HVA ER ABSOLUTT NULL?

Send

Kanadiere har ikke mye å være stolte av, men vi kan kaste deg ut igjen med vår evne til å motstå iskaldt temperatur. Nå bor jeg på vestkysten, så jeg er myk og svak, og opplever sjelden temperaturer under iskaldt.

Men for noen av de kanadiske brødrene mine kan temperaturene dyppe ned til nivåer som sinn og kropp knapt kan forstå. For eksempel har jeg en venn som bor i Winnipeg, Manitoba. For en dag i fjor vinter, dyppet temperaturene der -31C, men med vindstyrken føltes det som -50C. Samme dag var det en skånsom -29C på Mars. På Mars!

Men for forskere og universet kan det bli mye mye kaldere. Så kaldt, faktisk at de bruker en helt annen temperaturskala - Kelvin - for å måle hvor langt ting er fra den kaldeste mulige temperaturen: Absolute Zero.

På Celsius-skalaen er Absolute Zero -273,15 grader. Og i Fahrenheit er det -459,67 grader. I Kelvin-skalaen er det imidlertid veldig enkelt. Absolute Zero er 0 kelvin.

På dette tidspunktet vil en vitenskapsforklarer snuble inn i et minefelt for feil bruk. Det er ikke 0 grader kelvin, du sier ikke grader del, bare kelvin del. Bare kelvin.

Dette skyldes at når du måler noe fra et vilkårlig punkt, som retningen du nettopp snudde, har du endret kurs 15-grader. Men hvis du måler fra et absolutt punkt, som den laveste fysiske temperaturen definert av naturen, slipper du grader fordi det er et absolutt. En absolutt null.

Selvfølgelig har jeg sannsynligvis gjort det galt også. Dette er vanskelig.

Uansett, tilbake til Absolute Zero.

Absolute Zero er den kaldeste mulige temperaturen som teoretisk sett kan nås. På dette tidspunktet kan ingen varmeenergi utvinnes fra et system, ingen arbeid kan utføres. Den er død Jim.

Men det er helt teoretisk. Det er praktisk talt umulig å avkjøle noe til Absolute Zero. For å avkjøle noe, må du gjøre arbeid for å hente ut varmen fra det. Jo kaldere du blir, jo mer arbeid må du gjøre. For å komme til Absolute Zero, må du legge inn en uendelig mengde arbeid. Og det er latterlig.

Som du sannsynligvis har lært i fysikk eller kjemi, vil temperaturen på en gass oversette til bevegelsen til partiklene i gassen. Når du kjøler ned en gass, ved å trekke ut varme fra den, bremser partiklene.

Du vil da tro at ved å kjøle ned noe til Absolute Zero, vil all partikkelbevegelse i at noe stoppe. Men det stemmer ikke.

Fra et kvantemekanisk synspunkt kan du aldri vite partikkelenes posisjon og momentum samtidig. Hvis partiklene stoppet, ville du kjenne til momentumet deres (null) og deres posisjon… akkurat der. Universet og dets fysiske lover kan bare ikke la det skje. Takk Heisenbergs usikkerhetsprinsipp.

Derfor er det alltid litt bevegelse, selv om du kan komme til Absolute Zero, noe du ikke kan. Men du kan ikke hente ut mer varme fra den.

Fysikeren Robert Boyle var en av de første som vurderte muligheten for at det var en lavest mulig temperatur, som han kalte primum frigidum. I 1702 opprettet Guillaume Amontons et termometer som han beregnet skulle bunnen på -240 C. Ganske tett, faktisk.

Men det var Lord Kelvin, som skapte denne absolutte skalaen i 1848, starter ved -273 C, eller 0 kelvin.

Ved denne målingen, selv med sin vindmølle, var Winnipeg en lun 223 kelvin på den vinterdag.

Overflaten på Pluto varierer derimot fra et lavt nivå på 33 kelvin til et høyt på 55 kelvin. Det er -240 C til -218 C.

Den gjennomsnittlige bakgrunnstemperaturen over hele universet er bare 2,7 kelvin. Du vil ikke finne mange steder som er kalde, med mindre du kommer ut til de enorme kosmiske hulrommene som skiller galakse klynger.

Over tid vil bakgrunnstemperaturen til universet fortsette å synke, men den vil faktisk aldri nå Absolute Zero. Selv i Googol-år, når det siste supermassive sorte hullet endelig har fordampet, og det ikke er brukbar varme igjen i hele universet.

Faktisk kaller astronomer denne dystre fremtiden universets "hetedød". Det er varmedød, som i, all varmes død. Og lykke.

Du kan bli overrasket over å vite at den kaldeste temperaturen i hele universet er her på jorden. Noen ganger, uansett. Og forutsatt at romvesenene ikke har bedre teknologi enn oss, noe de sannsynligvis gjør.

På det tidspunktet jeg spiller inn denne videoen, har fysikere brukt lasere for å kjøle ned Rubidium-87-gass til bare 170 nanokelvin, en liten brøkdel over Absolute Zero. Faktisk vant de en Nobelpris for sitt arbeid med å oppdage Bose-Einstein kondensater.

NASA jobber faktisk med et nytt eksperiment kalt Cold Atom Lab som vil sende en versjon av denne teknologien til den internasjonale romstasjonen, hvor den skal kunne avkjøle materiale ned til 100 picokelvin. Det er kaldt.

Her er dine takeaways. Absolute Zero er den kaldeste mulige temperaturen enn noensinne kan oppnås, det punktet hvor ingen ytterligere varmeenergi kan utvinnes fra et system. Si aldri grader kelvin, du vil føre til så mye vinding. Universet kan ikke samsvare med våre kalde generasjonsevner ... ennå. Ta det universet.

Jeg vil gjerne høre den kaldeste temperaturen du noen gang har opplevd. For meg besøkte det Buffalo i desember. Det er ikke riktig.