yego.me
💡 Stop wasting time. Read Youtube instead of watch. Download Chrome Extension

Что такое абсолютный ноль? [Fraser Cain]


4m read
·Nov 3, 2024

[музыка] Канадцам особо нечем гордиться, но мы можем похвастаться способностью переносить низкие температуры. Сам я живу на Западном побережье. Мы тут все неженки, температура ниже нуля здесь почти не бывает.

Но вообще в Канаде бывают такие холода, что мозг замерзает, а пальцы отваливаются. Есть друг в Виннипеге, это на юге Канады, так вот, прошлой зимой там был -31, но ощущалось как минус 50. В тот же самый день на Марсе было -29. На Марсе было теплее, вдумайтесь, чем в Виннипеге. Но учёные знают, в космосе бывают температуры и пониже.

Для их измерения даже используют специальную шкалу Кельвина. Она показывает, насколько температура отличается от минимально возможного значения абсолютного нуля. По шкале Цельсия абсолютный ноль - это -273,15 °C, а по Фаренгейту - 460,67 °F. Ну а по шкале Кельвина всё намного проще: абсолютный ноль - это 0 К.

А вот тут осторожно! Мы вышли на минное поле неверного употребления терминов. Неправильно говорить "0 градусов Кельвина". Градусы не нужны, просто "ноль Кельвина". Одно дело, когда вы измеряете что-то от произвольной точки, например угол поворота 15°, и другое, когда вы измеряете относительно абсолютной точки, в частности от самой низкой температуры, заданной природой.

Градусы здесь не нужны, потому что это абсолют. Абсолютный ноль, наверняка я не раз говорил неправильно. Попробуйте уследить: ноль - это минимальный теоретический предел температуры, которую может иметь физическое тело. В этой точке из системы нельзя извлечь тепловую энергию или совершить работу, полный штиль.

Но это всё теория; на практике абсолютный ноль недостижим. Ведь чтобы охладить тело, надо совершить работу по извлечению тепла. Чем ниже температура, тем больше работы. Чтобы достичь абсолютного ноля, нужно совершить бесконечное количество работы. Но это абсурд!

В школе вам наверняка рассказывали, что температура газа связана со скоростью движения его частиц. Когда вы охлаждаете газ, забирая у него тепло, частицы замедляются. Возникает мысль, что если охладить что-либо до абсолютного нуля, любое движение частиц прекратится. Но это не так! С точки зрения квантовой механики вы не можете одновременно знать положение и импульс частиц. Если бы частица остановилась, мы знали бы её импульс – ноль, и положение. Вот же она!

Но Вселенная со своими законами не может этого допустить из-за принципа неопределённости Гейзенберга. Выходит, какое-то движение должно сохраняться. Даже при абсолютном нуле, который недостижим. Но тепла из него вы не получите.

Боль был одним из первых, кто предположил существование минимально возможной температуры, которую он назвал примум фридум в 1702 году. Гим Антон создал термометр, который показывал минимальную температуру -240° по Цельсию. Почти, но не совсем. Именно Кельвин в 1848 создал абсолютную шкалу, которая начинается с отметки -273 °C.

Но Кельвины по сравнению с этим в тот морозный день в Виннипеге были 223 К. Взглянем на поверхность Плутона: минимальная температура там 33 К, а максимальная 55 К – это -240° и -21° по Цельсию соответственно.

Средняя фоновая температура во всей Вселенной составляет всего 2,7 К. Как правило, холоднее всего на коче просторов между скоплениями галактик. Со временем фоновая температура будет и дальше снижаться, но она никогда не достигнет абсолютного нуля, даже через Google лет.

Когда испарится последняя сверхмассивная чёрная дыра и во всей Вселенной не останется полезного тепла, астрономы называют это мрачное будущее тепловой смертью Вселенной. То есть, когда всё тепло исчезнет навсегда, это грустно.

Возможно, вы удивитесь, но самая низкая температура во Вселенной встречается на Земле, по крайней мере иногда. И если принять, что у инопланетян технологии не круче наших, хотя это вряд ли. Пока я записываю это видео, физики с помощью лазеров охлаждают газ рубидий 87 до 170 нано К, что самую малость выше абсолютного нуля. Они уже получили Нобелевскую премию за открытие конденсата.

Бо NASA работает над новым проектом Atom Lab. На МКС отправят мобильную станцию, которая сможет охладить материю до 100 пико К. Это очень холодно!

Подведём итоги: абсолютный ноль - это минимальный теоретический предел температуры, точка, при которой из системы невозможно извлечь тепловую энергию. Никогда не говорите "градусы Кельвина" – знающие люди не оценят. Вселенная отстала от нас в том, что касается вопросов охлаждения. Пока 1:0 в нашу пользу.

Напишите, с какой самой низкой температурой вы сталкивались лично. Мой опыт - это Буффало в декабре. Ужасно переведено и озвучено студией Верт Дайдер.

More Articles

View All
Renewable Energy 101 | National Geographic
Around the world, renewable energy use is on the rise, and these alternative energy sources could hold the key to combating climate change. What is renewable energy? Renewable energy is generated from sources that naturally replenish themselves and never…
Labor-leisure tradeoff | Microeconomics | Khan Academy
So let’s keep talking about labor as a factor of production. In particular, we’re going to think about the supply curve of labor. When you’re thinking about the supply or the demand curve for elite labor, when you think about quantity, you could just vie…
Would You Risk Venomous Insect Stings for Your Job? | National Geographic
Harvest rants are intriguing because not only are they among the most painful of all stinging insects, their venom is 30-40 times more toxic than, say, rattlesnake venom. If you pick them up by hand, well, you might just get stung. The biggest risk around…
Money Can Buy You Happiness. Here’s Why.
What’s up you guys? It’s Graham here. So let’s attempt to answer the age-old question: Can money actually buy you happiness? After all, it’s often touted as the simplest solution to every problem life throws your way. From the dead-end job that you hate,…
The 2023 Recession Just Got...Cancelled?
What’s up, Graham? It’s guys here. So, despite ongoing mass layoffs, skyrocketing credit card debt, and a 2008-style housing crash throughout four U.S. cities, a new theory is beginning to make its way through the markets, and that would be the chance of …
YC's Summer 2022 Startup Job Expo - Pitches from 30 YC founders & find your next startup
[Music] Thanks for joining us at YC’s Summer 22 Jobs Expo. I’m excited to introduce you to 30 great YC founders who are going to pitch you on why you should join their startup. They’re going to share what they’re passionate about, what they’re building, w…