Какво е абсолютна нула и възможно ли е да я постигнем

А бсолютната нула е най-ниската теоретична температура, която учените са определили като минус 459,67 градуса по Фаренхайт ( или минус 273,15 градуса по Целзий). Това е дори по-студено от атмосферата в Космоса.  

Досега нищо, което познаваме, не е достигнало абсолютната нула. Но възможно ли е дори да се постигне този смразяващ етап? 

За да отговорим на този въпрос, нека проучим какво всъщност е температурата.  

Склонни сме да мислим за температурата като за това колко горещо или студено е нещо, но всъщност тя е мярка за енергията или вибрациите на всички частици в системата. Горещите предмети имат повече енергия, така че техните частици могат да вибрират по-бързо. Точката, в която частиците нямат никаква енергия - и следователно спират да се движат - е това, което се определя като абсолютна нула. 

Учените се интересуват от достигането на тези ниски температури, защото се появяват доста интересни квантови ефекти, когато частиците се забавят. Фундаментален принцип в квантовата механика е двойствеността вълна-частица - явлението, при което частица като фотон от светлина може да се държи или като частица, или като вълна, обяснява Санкалпа Гош, теоретичен физик в Индийския технологичен институт в Делхи . 

“Когато се занимаваме с квантово-механични частици, важно е да запомните тяхната „неразличимост“ – „не е възможно да проследим частиците или вълните поотделно, както можем с по-големи обекти“, казва Гош пред Live Science.  

„Произходът на това може да бъде проследен назад до известния принцип на несигурността на Хайзенберг, който определя количествено вероятностния характер на квантово-механичното измерване. Тази вероятностна природа придава вълнообразен характер на квантовата механична частица", казва ученият.   

Is it possible to reach absolute zero? https://t.co/ECZQHlaHSA

— Sherman Bastarache (@SPBastarache) January 13, 2024

Степента на това квантово вълнообразно поведение се изразява чрез съотношението на разстоянията между частиците в системата, известно като топлинна дължина на вълната на Луи дьо Бройл. При нормални температури това квантово поведение е незначително, но започват да се появяват странни ефекти, когато частиците се охладят. 

„Това съотношение става по-голямо с понижаването на температурата, a при абсолютната нула, то се равнява на безкрайност. Квантовите явления като поток без триене, свръхпроводимост (ток, който протича без никакво съпротивление) и ултрастудена атомна кондензация се случват поради това“, каза Гош.  

Ранните експерименти през 90-те години на миналия век използваха техника, известна като лазерно охлаждане, за да започнат да изследват тези ефекти.  

„Светлината упражнява сила върху атомите, която ги забавя до сравнително ниски температури, около 1 келвин (минус 272,15 C или минус 457,87 F)“, каза Кристофър Фут, физик от Оксфордския университет.  

Най-ниската температура, регистрирана някога в лаборатория, беше постигната от група в Германия през 2021 г. Екипът пусна магнетизирани газови атоми по кула от 400 фута (120 метра), като постоянно включваше и изключваше магнитното поле, за да забави частиците до почти пълен застой. В този тип експеримент, известен като охлаждане с магнитен капан, газообразните частици достигнаха невероятните 38 пикокелвина - 38 трилионни от градуса по Целзий над абсолютната нула и доста в диапазона, за да започнат да наблюдават квантовите ефекти в газовете. 

Най-студеното място на света - как живеят на -52 градуса

Има ли смисъл да се опитваме да охлаждаме материалите още повече?  

Вероятно не, според Фут. „Ние сме много по-заинтересовани от тези квантови ефекти, отколкото от достигането на абсолютната нула. Лазерно охлажданите атоми вече се използват в атомните стандарти, които определят универсалното време и в квантовите компютри. Работата с по-ниски температури все още е на изследователски етап и хората използват тези методи за тестване на универсални физически теории“, каза той.  

Понастоящем не е възможно да се охладят тези последни 38 трилионни от градуса - и трябва да се преодолеят няколко препятствия, за да стане реалност. Всъщност, дори и да достигнем абсолютната нула, може напълно да я пропуснем поради неточни техники за измерване, смятат експертите. 

„За да измерите абсолютната нула, всъщност ще имате нужда от безкрайно точен термометър, а това е отвъд сегашните ни измервателни системи“, смята Фут.