Физици от университета в Мюнхен, ФРГ са постигнаха нещо, доскоро смятано за невероятно – те са успели да създадат квантов облак от калиеви атоми с температура под тази, която се смята за абсолютен минимум, разказва сайтът megavselena.com, като се позовава на публикация в сп. Science.
От гледна точка на атомната физика температурата е скорост – скоростта на движение на атомите във веществото. И колкото по-бързо се движат атомите, толкова по-висока е температурата. Съответно при -273,15 градуса атомите водород спират напълно. С такъв подход никое вещество не може да бъде по-студено от тази граница. Именно заради това в повечето съвременни учебници по физика абсолютната нула по скалата на Келвин (или -273,15 градуса по Целзий) се смята за най-ниската от възможните температури.
За да разберем същността на температурата, съвременната физика предлага да погледнем на нея различно, а не като на линеен показател. При температурите, стремящи се към безкрайно ниски или безкрайно високи стойности, скалата рано или късно се оказва в отрицателната област. При положителни температури атомите често заемат ниски енергийни състояния, а при отрицателните – по-високи. Във физиката подобен ефект е известен като разпределение на Болцман.
При абсолютната нула атомите заемат най-ниското енергийно състояние, а при „безкрайната температура” атомите могат да заемат едновременно всички енергийни състояния. Съответно при много високи температури те заемат всички високи енергийни състояния, а при много ниски температури – всички ниски.
„Говорейки за ниски температури, можем да кажем, че си имаме работа с обърнато разпределение на Болцман – казва физикът Улрих Шнайдер от Мюнхенския университет в Германия. – С такава логика веществата, достигащи температури под абсолютната нула, стават „горещи”. Ние смятаме, че при достигане на границата от минус 273 градуса температурата не спира, а просто преминава към отрицателни стойности.”
Тоест обектите с отрицателни температури (Навсякъде, където става въпрос за отрицателни температури, се имат предвид стойности под абсолютната нула)
се държат доста странно. Например обикновено енергията, изхождаща от обект с по-висока температура, е по-голяма от тази на по-студения обект. Но ако веществото премине към отрицателната скала, то там колкото е по-студено, толкова повече енергия излъчва. Така по-студеният обект е винаги по-енергийно активен, отколкото по-топлият, обяснява Улрих Шнайдер.
Немските физици твърдят, че отрицателната температура все още в значителна степен е теория. Но тя ще стане практика, когато науката започне да работи с ясни енергийни показатели на един отделен взет атом вещество. Когато изследователите успеят да работят с отделния атом подобно на начина, по който работят в макросвета, може да се говори за това възможно ли е да се охлаждат атомите до суперниски температури и могат ли те да се движат по-бързо от скоростта на светлината.
За генериране на отрицателни температури учените са създали система, в която са задали предел на енергията на атомите. За това физиците са взели 100 000 атома и са ги охладили до температура една милиардна от нулата на Келвин. Атомите били охладени във вакуумна камера, изолирана от външната среда. За точния им контрол изследователите са използвали мрежа от лазерни лъчи и магнитни полета.
Според учените температурата на веществото в крайна сметка зависи от това колко потенциална енергия има в атома и колко енергия се образува от взаимодействието на атомите. Освен това температурата също е тясно свързана с налягането – колкото по-горещ е обектът, толкова повече той се разширява, и обратното. За да се убедят в това, че газът може да има температура, по-ниска от абсолютната нула, е било необходимо учените да създадат такива условия, в които самите атоми нямали съществена енергия, а от отблъскващите сили между тях ще се образува повече енергия, отколкото от привличането.
Нещо подобно е пресъздадено в наномащаб. Симон Браун от Мюнхенския университет твърди, че в бъдеще на практика такива знания може да доведат до създаване на свръхефективни топлинни двигатели. Работата на такива двигатели се опира на преобразуването на топлинната енергия в механична. Теоретично с отрицателни температури такива двигатели биха имали 100% по-голям КПД, макар че от гледна точка на логиката това изглежда невъзможно.
На снимката: Сегмент от европейския Голям Адронен Колайдер (Large Hadron Collider), който е направен във формата на 27 километров пръстеновиден тунел, изкопан на сто метрова дълбочина. Ускоряването на сноповете от протони в колайдера се управлява от 53 свърхпроводящи електромагнита, които могат да работят само при температури, близки до абсолютната нула
Be the first to comment