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절대 0입니다. 절대 영도 온도는 분자 운동이 멈추는 지점입니다.

절대 영도(보통 영도)란 무엇입니까? 이 온도가 실제로 우주 어디에나 존재하는 걸까요? 절대 영도까지 냉각할 수 있나요? 실생활? 한파를 이겨낼 수 있을지 궁금하다면, 한파의 가장 먼 곳까지 탐험해보자…

절대 영도(보통 영도)란 무엇입니까? 이 온도가 실제로 우주 어디에나 존재하는 걸까요? 실생활에서 어떤 것을 절대 영도까지 냉각시킬 수 있나요? 한파를 이겨낼 수 있을지 궁금하다면, 한파의 가장 먼 곳까지 탐험해보자…

물리학자가 아니더라도 온도라는 개념은 익숙할 것입니다. 온도는 물질의 내부 무작위 에너지의 양을 측정한 것입니다. "내부"라는 단어는 매우 중요합니다. 눈덩이를 던지면 주요 움직임이 꽤 빠르더라도 눈덩이는 꽤 차갑게 유지됩니다. 반면에 방 안을 날아다니는 공기 분자를 보면, 보통의 산소 분자가 시속 수천 킬로미터의 속도로 튀고 있는 것입니다.

우리는 기술적인 세부 사항에 관해서는 침묵을 지키는 경향이 있으므로 전문가들에게만 온도는 우리가 말한 것보다 조금 더 복잡하다는 점을 참고해 두겠습니다. 온도의 진정한 정의는 각 엔트로피 단위(더 명확한 단어를 원할 경우 무질서)에 대해 얼마나 많은 에너지를 소비해야 하는지와 관련됩니다. 하지만 미묘한 부분은 건너뛰고 얼음 속의 임의의 공기나 물 분자가 온도가 떨어지면서 점점 더 천천히 움직이거나 진동한다는 사실에만 집중하겠습니다.

절대 영도- 온도는 섭씨 -273.15도, 화씨 -459.67도, 켈빈 온도에 불과합니다. 이것은 열 운동이 완전히 멈추는 지점입니다.

모든 것이 멈추나요?

이 문제에 대한 고전적 고찰에서는 모든 것이 절대영도에 멈춘다. 그러나 바로 이 순간에 양자역학의 끔찍한 얼굴이 모퉁이에서 엿보인다. 몇몇 물리학자들의 피를 망친 양자역학의 예측 중 하나는 입자의 정확한 위치나 운동량을 완벽하게 확실하게 측정할 수 없다는 것입니다. 이는 하이젠베르크의 불확정성 원리로 알려져 있습니다.

밀폐된 방을 절대 영도까지 식힐 수 있다면 이상한 일이 일어날 것입니다(나중에 자세히 설명합니다). 기압은 거의 0으로 떨어지며, 기압은 일반적으로 중력에 반대되기 때문에 공기는 바닥의 매우 얇은 층으로 붕괴됩니다.

그러나 그럼에도 불구하고 개별 분자를 측정할 수 있다면 흥미로운 점을 발견할 수 있습니다. 즉, 분자가 진동하고 회전하며 약간의 양자 불확실성이 작용한다는 것입니다. i에 점을 찍으려면: 분자의 회전을 측정하는 경우 이산화탄소절대 영도에서는 산소 원자가 시속 수 킬로미터의 속도로 탄소 주위를 날아다니는 것을 볼 수 있습니다. 이는 생각보다 훨씬 빠른 속도입니다.

대화가 막다른 골목에 이르렀습니다. 양자 세계에 관해 이야기할 때 움직임은 그 의미를 잃습니다. 이러한 척도에서는 모든 것이 불확실성으로 정의됩니다. 따라서 입자가 정지해 있다는 것이 아니라 정지해 있는 것처럼 측정할 수 없다는 것입니다.

당신은 얼마나 낮은 갈 수 있습니까?

절대 영도를 추구하는 것은 본질적으로 빛의 속도를 추구하는 것과 동일한 문제에 직면합니다. 빛의 속도에 도달하려면 무한한 양의 에너지가 필요하고, 절대 영도에 도달하려면 무한한 양의 열을 추출해야 합니다. 이 두 프로세스는 모두 불가능합니다.

우리가 아직 절대 영도라는 실제 상태에 도달하지 못했다는 사실에도 불구하고, 우리는 그것에 매우 가깝습니다(비록 이 경우 "매우"는 매우 느슨한 개념입니다. 동요처럼: 2, 3, 4, 4 및 a 절반, 끈에 4개, 머리카락 너비로 4개, 5개). 제일 낮은 온도지구에서 기록된 는 1983년 남극 대륙에서 섭씨 -89.15도(184K)로 기록되었습니다.

물론, 유치하게 더위를 식히고 싶다면 우주의 깊은 곳으로 뛰어들어야 합니다. 전체 우주는 우주에서 가장 빈 영역인 2.73도 켈빈의 빅뱅 복사 잔재로 덮여 있습니다. 이는 우리가 100년 전에 지구에서 얻을 수 있었던 액체 헬륨의 온도보다 약간 낮은 온도입니다.

그러나 저온 물리학자들은 동결 광선을 사용하여 기술을 다음 단계로 끌어올리고 있습니다. 새로운 레벨. 동결 광선이 레이저의 형태를 취한다는 사실을 알면 놀랄 수도 있습니다. 하지만 어떻게? 레이저는 화상을 입어야 합니다.

모든 것이 사실이지만 레이저에는 한 가지 특징이 있습니다. 궁극적으로 모든 빛이 하나의 주파수로 방출된다는 것입니다. 일반적인 중성 원자는 주파수가 정확하게 조정되지 않으면 빛과 전혀 상호 작용하지 않습니다. 원자가 광원을 향해 날아가면 빛은 도플러 편이를 받아 더 높은 주파수에 도달합니다. 원자는 가능한 것보다 적은 광자 에너지를 흡수합니다. 따라서 레이저를 더 낮게 조정하면 빠르게 움직이는 원자가 빛을 흡수하고 임의의 방향으로 광자를 방출함으로써 평균적으로 약간의 에너지를 잃게 됩니다. 이 과정을 반복하면 가스를 10억분의 1도인 1나노켈빈 미만의 온도까지 냉각할 수 있습니다.

모든 것이 더욱 극단적인 톤을 띠고 있습니다. 최저 기온에 대한 세계 기록은 절대 영도보다 10억도 미만입니다. 이 트랩 원자를 구현하는 장치는 자기장. "온도"는 원자 자체가 아니라 원자핵의 스핀에 따라 달라집니다.

이제 정의를 회복하려면 약간의 창의력을 발휘해야 합니다. 우리는 일반적으로 무언가가 10억분의 1도까지 얼어붙는 것을 상상할 때 아마도 공기 분자도 제자리에 얼어붙는 모습을 보게 될 것입니다. 원자의 뒷부분을 얼어붙게 만드는 파괴적인 종말론적 장치를 상상할 수도 있습니다.

궁극적으로 정말 저온을 경험하고 싶다면 기다리기만 하면 됩니다. 약 170억년 후 배경 방사선우주에서는 1K까지 냉각됩니다. 950억년 후에 온도는 약 0.01K가 될 것입니다. 4000억 년 후에 깊은 우주는 지구상에서 가장 추운 실험만큼 추울 것이며, 그 이후에는 더욱 추워질 것입니다.

우주가 왜 그렇게 빨리 냉각되는지 궁금하다면 우리의 오랜 친구인 엔트로피와 암흑 에너지에게 감사를 표하세요. 우주는 가속 모드에 있으며, 영원히 계속될 기하급수적 성장 기간에 진입하고 있습니다. 상황이 매우 빨리 정지됩니다.

우리는 무엇에 관심이 있습니까?

물론 이 모든 것이 훌륭하고 기록을 깨는 것도 좋습니다. 하지만 요점은 무엇입니까? 글쎄, 단순히 승자로서가 아니라 저온을 이해해야 할 타당한 이유가 많이 있습니다.

예를 들어 NIST의 좋은 사람들은 다음과 같은 일을 하고 싶어합니다. 멋진 시계. 시간 표준은 세슘 원자의 빈도와 같은 것에 기초합니다. 세슘 원자가 너무 많이 움직이면 측정에 불확실성이 생겨 결국 시계가 오작동하게 됩니다.

그러나 더 중요한 것은 특히 과학적 관점에서 볼 때 재료가 극도로 낮은 온도에서 이상하게 행동한다는 것입니다. 예를 들어, 레이저가 동일한 주파수와 위상에서 서로 동기화되는 광자로 만들어지는 것처럼 보스-아인슈타인 응축물이라고 알려진 물질이 생성될 수 있습니다. 그 안에는 모든 원자가 같은 상태에 있습니다. 또는 각 원자가 개성을 잃고 전체 질량이 하나의 널 슈퍼 원자로 반응하는 아말감을 상상해 보세요.

매우 낮은 온도에서는 많은 물질이 초유체가 됩니다. 즉, 점도가 전혀 없고 초박형 층으로 쌓일 수 있으며 중력을 무시하여 최소한의 에너지를 얻을 수도 있습니다. 또한 저온에서는 많은 물질이 초전도체가 되어 전기 저항이 없습니다.

초전도체는 금속 내부에서 외부 자기장을 완전히 상쇄하는 방식으로 외부 자기장에 반응할 수 있습니다. 결과적으로 차가운 온도와 자석을 결합하여 공중부양과 같은 것을 얻을 수 있습니다.

절대 영점은 있지만 절대 최대값은 없는 이유는 무엇입니까?

다른 극단을 살펴보겠습니다. 온도가 단순히 에너지의 척도라면 우리는 원자가 빛의 속도에 점점 더 가까워지는 것을 간단히 상상할 수 있습니다. 이런 일이 영원히 계속될 수는 없잖아요?

짧은 대답은: 우리는 모릅니다. 말 그대로 무한한 온도라는 것이 존재할 가능성이 있지만 절대적인 한계가 있다면 젊은 우주는 그것이 무엇인지에 대한 꽤 흥미로운 단서를 제공합니다. (적어도 우리 우주에서는) 지금까지 알려진 가장 높은 온도는 아마도 플랑크 시대라고 알려진 시기에 발생했을 것입니다.

중력이 양자역학과 분리되어 물리학이 지금의 모습이 된 것은 빅뱅 10^-43초 후의 순간이었습니다. 당시 온도는 약 10^32K였습니다. 이는 우리 태양 내부보다 1000배 더 뜨겁습니다.

다시 말하지만, 이것이 가능한 가장 뜨거운 온도인지 전혀 확신할 수 없습니다. 플랑크 당시에는 우주에 대한 큰 모형조차 없었기 때문에 우주가 그러한 상태로 끓어올랐는지조차 확신할 수 없습니다. 어쨌든 우리는 절대 열보다 절대 영도에 몇 배 더 가깝습니다.

절대 영도

절대 영도- 이것은 신체가 가질 수 있는 최소 온도 한계입니다. 절대 영도는 켈빈 척도와 같은 절대 온도 척도의 원점 역할을 합니다. 섭씨 눈금에서 절대 영도는 −273.15 °C의 온도에 해당합니다.

실제로 절대 영도는 달성할 수 없는 것으로 여겨집니다. 온도 규모에서의 그것의 존재와 위치는 관찰된 물리적 현상의 외삽으로부터 따르며, 그러한 외삽은 절대 영도에서 물질의 분자와 원자의 열 운동 에너지가 0, 즉 입자의 혼란스러운 움직임과 같아야 함을 보여줍니다 멈추고, 그들은 결정 격자의 노드에서 명확한 위치를 차지하면서 질서 있는 구조를 형성합니다. 그러나 실제로는 절대 영도에서도 물질을 구성하는 입자의 규칙적인 움직임은 그대로 유지됩니다. 영점 진동과 같은 나머지 진동은 입자의 양자 특성과 입자를 둘러싼 물리적 진공으로 인해 발생합니다.

현재, 물리 실험실에서는 단지 수백만 분의 1도 정도만 절대 영도를 초과하는 온도를 얻는 것이 가능합니다. 열역학 법칙에 따르면 그것을 달성하는 것은 불가능합니다.

노트

문학

G. Burmin. 절대 영도에 대한 공격. - M.: “아동문학”, 1983.

또한보십시오

위키미디어 재단. 2010.

절대 영도
절대 영도

다른 사전에 "절대 영도"가 무엇인지 확인하십시오.

절대 영도- 절대 영도는 신체가 가질 수 있는 최소 온도 한계입니다. 절대 영도는 켈빈 눈금과 같은 절대 온도 눈금의 시작점 역할을 합니다. 섭씨 눈금에서 절대 영도는... ... Wikipedia에 해당합니다.

절대 영점- 절대 영점(ABSOLUTE ZERO), 시스템의 모든 구성 요소가 양자 역학 법칙에서 허용하는 최소량의 에너지를 갖는 온도입니다. 켈빈 온도 눈금에서 0, 즉 273.15°C(화씨 459.67°)입니다. 이 온도에... 과학 기술 백과사전

절대 온도 규모

절대 열역학적 온도- 원자, 분자 등 기체 입자 평면에서의 혼란스러운 열 운동 온도에는 두 가지 정의가 있습니다. 하나는 분자 운동학적 관점이고, 다른 하나는 열역학적 관점입니다. 온도 (라틴어 온도에서 적절한 ... ... Wikipedia

절대 온도 규모- 원자, 분자 등 기체 입자 평면에서의 혼란스러운 열 운동 온도에는 두 가지 정의가 있습니다. 하나는 분자 운동학적 관점이고, 다른 하나는 열역학적 관점입니다. 온도 (라틴어 온도에서 적절한 ... ... Wikipedia

우리 우주에서 가장 추운 곳은 어디라고 생각하시나요? 오늘은 지구입니다. 예를 들어, 달의 표면 온도는 섭씨 -227도이고, 우리를 둘러싸고 있는 진공의 온도는 영하 265도입니다. 그러나 지구상의 실험실에서는 초저온에서 물질의 특성을 연구하기 위해 훨씬 더 낮은 온도에 도달할 수 있습니다. 극심한 냉각을 받은 물질, 개별 원자, 심지어 빛조차도 특이한 특성을 나타내기 시작합니다.

이런 종류의 첫 번째 실험은 20세기 초 초저온에서 수은의 전기적 특성을 연구하던 물리학자들에 의해 수행되었습니다. 섭씨 -262도에서 수은은 초전도 특성을 나타내기 시작하여 전류에 대한 저항을 거의 0으로 줄입니다. 추가 실험에서 다른 사실도 밝혀졌습니다. 흥미로운 속성고체 칸막이와 밀폐된 용기를 통한 물질의 "누출"로 표현되는 초유동성을 포함한 냉각된 재료.

과학은 달성 가능한 최저 온도(섭씨 영하 273.15도)를 결정했지만 실제로 그러한 온도는 달성할 수 없습니다. 실제로 온도는 물체에 포함된 에너지를 대략적으로 측정한 것이므로 절대 영도는 물체가 아무 것도 방출하지 않으며 해당 물체에서 에너지를 추출할 수 없음을 나타냅니다. 그러나 그럼에도 불구하고 과학자들은 절대온도 0도에 최대한 가까워지려고 노력하고 있으며, 현재 기록은 2003년 매사추세츠 공과대학 실험실에서 세워졌습니다. 과학자들은 절대 영도보다 8100억분의 1도 부족합니다. 그들은 강력한 자기장에 의해 고정된 나트륨 원자 구름을 냉각시켰습니다.

그것은 보일 것입니다 - 그러한 실험의 실제적인 의미는 무엇입니까? 연구자들은 가스, 고체 또는 액체가 아니라 단순히 동일한 양자 상태를 가진 원자 구름과 같은 특별한 물질 상태인 보스-아인슈타인 응축물과 같은 개념에 관심이 있는 것으로 나타났습니다. 이러한 형태의 물질은 1925년 아인슈타인과 인도의 물리학자 사티엔드라 보스(Satyendra Bose)에 의해 예측되었고 불과 70년 후에야 얻어졌습니다. 이러한 물질 상태를 달성한 과학자 중 한 명은 볼프강 케테를레(Wolfgang Ketterle)입니다. 노벨상물리학 분야에서.

보스-아인슈타인 응축물(BEC)의 놀라운 특성 중 하나는 광선의 이동을 제어하는 능력입니다. 진공 상태에서 빛은 초당 300,000km의 속도로 이동하며, 이는 우주에서 달성할 수 있는 최대 속도입니다. 그러나 빛은 진공 상태가 아닌 물질을 통과하여 이동하면 더 느리게 이동할 수 있습니다. KBE의 도움으로 빛의 움직임을 저속으로 늦추거나 멈출 수도 있습니다. 응축수의 온도와 밀도로 인해 빛 방출이 느려지고 "포획"되어 직접 변환될 수 있습니다. 전기. 이 전류는 다른 CBE 구름으로 전송되어 다시 빛 복사로 변환될 수 있습니다. 이 기능은 통신 및 통신 분야에서 큰 수요가 있습니다. 컴퓨터 기술. 여기서는 조금 이해가 되지 않습니다. 결국 광파를 전기로 변환하거나 그 반대로 변환하는 장치가 이미 존재합니다... 분명히 CBE를 사용하면 이 변환을 더 빠르고 정확하게 수행할 수 있습니다.

과학자들이 절대 영도를 얻기 위해 그토록 열망하는 이유 중 하나는 우리 우주에서 무슨 일이 일어나고 있는지, 어떤 열역학적 법칙이 적용되는지 이해하려는 시도입니다. 동시에 연구자들은 원자에서 마지막까지 모든 에너지를 추출하는 것이 사실상 불가능하다는 것을 이해합니다.

우주의 모든 물체를 포함한 모든 육체에는 최저 온도 또는 그 한계가 있습니다. 모든 온도 눈금의 시작점은 절대 영도 온도 값으로 간주됩니다. 그러나 이는 이론상일 뿐이다. 이때 에너지를 포기하는 원자와 분자의 혼란스러운 움직임은 실제로 아직 멈추지 않았습니다.

이것이 절대 영도에 도달할 수 없는 주된 이유입니다. 이 과정의 결과에 대해서는 여전히 논쟁이 있습니다. 열역학의 관점에서 볼 때 원자와 분자의 열 이동이 완전히 멈추고 결정 격자가 형성되기 때문에 이 한계는 달성할 수 없습니다.

양자 물리학의 대표자들은 절대 영도 온도에서 최소 영 진동의 존재를 상상합니다.

절대 영도의 가치는 무엇이며 왜 달성할 수 없는가

도량형 총회에서 온도 표시기를 결정하는 측정 장비에 대한 기준점 또는 기준점이 처음으로 설정되었습니다.

현재 국제 단위계에서 섭씨 눈금의 기준점은 어는점 0°C, 끓는점 100°C이며, 절대 영도 값은 -273.15°C와 같습니다.

동일한 기준에 따라 켈빈 온도 값을 사용합니다. 국제 시스템측정 단위에서 끓는 물은 99.975°C의 기준 값에서 발생하며 절대 영도는 0과 같습니다. 눈금의 화씨는 -459.67도에 해당합니다.

그러나 이러한 데이터를 얻은 경우 실제로 절대 영도를 달성하는 것이 불가능한 이유는 무엇입니까? 비교를 위해 우리는 1,079,252,848.8km/h의 일정한 물리적 값과 동일한 잘 알려진 빛의 속도를 사용할 수 있습니다.

그러나 이 값은 실제로 달성할 수 없습니다. 이는 투과 파장, 조건 및 입자에 의한 다량의 에너지 흡수에 따라 달라집니다. 절대 영도의 값을 얻으려면 큰 에너지 출력이 필요하며 에너지원이 없어 원자와 분자에 들어가는 것을 방지할 수 있습니다.

그러나 완전한 진공 상태에서도 과학자들은 빛의 속도나 절대 영도를 얻을 수 없었습니다.

대략 0도에 도달할 수 있지만 절대 0도에는 도달할 수 없는 이유는 무엇입니까?

과학이 극저온인 절대온도 0도에 가까워지면 어떤 일이 일어날지는 열역학과 양자물리학 이론에만 남아있습니다. 실제로 절대 영도를 달성할 수 없는 이유는 무엇입니까?

최대 에너지 손실로 인해 물질을 최저 한계까지 냉각하려는 모든 알려진 시도는 물질의 열용량도 최소값에 도달했다는 사실로 이어졌습니다. 분자는 더 이상 남은 에너지를 포기할 수 없게 되었습니다. 그 결과, 절대 영도에 도달하지 못한 채 냉각 과정이 중단되었습니다.

절대 영도에 가까운 조건에서 금속의 거동을 연구할 때 과학자들은 온도가 최대로 감소하면 저항이 손실된다는 사실을 발견했습니다.

그러나 원자와 분자의 움직임이 중단되면 결정 격자가 형성되어 통과하는 전자가 에너지의 일부를 고정 원자로 전달했습니다. 이번에도 절대 영도에 도달하는 것은 불가능했습니다.

2003년에는 절대온도가 절대 영도보다 5억분의 1°C 낮았습니다. NASA 연구진은 Na 분자를 이용해 실험을 진행했는데, 이 실험은 항상 자기장 속에 있었고 에너지를 포기한 상태였습니다.

가장 가까운 성과는 예일대학교의 과학자들이 달성한 것으로, 2014년에 0.0025켈빈이라는 수치를 달성했습니다. 생성된 화합물인 일불화스트론튬(SrF)은 단 2.5초 동안만 지속되었습니다. 그리고 결국 그것은 여전히 원자로 분해되었습니다.

이상기체의 부피가 0이 되는 한계온도를 절대영도온도라 한다. 그러나 절대온도 0도에서 실제 기체의 부피는 사라질 수 없습니다. 그렇다면 이 온도 제한이 의미가 있습니까?

Gay-Lussac 법칙에 따라 존재하는 제한 온도는 실제 가스의 특성을 이상적인 가스의 특성에 더 가깝게 만드는 것이 실질적으로 가능하기 때문에 의미가 있습니다. 이렇게 하려면 점점 더 희박해진 가스를 사용하여 밀도가 0이 되는 경향이 있어야 합니다. 실제로 온도가 낮아지면 그러한 가스의 부피는 0에 가까워지는 경향이 있습니다.

섭씨 눈금에서 절대 영도의 값을 찾아봅시다. 볼륨 동일화 VV공식 (3.6.4) 0이고 다음을 고려합니다.

따라서 절대 영도는 다음과 같다.

* 더 정확한 절대 영점 값: -273.15 °C.

이것은 Lomonosov가 예측했던 "가장 높거나 마지막 추위"인 자연의 극한, 최저 온도입니다.

켈빈 척도

Kelvin William (Thomson W.) (1824-1907) - 뛰어난 영국 물리학자이자 열역학 및 기체 분자 운동 이론의 창시자 중 한 명입니다.

켈빈은 절대 온도 척도를 도입하고 열을 일로 완전히 변환하는 것이 불가능하다는 형태로 열역학 제2법칙의 공식 중 하나를 제시했습니다. 그는 액체의 표면 에너지를 측정하여 분자의 크기를 계산했습니다. 대서양 횡단 전신 케이블 부설과 관련하여 켈빈은 전자기 진동 이론을 개발하고 회로의 자유 진동 기간에 대한 공식을 도출했습니다. 그의 과학적 업적으로 W. Thomson은 Lord Kelvin이라는 칭호를 받았습니다.

영국 과학자 W. Kelvin은 절대 온도 척도를 도입했습니다. 켈빈 눈금의 영점 온도는 절대 영도에 해당하며 이 눈금의 온도 단위는 섭씨 눈금의 1도와 같습니다. 절대온도 티는 공식에 의해 섭씨 온도와 관련이 있습니다

(3.7.6)