Absolutní nula

Technology

12 hours ago

Author

Absolutní nula je hypotetický stav látky, ve které se zastaví veškerý tepelný pohyb částic. Absolutní nula je počátek stupnice absolutní teploty, označuje také pro termodynamickou teplotu T = 0 K = −273,15 °C.

Historie

Absolutní nulu poprvé navrhl Guillaume Amontons roku 1702, když zkoumal vztah mezi tlakem a teplotou v plynech. Chyběly mu dostatečně přesné teploměry, jeho výsledky tak byly velmi nepřesné. +more Přesto prokázal, že tlak plynu se mezi „chladnou“ teplotou a bodem varu vody zvětší asi o jednu třetinu. Tato práce jej dovedla k teorii, že dostatečné snížení teploty by vedlo k úbytku tlaku. Problém ovšem byl, že se všechny reálné plyny během zchlazování k absolutní nule zkapalní.

Roku 1848 William Thomson (lord Kelvin z Largsu) navrhl termodynamickou teplotní stupnici. Toto pojetí se vymanilo z omezení plynných látek a definovalo absolutní nulu jako takovou teplotu látky, ve které již nelze odebírat žádné další teplo.

V roce 1999 bylo dosaženo dosud nejnižší teploty, pouhých 100 pK = 10−10 K, a to v systému jaderných spinů v kovovém rhodiu.

V roce 2003 kolektiv vědců z Massachusettského technologického institutu v Cambridge (A. E. +more Leanhardt, T. A. Pasquini, M. Saba, A. Schirotzek, Y. Shin, D. Kielpinski, D. E. Pritchard a W. Ketterle) dosáhli do té doby nejnižší mechanicky dosažené teploty 450 piko.

= 0,000 000 000 45 K, a to pomocí Boseho-Einsteinova kondenzátu spinově polarizovaných atomů sodíku zachycených v gravitomagnetické pasti.

Vlastnosti

Třetí termodynamický zákon říká, že absolutní nuly nelze nikdy zcela dosáhnout, absolutní nula je tedy jen teoretická teplota. Lze se k ní ovšem limitně přiblížit velice blízko.

Z pohledu statistické fyziky je absolutní nula stav tělesa s nejmenší možnou (nikoliv však nutně nulovou - viz například systém složený z kvantově mechanických harmonických oscilátorů) vnitřní energií.

Existuje celá řada systémů, jež v blízkosti absolutní nuly zcela mění chování. Typickým příkladem je Boseho-Einsteinův kondenzát a s ním spojeny jevy supravodivosti a supratekutosti.

V odborné literatuře se zavádí pojem záporné termodynamické teploty. To je možné pouze u systému s vnitřní energií omezenou shora i zdola (tedy s omezeným energetickým spektrem) a konečným počtem energetických stavů. +more Jedná se o situaci s inverzním obsazením stavů (systém má více obsazené stavy s vysokou energií než stavy s nízkou energií). Tato situace však neporušuje platnost třetího termodynamického zákona, neboť takový systém se chová, jako by byl teplejší, než systém s nekonečnou teplotou. Posloupnost stoupajících teplot lze tedy formálně zapsat takto: :0+\epsilon, kde \epsilon \, označuje infinitezimální přírůstek teploty. Jako příklad praktického použití inverzního obsazení stavů lze uvést laser.