Độ Không Tuyệt đối Là Gì?

Khoa học chứa đầy những con số 0. Ánh sáng có khối lượng bằng 0. Nơtron có điện tích bằng 0. Một điểm toán học có độ dài bằng 0. Những số 0 đó có thể không quen thuộc, nhưng chúng tuân theo một logic nhất quán. Tất cả đại diện cho sự vắng mặt của một chất lượng nào đó: khối lượng, điện tích, khoảng cách.

Sau đó là trường hợp khó hiểu về độ không tuyệt đối.

Chúng ta có xu hướng coi nóng và lạnh là những thứ tương đối. Ví dụ, một tách trà lâu năm lạnh hơn ngọn lửa trên bếp nhưng nóng hơn một cục nước đá. Độ không tuyệt đối đại diện cho nhiệt độ lạnh nhất có thể, bất chấp mô hình này so với-kia.

Kỳ lạ hơn nữa, độ không tuyệt đối thậm chí không phải là 0 trên thang nhiệt độ được sử dụng bởi các nhà không khoa học.

Nhiệt độ 0 tuyệt đối là 0 Kelvin hoăc âm 273,15 độ C hoặc âm 459,67 độ F.

Nhiệt độ không tuyệt đối là nhiệt độ tại đó Chuyển động nhiệt phân tử hầu như dừng lại.

Mục lục ẩn Làm thế nào có thể có nhiệt độ thấp nhất? Ai đã khám phá ra độ 0 tuyệt đối? Nơi nào lạnh nhất trong vũ trụ? Điều gì xảy ra khi vật chất trở nên nguội lạnh như vậy?

Làm thế nào có thể có nhiệt độ thấp nhất?

Chìa khóa để giải mã độ không tuyệt đối là hiểu nhiệt độ là gì . Nó chỉ đơn giản là một phép đo tốc độ của các nguyên tử hoặc phân tử bên trong một chất đang chuyển động – hay nói chính xác hơn là động năng trung bình của các hạt đó.

Hãy coi nó như một trò chơi dodgeball nguyên tử. Khi quả bóng chạm vào bạn, bạn cảm nhận được năng lượng của nó. Hàng nghìn tỷ nghìn tỷ cú đánh dodgeball đó, xảy ra trên một quy mô nhỏ vô hình, là những gì chúng ta cảm nhận được dưới dạng nhiệt độ.

Các nguyên tử chuyển động nhanh va đập mạnh, mà chúng ta cảm thấy như một nhiệt độ cao. Khi một vật nóng chạm vào vật lạnh, các nguyên tử nhanh hơn, nóng hơn sẽ truyền một phần vận tốc của chúng cho các nguyên tử lạnh hơn, chậm hơn. Vật nóng nguội đi. Đối tượng mát mẻ phát triển ấm hơn.

Bây giờ số 0 trong độ không tuyệt đối có ý nghĩa: Độ không tuyệt đối là nhiệt độ tại đó các hạt trong một chất về cơ bản là bất động. Không có cách nào để làm chậm chúng hơn nữa, vì vậy không thể có nhiệt độ thấp hơn.

Mọi thứ có dừng chuyển động ở độ không tuyệt đối không? Không hẳn. Nguyên tử không hoàn toàn đứng yên; chúng lung lay do kết quả của các hiệu ứng liên quan đến vật lý lượng tử . Và, tất nhiên, hoạt động bên trong mỗi nguyên tử vẫn tiếp tục cho dù nó có lạnh đi chăng nữa. Các electron tiếp tục chuyển động, cũng như proton và neutron.

Ai đã khám phá ra độ 0 tuyệt đối?

Guillaume Amontons , một nhà phát minh người Pháp bị mất thính giác từ nhỏ và không bao giờ học đại học, đã tìm ra khái niệm cơ bản vào năm 1702. Thí nghiệm của ông cho thấy áp suất không khí tỷ lệ thuận với nhiệt độ, và ông suy ra rằng có một nhiệt độ tối thiểu tại đó áp suất sẽ giảm xuống không. Anh ấy thậm chí còn đưa ra ước tính nhiệt độ đó là âm 240 độ C – rất gần với giá trị thực tế.

Năm 1848, nhà vật lý người Scotland-Ireland William Thomson, hay được gọi là Lord Kelvin , đã mở rộng công trình nghiên cứu của Amontons, phát triển cái mà ông gọi là thang nhiệt độ “tuyệt đối” áp dụng cho tất cả các chất. Anh ta đặt số 0 tuyệt đối là 0 trên thang đo của mình, loại bỏ những số âm khó sử dụng. Các nhà vật lý hiện nay dựa vào thang đo Kelvin (K) để đo nhiệt độ.

Nơi nào lạnh nhất trong vũ trụ?

Năng lượng còn sót lại từ Vụ nổ lớn (Big bang) làm ấm toàn bộ vũ trụ, giữ cho nó ở trên độ không tuyệt đối. Nhiệt độ trung bình của không gian là 2,74 Kelvin, hoặc âm 454,7 độ F.

Đáng ngạc nhiên là một số thiên thể lạnh hơn không gian trống. Một đám mây khí đang giãn nở được gọi là Tinh vân Boomerang hoạt động giống như một chiếc tủ lạnh giữa các vì sao. Với nhiệt độ khoảng 1 K, đây là vị trí tự nhiên lạnh nhất trong vũ trụ.

Nhưng con người đã làm lạnh hơn thế ngay trên Trái đất này. Năm 2003, các nhà nghiên cứu tại MIT đã sử dụng chùm tia laze để làm chậm các nguyên tử natri, làm lạnh chúng xuống một nửa phần tỷ độ so với độ không tuyệt đối. Đó vẫn là kỷ lục thế giới .

Nơi lạnh nhất ngoài Trái đất cũng là nhân tạo. Mùa hè năm ngoái, các phi hành gia đã kích hoạt một thí nghiệm có tên Phòng thí nghiệm Nguyên tử Lạnh trên Trạm Vũ trụ Quốc tế. Phòng thí nghiệm đã đạt được nhiệt độ thấp hơn 30 triệu lần so với không gian trống. Robert Thompson thuộc Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA, một trong những nhà nghiên cứu đã nghĩ ra thử nghiệm, cho biết: “Tôi đã làm việc với ý tưởng này, lặp đi lặp lại trong hơn 20 năm. “Cảm giác thật khó tin khi chứng kiến ​​nó hoạt động và vận hành”.

Điều gì xảy ra khi vật chất trở nên nguội lạnh như vậy?

Nếu Thompson nghe có vẻ phấn khích, đó là bởi vì các nguyên tử cực lạnh hoạt động theo những cách hấp dẫn và có khả năng hữu ích. Thứ nhất, chúng mất đi bản sắc riêng của mình, hợp nhất để tạo thành một trạng thái vật chất kỳ lạ được gọi là trạng thái ngưng tụ Bose-Einstein.

Thompson nói: “Chúng tôi có những người hướng tới việc sử dụng chất ngưng tụ để làm những việc thực tế như cải thiện định vị vệ tinh, trong khi những người khác đang cố gắng kiểm tra các lý thuyết cơ bản của vật lý hoặc mô phỏng vật lý của vũ trụ sơ khai,” Thompson nói.

Gần với độ không tuyệt đối, cũng có thể điều khiển các phản ứng hóa học theo những cách không thể thực hiện được trong các điều kiện khác.

Mùa xuân năm ngoái, nhà hóa học Harvard Kang-Kuen Ni đã lắp ráp một phân tử trực tiếp từ hai nguyên tử chuyển động chậm, ở nhiệt độ thấp, biến nó thành thí nghiệm hóa học nhỏ nhất từng được tiến hành. Trong những điều kiện như vậy, các hiệu ứng tinh vi của vật lý lượng tử trở nên rõ ràng để nhìn thấy. Bà nói: “Ở những nhiệt độ cực lạnh này, chúng ta thực sự có thể quan sát bản chất sóng của các nguyên tử và phân tử.

Tiếp theo, Ni hy vọng sẽ khám phá các quy tắc hóa học chưa được khám phá và thiết kế các phân tử mới. Các ứng dụng có khả năng khác của thí nghiệm độ không tuyệt đối bao gồm cảm biến và đồng hồ chính xác – thậm chí có thể là những máy tính lượng tử cực mạnh mà các công ty công nghệ vẫn hứa hẹn. Trong lĩnh vực nghiên cứu cực lạnh, bạn có thể nói rằng đáy là giới hạn.

Nguồn: nbcnews.com