiaalin kineettisen energian ja sen lämpötilan välillä on suora korrelaatio. Kun energia nousee, lämpötila ja päinvastoin.

Hiukkasten kineettinen energia kasvaa paitsi kuumennettaessa, myös siinä, että materiaali voi emittoida sähkömagneettista säteilyä. Lämpömittari osoittaa lämpötilan tai keskimääräisen energian. Lämmönsiirrossa menetetään kuitenkin vähän energiaa. Korkeinta mahdollista lämpötilaa rajoittaa se, kuinka nopeasti sen atomit voivat liikkua.

Yläraja, joka voi liikkua, riippuu valon nopeudesta. Emme tiedä, miksi tämä on raja, se on yksinkertaisesti avaruuden ominaisuus. Sähkömagneettiset aallot ja painovoima-aallot ovat hyvin lähellä valon nopeutta, mutta niitä ei voida koskaan saavuttaa. Tätä ylärajaa kutsutaan ”valon nopeudeksi” on väärin, koska valo itse ei voi saavuttaa sitä nopeutta.

Suhteellisuusteorian mukaan massa kasvaa jyrkästi ja aika hidastuu, kun aine lähestyy valon nopeutta. Siksi rajoittavaa lämpötilaa kutsutaan usein äärettömäksi lämpötiloksi. Lämpötila on materiaalin atomien tai molekyylien keskimääräinen kineettinen energia plus mikä tahansa muu energia, joka voidaan siirtää. Alempi lämpötilaraja on absoluuttinen nolla. Lämmitysmateriaali antaa hiukkasten kineettisen energian. Lämpötilan yläraja on, kun kaikki esineen hiukkaset liikkuvat valon nopeudella.

Lähetä tietosi tieteeseen. Jos on, lähetä palautussähköposti. Liitä se linkkiksi sivustoosi tai linkiksi raporttiin, asiakirjaan tai tiivistelmään. No, vuosi alkoi todella tyylikkäästi. Tämä tutkimus on seuraavan tason fysiikka, ja ymmärtääksesi sitä aiomme poiketa vakavasta fysiikasta.

Absoluuttinen nolla on ehdoton nolla, etkä pääse siihen, joten lopulta olet rajoitettu. Joten miten voit mennä alle 0 Kelviniä? Ensinnäkin, sinun pitäisi ymmärtää, että termodynamiikka ei määritä lämpötilaa fyysiseksi parametriksi, vaan pikemminkin tilastollisena informaationa periaatteessa läsnä olevasta energian jakautumisesta, voit luoda hulluja lämpötiloja epätavallisilla jakaumilla. Siksi on teoreettisesti mahdollista saada negatiivinen arvo - huomaa vain, että tässä erityisessä tapauksessa, outo kuin se oli, negatiivinen ei tarkoita, että se on pienempi kuin nolla.

No, ensin haluat viedä kaasun melkein nollaan lämpötilaan; Tässä esitetään kaksi käsitettä: lasersieppaus ja haihduttava jäähdytys. Periaatteessa sinulla on atomien virta, joka liikkuu yhteen suuntaan. Osoitat laserin tarkalleen niitä kohti, vastakkaiseen suuntaan. Aivan kuin yrität paeta virrasta tai erittäin voimakkaalta tuulta, atomit hidastuvat, pysähtyvät tai jopa heitetään takaisin. Sitten laitat toisen laserin alkuperäiseen virtaussuuntaan niin, että jopa se ja ne käytännössä juuttuvat.

Tee sama laserilla ylös ja alas ja vangitset atomit, jotka ovat nyt jumissa ansaasi. Sitten haihtumisjäähdytys alkaa. Muista nyt, että atomien lämpötila riippuu yksinomaan niiden energiasta, joten jos pystyisimme jollakin tavalla poistamaan korkean tilan energiaatomit, niin meillä olisi vain alhaisempi energia - lämpötila laskee samoin kuin lämpötila. Tätä varten tutkijat helpottivat ansaa hiukan - niin korkeamman energian atomit voivat paeta.

Huuhtele ja toista löysäämällä sitä yhä enemmän, kunnes olet jumissa vain vähän energiaa käyttävistä atomeista ja matalasta lämpötilasta. Tätä tutkijat yleensä käyttävät, kun haluavat laskea lämpötilan lähelle nollaa, mutta negatiivisuuden saavuttamiseksi sinun on käytettävä jotain muuta. Itse asiassa ne ovat perustavanlaatuisesti erilaisia. Kun jokin jäähtyy absoluuttiseen nollaan, lopettavatko elektronit ja muut subatomiset hiukkaset liikkuvan? Vai tarkoittaako "absoluuttinen nolla" vain sitä, että liike pysähtyy molekyylitasolla?

Pietari, jossain, rauha. Mutta mitä tapahtuu elektronille, ne myös pysähtyvät? Absoluuttinen nolla on nolla astetta kelvinia; se vastaa noin -460 astetta Fahrenheit ja -273 astetta. Pitkittynyt ison bang-hehku lämmittää tilaa enintään 3 Kelvin-asteeseen, keskimäärin siellä on viileämpiä taskuja. Boomerang-köysi on maailman kylmin tunnetuin luonnollinen paikka.

Laskemme keinotekoisesti maan atomien lämpötilan melkein absoluuttiseen nollaan. Absoluuttisen nollan lähellä olevat atomit ovat hitaampia normaalin huonelämpötilan nopeuden suuruusluokilla. Mutta aine ei voi saavuttaa absoluuttista nollaa hiukkasten kvanttiluonteen vuoksi. Tämä johtuu Heisenbergin epävarmuusperiaatteesta.

Jos atomi voisi saavuttaa absoluuttisen nollan, sen lämpötila olisi tarkalleen nolla, mikä tarkoittaa nollan tarkkaa nopeutta. Mutta kun tiedämme atomin nopeuden varmasti, emme tiedä mitään sen asemasta. Jos atomi voisi saavuttaa absoluuttisen nollan, sen aaltofunktio leviäisi ”maailmankaikkeuden poikki”, mikä tarkoittaa, että atomi ei sijaitse missään.

Kun yritämme tutkia atomia tai elektronia sen paikallistamiseksi, annamme sille jonkin verran nopeutta ja siten lämpötilan, joka ei ole nolla. Muuten, voimme ajatella atomia hiukkasena ja aallona. Kun atomit lähestyvät absoluuttista nollaa, niiden aaltomuodot leviävät. Maailmankaikkeuden yhtä suuri aaltomuoto voi tuntua oudolta, mutta eri tutkimusryhmät ovat jäähdyttäneet atomeja niin kauan kuin niiden aaltofunktiot eivät ylitä atomien välistä etäisyyttä. Kun tämä tapahtuu, kaikki atomit tässä lämpötilassa muodostavat yhden suuren "superatin", sanoo Mr.

Tätä kutsutaan Bose-Einstein-kondensaatiksi. Mutta atomit jatkoivat värähtelyä. Tarina jatkuu mainoksen alapuolella. Lähellä absoluuttista nollaa, elektronit "viheltävät" edelleen atomien sisällä, sanoo kvanttifysiikka Christopher Foote Oxfordin yliopistosta. Lisäksi, vaikka absoluuttinen nolla olisi, atomit eivät olisi täysin paikallaan. Ne soivat, mutta heillä ei ole tarpeeksi energiaa tilan muuttamiseen. Se värähtelee edelleen, mutta ei voi muuttaa aaltokuviota. Lisälukema: Ei-kvantti selitys absoluuttisen nollan saavuttamattomuudelle Christopher Footen, Oxfordin yliopiston Ultracold-atomeista ja absoluuttisesta nollasta.

Grafiitille adsorboidun kaksiulotteisen helium-3: n lämpökapasiteetin mittaukset osoittavat jälleen odottamattoman nestetilan lämpötiloissa lähellä absoluuttista nollaa. Helium on aina ollut ulkopuolinen jaksollisessa taulukossa. Sen kaksi isotooppiä, helium-3 ja helium-4, pysyvät nestemäisessä tilassa absoluuttiseen nollaan ja niiden laimenemislämpötila on alhaisin kaasujen välillä. Nämä ominaisuudet voidaan jäljittää korkean energian nollapisteeseen suhteessa niiden houkuttelevaan potentiaaliin. Kahdessa ulottuvuudessa helium-4 muodostaa nesteen ja siitä tulee superneste lämpötiloissa, jotka riippuvat tiheydestä.

Sitä vastoin helium-3: n tilaa kaksiulotteisena kaasuna ei tunneta. Monet teoriat ennustavat, että kaksiulotteisessa helium-3: ssa se on ainoa materiaali, joka pysyy kaasumaisena pohjatilassa. Uudet kokeet, joissa tutkitaan grafiitin pinnalle adsorboituneen helium-3: n ominaista lämpökapasiteettia, ovat lisätodisteita helium-3: n olemassaolosta, jota esiintyy lätäköinä alle noin 80 millikelvinin lämpötiloissa.

Tämän muutoksen luonteen ymmärtäminen johtaa parempaan ymmärrykseen vuorovaikutuksista, jotka johtavat tämän nestemäisen vaiheen - ja mahdollisesti muiden vaiheiden - muodostumiseen, aivan kuten tavallisten kaasujen vuorovaikutusten ymmärtämiseen, mikä johtaa ymmärrykseen niiden kriittisen pisteen olemassaolosta. Kaksiulotteista helium-3: ta ei voida kokeellisesti toteuttaa, jos siinä ei ole sopivaa substraattia, jolla atomit voidaan adsorboida. Ihannetapauksessa tämä substraatti sallii helium-3: n liikkua vapaasti kahdessa ulottuvuudessa - joko levittäen pinnan yli kaasun muodossa tai yhdistyessä itsenäiseksi nesteeksi.

Mutta aina substraatti tulee olemaan rooli helium-3: n käyttäytymisessä. Esimerkiksi kiteinen substraatti voi aiheuttaa helium-3-kaksiulotteisen kiinteän tai rekisteröidyn faasin muodostumisen. Kuva ). Voimme pitää tätä helium-4-pintaa ihanteellisena substraattina, sellaisena kuin se olisi, supernesteliuosta, joka on alhaisissa lämpötiloissa melkein pohjatilassa ja joka ei sisällä pääkiteistä rakennetta, mikä voi vaikuttaa helium-3: n käyttäytymiseen.

Lisäksi tehokas massa, muut helium-4-substraatista johtuvat vaikutukset sisältävät vuorovaikutukset helium-3-atomien välillä, joita välittävät helium-4-pinnan luonnolliset viritykset, joita kutsutaan ripploneiksi. Tämä vähentää joitain tilavuusvaikutuksia, mutta tuo myös uusia muuttujia ongelmaan. Erityisesti substraatille adsorboituneen helium-4: n tiheys ei muutu tasaisesti päällysteen kanssa, mutta sillä on tiheyden vaihteluita, ja päällysteen kanssa on variaatioita helium-4-kalvon normaalissa heräteissä. Tällaiselle kalvolle lisätyllä helium-3: lla on siten väliaine, joka riippuu voimakkaasti päähelium-4: n paksuudesta.