Atomii Ating Temperatura Record, Mai Rece Decât Zero Absolut

{h1}

Cercetătorii arată că pot atinge temperaturi chiar mai scăzute decât zero absolut pentru un tărâm ciudat de „temperaturi negative”.

Zero absolut este adesea considerat a fi cea mai rece temperatură posibilă. Dar acum cercetătorii arată că pot atinge temperaturi chiar mai scăzute pentru un tărâm ciudat de „temperaturi negative”.

În mod ciudat, un alt mod de a privi aceste temperaturi negative este de a le considera mai fierbinți decât infinitul, au adăugat cercetătorii.

Acest avans neobișnuit ar putea duce la noi motoare care ar putea fi tehnic mai eficiente cu peste 100 la sută și arunca lumină asupra misterelor, cum ar fi energia întunecată, substanța misterioasă care se pare că ne îndepărtează universul.

Temperatura unui obiect este o măsură a cât de mult se mișcă atomii săi - cu cât este mai rece un obiect, cu atât atomii sunt mai lenti. La temperatura fizică imposibil de atins de zero kelvin, sau minus 459,67 grade Fahrenheit (minus 273,15 grade Celsius), atomii ar înceta să se miște. Ca atare, nimic nu poate fi mai rece decât zero absolut pe scara Kelvin.

Temperaturi negative Bizarro

Pentru a înțelege temperaturile negative pe care oamenii de știință au conceput-o acum, s-ar putea crede că temperatura este existentă pe o scară care este de fapt o buclă, nu liniară. Temperaturile pozitive alcătuiesc o parte a buclei, în timp ce temperaturile negative constituie cealaltă parte. Când temperaturile merg fie sub zero sau peste infinit pe regiunea pozitivă a acestei scări, acestea ajung pe teritoriul negativ. [Ce e aia? Întrebările dvs. de bază referitoare la fizică a răspuns]

Cu temperaturi pozitive, atomii ocupă mai probabil stări cu energie redusă decât stările cu energie mare, un model cunoscut sub numele de distribuția Boltzmann în fizică. Când un obiect este încălzit, atomii săi pot atinge niveluri de energie mai ridicate.

La zero absolut, atomii ar ocupa cea mai mică stare energetică. La o temperatură infinită, atomii ar ocupa toate stările energetice. Temperaturile negative sunt apoi opuse temperaturilor pozitive - atomii ocupă mai probabil stările cu energie mare decât cele cu energie scăzută.

"Distribuția Boltzmann inversată este semnul distinctiv al temperaturii absolute negative, iar acest lucru l-am obținut", a declarat cercetătorul Ulrich Schneider, fizician la Universitatea din Munchen din Germania. "Cu toate acestea, gazul nu este mai rece decât zero kelvin, ci mai fierbinte. Este chiar mai fierbinte decât la orice temperatură pozitivă - scala de temperatură pur și simplu nu se termină la infinit, ci sare în schimb la valori negative."

După cum ne putem aștepta, obiectele cu temperaturi negative se comportă în moduri foarte ciudate. De exemplu, energia de obicei curge de la obiecte cu o temperatură pozitivă mai ridicată la cele cu o temperatură pozitivă mai scăzută - adică obiectele mai fierbinți încălzesc obiecte mai reci, iar obiectele mai reci se răcesc cele mai calde, până ajung la o temperatură obișnuită. Totuși, energia va curge întotdeauna de la obiecte cu temperatură negativă la cele cu temperaturi pozitive. În acest sens, obiectele cu temperaturi negative sunt întotdeauna mai calde decât cele cu temperaturi pozitive.

O altă consecință ciudată a temperaturilor negative are legătură cu entropia, care este o măsură a cât de dezordonat este un sistem. Atunci când obiectele cu energie pozitivă eliberează temperatura, acestea cresc entropia lucrurilor din jurul lor, făcându-i să se comporte mai haotic. Cu toate acestea, atunci când obiectele cu temperaturi negative eliberează energie, acestea pot absorbi de fapt entropia.

Temperaturile negative ar fi considerate imposibile, deoarece de obicei nu există o limită superioară pentru cât de mulți atomi de energie pot avea, după cum sugerează în prezent teoria. (Există o limită la ce viteză pot călători - conform teoriei relativității lui Einstein, nimic nu poate accelera la viteze mai rapide decât lumina.)

Experiment de fizică neplăcută

Pentru a genera temperaturi negative, oamenii de știință au creat un sistem în care atomii au o limită la câtă energie pot avea. Au răcit mai întâi aproximativ 100.000 de atomi la o temperatură pozitivă de câțiva nanokelvin, sau o miliardime de kelvin. Au răcit atomii într-o cameră de vid, care i-a izolat de orice influență de mediu care ar putea să-i încălzească accidental. De asemenea, au folosit o rețea de raze laser și câmpuri magnetice pentru a controla foarte precis modul în care acești atomi s-au comportat, contribuind la împingerea lor într-un nou domeniu de temperatură. [Fizică răsucită: 7 constatări suflante]

"Temperaturile pe care le-am obținut sunt nanokelvin negative", a spus Schneider pentru WordsSideKick.com.

Temperatura depinde de cât de mulți atomi se deplasează - câtă energie cinetică au. Web-ul cu fascicule laser a creat o serie perfect ordonată de milioane de puncte luminoase de lumină, iar în acest „rețea optică”, atomii se puteau mișca în continuare, dar energia lor cinetică era limitată.

Temperatura depinde și de cât de mult au atomii de energie potențiali și de câtă energie se află în interacțiunile dintre atomi. Cercetătorii au folosit zăpada optică pentru a limita cantitatea de energie potențială a atomilor și au folosit câmpuri magnetice pentru a controla foarte bine interacțiunile dintre atomi, făcându-i fie atrăgători, fie respingători.

Temperatura este legată de presiune - cu cât este ceva mai fierbinte, cu atât se extinde mai mult spre exterior și cu cât este ceva mai rece, cu atât se contractă mai mult spre interior. Pentru a se asigura că acest gaz are o temperatură negativă, cercetătorii au fost nevoiți să-i ofere și o presiune negativă, tincând cu interacțiunile dintre atomi până când s-au atras unii pe alții decât s-au respins unul pe celălalt.

„Am creat prima stare de temperatură absolută negativă pentru particulele în mișcare”, a declarat cercetătorul Simon Braun de la Universitatea din Munchen din Germania.

Noi tipuri de motoare

Temperaturile negative ar putea fi utilizate pentru a crea motoare de căldură - motoare care transformă energia termică în lucru mecanic, cum ar fi motoarele cu combustie - care sunt mai eficiente peste 100 la sută, ceva aparent imposibil. Astfel de motoare ar absorbi nu numai energia din substanțele mai calde, ci și cele mai reci. Ca atare, munca pe care a efectuat-o motorul ar putea fi mai mare decât energia preluată din substanța mai caldă.

Temperaturile negative ar putea ajuta, de asemenea, să arunce lumină asupra unuia dintre cele mai mari mistere din știință. Oamenii de știință se așteptaseră ca atracția gravitațională a materiei să încetinească expansiunea universului după Big Bang, aducându-l în cele din urmă la un stop mort sau chiar inversându-l pentru un „Big Crunch”. Cu toate acestea, expansiunea universului pare să accelereze, creșterea accelerată pe care cosmologii sugerează că se poate datora energiei întunecate, o substanță încă necunoscută care ar putea constitui mai mult de 70 la sută din cosmos.

În același mod, presiunea negativă a gazului rece pe care au creat-o cercetătorii ar trebui să o facă să se prăbușească. Cu toate acestea, temperatura sa negativă îl împiedică să facă acest lucru. Ca atare, temperaturile negative ar putea avea paralele interesante cu energia întunecată, care ar putea ajuta oamenii de știință să înțeleagă această enigmă.

Temperaturile negative ar putea, de asemenea, arunca lumină asupra stărilor exotice ale materiei, generând sisteme care, în mod normal, ar putea să nu fie stabile fără ele. „O mai bună înțelegere a temperaturii ar putea duce la lucruri noi la care nici nu ne-am gândit încă”, a spus Schneider. „Când studiezi elementele de bază foarte amănunțit, nu știi niciodată unde s-ar putea sfârși”.

Oamenii de știință au detaliat rezultatele lor în numărul 4 de ianuarie al revistei Science.

Urmați WordsSideKick.com pe Twitter @wordssidekick. Suntem și noi Facebook.






Descoperiri Științifice

Cercetare


Science News


De Ce Soseste Solstitiul De Iarna In Aceasta Saptamana
De Ce Soseste Solstitiul De Iarna In Aceasta Saptamana

Balenii Japonezi Au Ucis 122 Balene Însărcinate Și 114 Bebeluși Vara Trecută
Balenii Japonezi Au Ucis 122 Balene Însărcinate Și 114 Bebeluși Vara Trecută

Piatra De Mormânt A Lui Gladiator Roman Descrie Greșirea Fatală
Piatra De Mormânt A Lui Gladiator Roman Descrie Greșirea Fatală

Ce Este Un Meningiom? Tumora Lui Mary Tyler Moore
Ce Este Un Meningiom? Tumora Lui Mary Tyler Moore

Există Un Orizont Cu Zero De Carbon, Cu Deșeuri Zero, Cu Mașini Zero?
Există Un Orizont Cu Zero De Carbon, Cu Deșeuri Zero, Cu Mașini Zero?


RO.WordsSideKick.com
Toate Drepturile Rezervate!
Reproducerea Oricăror Materiale Permise Prostanovkoy Doar Link-Ul Activ La Site-Ul RO.WordsSideKick.com

© 2005–2020 RO.WordsSideKick.com