Самая низкая температура во Вселенной: ученые объяснили, можно ли достичь абсолютного нуля

Фото: Live Science

Абсолютный ноль температуры представляет собой самое низкое значение температуры, которое может существовать во Вселенной, и оно составляет минус 273,15 градуса Цельсия. Это намного холоднее, чем средняя температура в космосе. Это даже холоднее, чем в космосе. До сих пор ничто из того, о чем знают ученые, не достигло абсолютного нуля. Но возможно ли вообще достичь такого значения? Об этом пишет Live Science.

Для начала нужно разобраться с тем, что из себя представляет температура. Люди привыкли думать, что это мера значения того, насколько холодно или жарко. Но на самом деле это мера энергии или вибраций всех частиц в системе. Горячие объекты обладают большей энергией, поэтому их частицы вибрируют быстрее. Точка, в которой частицы вообще не имеют энергии и, следовательно, перестают двигаться, называется абсолютным нулем.

Ученые пытаются достичь самых низких температур, потому что при замедлении частиц возникает много интересных квантовых эффектов. По словам Санкальпа Гоша из Индийского технологического института в Дели, фундаментальным принципом квантовой механики является корпускулярно-волновой дуализм. Это явление, при котором частицы, например, света, могут вести себя как частицы или как волны.

Но невозможно отслеживать частицы или волны по отдельности, как это можно сделать с более крупными объектами. Это исходит из принципа неопределенности Гейзенберга, который количественно определяет вероятностную природу квантово-механических измерений. То есть, когда положение частицы точно измерено, ее импульс менее известен, и наоборот. Такая вероятностная природа придает характер волны квантово-механической частице.

Степень квантово-волнового поведения выражается соотношением тепловой длины волны де Бройля и расстояния между частицами. Только когда температура снижается и частицы становятся холоднее, начинают проваляться странные квантовые эффекты. По словам Гоша, соотношение увеличивается по мере снижения температуры и при абсолютном нуле оно фактически равно бесконечности. Из-за этого возникают такие квантовые явления, такие как сверхтекучесть, сверхпроводимость и ультрахолодная атомная конденсация.

В 90-х годах прошлого века во время экспериментов для достижения самых низких температур и изучения странных квантовых эффектов ученые использовали метод лазерного охлаждения. По словам Кристофера Фута из Оксфордского университета, с помощью лазера атомы замедлялись температура снижалась до минус 272,15 Цельсия. Этого было достаточно, чтобы увидеть квантовые эффекты в твердых телах и жидкостях, но для газов нужны более низкие температуры.

Самая низкая температура, когда-либо зарегистрированная в лаборатории, была достигнута учеными из Германии в 2021 году. В эксперименте, известном как охлаждение магнитной ловушкой, газообразные частицы достигли невероятных 38 триллионных долей градуса Цельсия выше абсолютного нуля и этого было достаточно, чтобы начать наблюдать квантовые эффекты в газах. Но есть ли смысл пытаться охладить материалы еще больше? По словам Фута, в этом нет смыла, ведь ученых больше интересует наблюдение за квантовыми эффектами, чем достижение абсолютного нуля.

Пока что ученые не могут достичь более низкой температуры, чем 38 триллионных градуса выше абсолютного нуля. Ученые считают, что если даже это получится, то современные приборы не смогут точно показать это. Чтобы измерить абсолютный ноль температуры понадобится бесконечно точный термометр, а это выходит за пределы существующих измерительных систем.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист ATinform