HVAD ER ABSOLUT NUL?

Send

Canadiere har ikke meget at være stolte af, men vi kan regale dig igen med vores evne til at modstå fryser kolde temperaturer. Nu bor jeg på vestkysten, så jeg er blød og svag, og sjældent oplever temperaturer under frysepunktet.

Men for nogle af mine canadiske brødre kan temperaturer dyppe ned til niveauer, som dit sind og krop næppe kan forstå. For eksempel har jeg en ven, der bor i Winnipeg, Manitoba. I en dag sidste vinter dyppede temperaturerne der -31 ° C, men med vindstyrken føltes det som -50 ° C. Samme dag var det en skam -29C på Mars. På Mars!

Men for forskere og universet kan det blive meget meget koldere. Så koldt, faktisk, at de bruger en helt anden temperaturskala - Kelvin - til at måle, hvor langt tingene er fra den koldeste mulige temperatur: Absolute Zero.

På Celsius-skalaen er Absolute Zero -273,15 grader. Og i Fahrenheit er det -459,67 grader. I Kelvin-skalaen er det imidlertid meget enkelt. Absolutt nul er 0 kelvin.

På dette tidspunkt vil en videnskabelig forklarer snuble ind i et minefelt af forkert brug. Det er ikke 0 grader kelvin, du siger ikke grader del, bare kelvin del. Bare kelvin.

Dette skyldes, at når du måler noget fra et vilkårligt punkt, som den retning, du lige har drejet, har du ændret kurs 15-grader. Men hvis du måler fra et absolut punkt, som den laveste fysiske temperatur defineret af naturen, falder du graderne, fordi det er et absolut. En absolut nul.

Selvfølgelig har jeg sandsynligvis også begået det forkert. Det her er svært.

Alligevel tilbage til Absolute Zero.

Absolute Zero er den koldeste mulige temperatur, der teoretisk kan nås. På dette tidspunkt kan ingen varmeenergi udvindes fra et system, intet arbejde kan udføres. Det er dødt Jim.

Men det er helt teoretisk. Det er praktisk talt umuligt at køle noget ned til Absolute Zero. For at afkøle noget, skal du arbejde for at udvinde varme fra det. Jo koldere du bliver, jo mere arbejde skal du gøre. For at komme til Absolute Zero, skal du bruge en uendelig mængde arbejde. Og det er latterligt.

Som du sandsynligvis har lært i fysik eller kemiklasse, oversætter temperaturen på en gas til bevægelsen af partiklerne i gassen. Når du køler en gas ned ved at udtrække varme fra den, bremser partiklerne.

Du skulle derefter tro, at ved at køle noget ned til Absolute Zero, ville al partikelbevægelse i det, noget stoppe. Men det er ikke sandt.

Fra et kvantemekanisk synspunkt kan du aldrig kende partiklernes placering og momentum på samme tid. Hvis partiklerne stoppede, ville du kende deres momentum (nul) og deres placering ... lige der. Universet og dets fysiske love kan bare ikke tillade, at det sker. Tak Heisenbergs usikkerhedsprincip.

Derfor er der altid lidt bevægelse, selvom du kunne komme til Absolute Zero, som du ikke kan. Men du kan ikke få mere varme ud af det.

Fysikeren Robert Boyle var en af de første, der overvejede muligheden for, at der var en lavest mulig temperatur, som han kaldte primal frigidum. I 1702 skabte Guillaume Amontons et termometer, som han beregnet ville have bunden ud ved -240 C. Temmelig tæt, faktisk.

Men det var Lord Kelvin, der skabte denne absolutte skala i 1848, startende ved -273 C, eller 0 kelvin.

Ved denne måling, selv med sin vindmølle, var Winnipeg en skånsom 223 kelvin på denne vinterdag.

Overfladen af Pluto varierer på den anden side fra en lav på 33 kelvin til en høj på 55 kelvin. Det er -240 C til -218 C.

Den gennemsnitlige baggrundstemperatur over hele universet er kun 2,7 kelvin. Du finder ikke mange steder, der er kolde, medmindre du kommer ud til de enorme kosmiske hulrum, der adskiller galakse klynger.

Over tid vil universets baggrundstemperatur fortsætte med at falde, men den når faktisk aldrig Absolute Zero. Selv i et Googol-år, når det sidste supermassive sorte hul endelig er fordampet, og der ikke er nogen brugbar varme tilbage i hele universet.

Faktisk kalder astronomer denne dystre fremtid universets ”varmedød”. Det er varmedød, som i, al varmes død. Og lykke.

Du kan blive overrasket over at vide, at den koldeste temperatur i hele universet er lige her på Jorden. Nogle gange, alligevel. Og forudsat at udlændinge ikke har bedre teknologi end os, hvilket de sandsynligvis gør.

På det tidspunkt, hvor jeg optager denne video, har fysikere brugt lasere til at køle Rubidium-87-gas ned til kun 170 nanokelvin, en lille brøkdel over Absolute Zero. Faktisk vandt de en Nobelpris for deres arbejde med at opdage Bose-Einstein kondensater.

NASA arbejder faktisk på et nyt eksperiment kaldet Cold Atom Lab, der vil sende en version af denne teknologi til Den Internationale Rumstation, hvor den skal kunne afkøle materiale ned til 100 picokelvin. Det er koldt.

Her er dine takeaways. Absolute Zero er den koldeste mulige temperatur end nogensinde kan nås, det punkt, hvor ingen yderligere varmeenergi kan udvindes fra et system. Aldrig sige grader Kelvin, du vil forårsage så meget vindende. Universet kan ikke matche vores kolde genereringsevner… endnu. Tag det univers.

Jeg ville elske at høre den koldeste temperatur, du nogensinde har oplevet. For mig var det på besøg i Buffalo i december. Det er ikke rigtigt.