Теперь Кью работает в режиме чтения

Мы сохранили весь контент, но добавить что-то новое уже нельзя

Можно ли достичь температуры в ноль Кельвина? Если да, как? Если нет, почему?

ФизикаТемпература
Анонимный вопрос
  · 3,5 K
Лучший
Астроном со станции "Звёздная"  · 18 окт 2021
Добрый день! Ну давайте я сначала ответу коротко - нет, нельзя. А теперь долго и муторно, но обещаю объяснить понятно, почему.
Начнем с простых законов. Чем быстрее движутся молекулы, тем выше температура, чем медленнее движутся молекулы, тем меньше температура. Соответственно существует такая температура, при которой атомы и молекулы перестают двигаться, это и есть значения абсолютного нуля, 0К или минус 273,15 градусов по Цельсию. Если перевести на научный язык - об этом говорит третье начало термодинамики - энтропия системы (то есть, некая мера беспорядка в движении молекул) стремится к нулю при стремлении температуры к абсолютному нулю.
Что есть такое вообще температура? Это такая мера, определяеющая, сколько энергии нужно затратить на каждую единицу энтропии. Энергия. Все всегда сводится к энергии...
Итак, смотрите, мы понижаем температуру системы. Понижаем, понижаем, понижаем... Молекулы движутся все медленнее и медленнее, и в конце концов останавливаются. Всё. Это означает, что тепловое движение останавливается. Молекулы, которые имеют энергию, отдали её полностью и им больше просто нечего отдавать. Вот это предел и есть абсолютный нуль, до которого мы понизили температуру и довели несчастные молекулы и атомы до такого состояния. Ура, победа?
Нееет. Мы забыли, что есть ещё кое что - квантовая физика, великая и ужасная! Если бы частицы полностью, совсем совсем полностью остановились, прекратили всякое малейшее движение, мы бы, в таком случае, могли одновременно измерить их скорость и координаты в пространстве с абсолютной точностью, они же не двигаются, нет проблем. Но есть ещё кое что! Такая картина говорит нам о нарушении принципа неопределенности Гейзенберга (Господи это ещё что такое... Нет нет, если понятными словами - это невозможность точно и одновременно установить пространственные координаты и скорость квантовой частицы, если бы электрон полностью остановился, можно было бы зафиксировать положение и нулевую скорость, но это невозможно, в итоге квантовые частицы всегда находятся в движении, в отличие от классических) Поэтому даже при абсолютном нуле квантовая частица будет хоть и слегка но "расплывчатой" , если считать что она ведёт себя как волна, или она будет немного колебаться, если рассматривать ее корпускулярное представление (если она - именно частица, к чему эти заумные слова... ). Поэтому при абсолютном нуле частица полностью не прекращает движение, а находится в таком состоянии, когда она не способна отдавать энергию.
Это знаете, что то по аналогии с теорией относительности великого Эйнштейна - объект, обладающий хоть малейшей массой не может достигнуть и тем более превысить скорость света. Может достичь очень близкой скорости, почти, ещё и ещё раз акцентирую, почти равной скорости света, но не её саму. Тоже самое и здесь - если объект обладает хоть малейшим движением (а я только что объяснила почему это так), достигнуть минимально низкой, то есть нулевой температуры он не может. Может, опять таки, в теории, на миллиардные доли приблизиться к абсолютному нулю, но достичь его - нет.
Потому что чтобы достичь скорости света, понадобится бесконечное количество энергии, а чтобы достичь абсолютного нуля нужно "достать" из атома бесконечное количества тепла. То есть, чем ближе мы подбираемся к абсолютному нулю, тем больше энергии нужно затратить на дальнейшее охлаждение объекта (системы, говоря по научному).
Резюмируя, достичь абсолютного нуля нельзя, и вините во всем 3 начало термодинамики, а если копнуть глубже - квантовую неопределённость.
Ну все, виноватых нашли, на вопрос ответили, вроде бы все.
Ну, чтобы Вам не было грустно - вот Вам немного юмора от одного учёного-физика:
Первое начало термодинамики: Вам не выиграть.
Второе начало термодинамики: Вам не сыграть вничью.
Третье начало термодинамики: Вам даже сыграть не дадут.
Есть много способов приблизиться к температуре 0К, учёные в криогенных лабораториях знают такие методы, о них есть информация в интернете, можете почитать для общего развития. Ну, или если что - спрашивайте, расскажу кратенько:)
Что в россию за дровами летает?
Старый ворчун  · 19 окт 2021
НЕТ нельзя. Почему? Поскольку 0 по Кельвину это абсолютный покой, то есть ни один протон/электрон/нейтрон или другая даже не открытая частица не движется. И если теоретически можно предположить, что протоны/электроны неподвижны, то те же нейтрино, или мю мезоны какие-нибудь вигаются всегда. По определеню. А Значит и выделяют энергию при движении. Это если без занудства объяснять.
По началу видимо система была сферической но вращение системы и разность масс , увлекало...  · 20 окт 2021
Абсолютный 0 Кельвина был до Большого взрыва, а так как я тогда был маленький совсем (был НИЧТО)то объяснить, чтобы вы поняли не могу.Ладно отвечу как могу, а то модератор не пропускает. Чтобы скомпоновать энергию нужно ее охладить. При всхлопывании предыдущей вселенной , которая была в замкнутой системе и где работали законы физики о сохранении энергии, энергия и... Читать далее