Apsolutna nula: povijest otkrića i glavna aplikacija

Fizički koncept "apsolutne nulte temperature" vrlo je važan za suvremenu znanost: usko je povezan s takvim konceptom kao supravodljivost, otkriće koje je u drugoj polovici dvadesetog stoljeća postalo pravi furor.

Da bismo shvatili što je apsolutna nula, treba se obratiti djelima poznatih fizičara kao G. Fahrenheit, A. Celsius, J. Gay-Lussac i W. Thomson. Oni su odigrali ključnu ulogu u stvaranju glavnih temperaturnih mjerila koje su dosad korištene.

Prva temperatura koja je 1714. predložila njemački fizičar G. Fahrenheit. Istodobno, za apsolutnu nulu, to jest za najnižu točku ove ljestvice, uzeta je temperatura smjese, koja je uključivala snijeg i amonijak. Sljedeći važan pokazatelj je bio normalna tjelesna temperatura osobe, koja je postala jednaka 1000. Prema tome, svaka podjela ove ljestvice nazvana je "Fahrenheit", a sama ljestvica - "Fahrenheit vage".

Nakon 30 godina, švedski astronom A. Celsius predložio je svoju temperaturu ljestvice, gdje su glavne točke bile temperatura taljenja leda i vrelište voda. Ta se mjera naziva "Celzijska ljestvica", još uvijek je popularna u većini zemalja svijeta, uključujući i Rusiju.

Godine 1802., provodeći svoje poznate eksperimente, francuski znanstvenik J. Gay-Lussac otkrio je da volumen mase plina pod stalnim tlakom izravno ovisi o temperaturi. No, najzanimljivija stvar je bila da je, kada se temperatura mijenja za 10 stupnjeva Celzija, volumen plina povećao ili smanjio za isti iznos. Nakon što je napravio potrebne proračune, Gay-Lussac je utvrdio da je ova vrijednost 1/273 volumena plina na temperaturi koja je jednaka 0ê.

Iz ovog zakona slijedilo je zaključak na čekanju: temperatura, jednaka -2730C, je najniža temperatura, čak i blizu nje, nemoguće je doći do njega. To je ta temperatura koja se zove "apsolutna nula temperatura".

Štoviše, apsolutna nula bila je polazna točka za stvaranje ljestvice apsolutne temperature, aktivno sudjelovanje u kojem je engleski fizičar W. Thomson, također poznat kao Lord Kelvin.

Njegova glavna istraživanja odnosila su se na dokaz da tijelo u prirodi ne može biti ohlađeno ispod apsolutne nulte. Pri tome je aktivno koristio drugu zakon termodinamike, stoga je apsolutna temperatura koju je uveo 1848. godine postao poznat kao termodinamička ili "Kelvinska ljestvica".

U sljedećim godinama i desetljećima bilo je samo numeričko usavršavanje pojma "apsolutna nula", koja je nakon brojnih odobrenja počela smatrati jednakom -273.150.

Također je vrijedno napomenuti da apsolutna nula igra vrlo važnu ulogu SI sustav. Stvar je u tome što je 1960. godine na redovitoj Općoj konferenciji o utezi i mjerama jedinica termodinamičke temperature - kelvina - postala jedna od šest osnovnih mjernih jedinica. Posebno je propisano da je jedan stupanj Kelvina brojčano jednak jedan stupanj Celzija, Općenito se pretpostavlja da je referentna točka "prema Kelvinu" apsolutna nula, tj. -273.150ê.

Osnovno fizičko značenje apsolutne nulte je da, prema osnovnim fizičkim zakonima, na takvoj temperaturi energija gibanja elementarnih čestica, kao što su atomi i molekule, je nula, a u tom slučaju mora se zaustaviti bilo kakvo kaotično gibanje tih iste čestice. Na temperaturi koja je jednaka apsolutnoj nuli, atomi i molekule moraju zauzeti jasan položaj u glavnim točkama kristalne rešetke, stvarajući naručeni sustav.

U današnje vrijeme, koristeći posebnu opremu, znanstvenici su uspjeli postići temperaturu od samo nekoliko milijuntina djelića veće od apsolutne nula. Fizički je nemoguće postići istu vrijednost zbog drugog zakona termodinamike opisane gore.