VAD äR ABSOLUT NOLL?

Send

Kanadensare har inte mycket att vara stolta över, men vi kan återupptäcka dig med vår förmåga att motstå frysa kalla temperaturer. Nu bor jag på västkusten, så jag är mjuk och svag och upplever sällan temperaturer under frysning.

Men för några av mina kanadensiska bröder kan temperaturerna sjunka ner till nivåer som ditt sinne och kropp knappt kan förstå. Till exempel har jag en vän som bor i Winnipeg, Manitoba. Under en dag förra vintern sjönk temperaturen där -31C, men med vindkraften kändes det som -50C. Samma dag var det en svag -29C på Mars. På Mars!

Men för forskare och universum kan det bli mycket kallare. Så kallt, faktiskt, att de använder en helt annan temperaturskala - Kelvin - för att mäta hur långt bort saker är från den kallaste temperaturen: Absolute Zero.

På Celsius-skalan är Absolute Zero -273,15 grader. Och i Fahrenheit är det -459,67 grader. I Kelvin-skalan är det dock mycket enkelt. Absolute Zero är 0 kelvin.

Vid denna punkt kommer en vetenskaplig förklarare att snubbla in i ett minfält av felaktig användning. Det är inte 0 grader kelvin, du säger inte grader delen, bara kelvin delen. Bara kelvin.

Det beror på att när du mäter något från en godtycklig punkt, som den riktning du just har vänt, har du ändrat kurs 15-grader. Men om du mäter från en absolut punkt, som den lägsta fysiska temperaturen som definieras av naturen, tappar du graderna för det är en absolut. En absolut noll.

Självklart har jag förmodligen gjort det fel också. Det här är svårt.

Hur som helst, tillbaka till Absolute Zero.

Absolute Zero är den kallaste temperaturen som teoretiskt kan nås. Vid denna tidpunkt kan ingen värmeenergi utvinnas från ett system, inget arbete kan utföras. Det är död Jim.

Men det är helt teoretiskt. Det är praktiskt taget omöjligt att kyla ner något till Absolute Zero. För att kyla ner något måste du göra arbete för att utvinna värme från det. Ju kallare du blir, desto mer arbete behöver du göra. För att komma till Absolute Zero måste du lägga in en oändlig mängd arbete. Och det är löjligt.

Som du antagligen lärt dig i fysik eller kemi klass, översätter temperaturen på en gas till rörelsen hos partiklarna i gasen. När du kyler ner en gas, genom att utvinna värme från den, saknar partiklarna.

Du skulle då kunna tänka att genom att kyla ner något till Absolute Zero, skulle all partikelrörelse i det här något stoppa. Men det stämmer inte.

Från en kvantmekanisk synvinkel kan du aldrig veta partiklarnas position och momentum samtidigt. Om partiklarna stannade, skulle du veta deras momentum (noll) och deras position ... just där. Universum och dess fysiklagar kan bara inte tillåta att det händer. Tack Heisenbergs osäkerhetsprincip.

Därför finns det alltid lite rörelse, även om du kan komma till Absolute Zero, vilket du inte kan. Men du kan inte hämta mer värme från det.

Fysikern Robert Boyle var en av de första som övervägade möjligheten att det fanns en lägsta möjliga temperatur, vilket han kallade primal frigidum. År 1702 skapade Guillaume Amontons en termometer som han beräknade skulle hamna på -240 C. Ganska nära, faktiskt.

Men det var Lord Kelvin, som skapade denna absoluta skala 1848, med början vid -273 C, eller 0 kelvin.

Genom denna mätning, även med sin väderkylning, var Winnipeg en slem 223 kelvin på den vintriga dagen.

Plutos yta varierar å andra sidan från en låg nivå på 33 kelvin till en hög på 55 kelvin. Det är -240 till -218 C.

Den genomsnittliga bakgrundstemperaturen över hela universum är bara 2,7 kelvin. Du hittar inte många platser som är kalla, såvida du inte kommer ut till de stora kosmiska tomrum som skiljer galaxkluster.

Med tiden kommer universumets bakgrundstemperatur att fortsätta att sjunka, men den kommer aldrig att nå Absolute Zero. Till och med under Googol-år, när det sista supermassiva svarta hålet äntligen har förångats, och det inte finns någon användbar värme kvar i hela universumet.

I själva verket kallar astronomer denna dyster framtid universums ”värmedöd”. Det är värmedöd, som i, all värmes död. Och glädje.

Du kanske blir förvånad över att veta att den kallaste temperaturen i hela universumet är här på jorden. Ibland, i alla fall. Och förutsatt att utlänningarna inte har bättre teknik än oss, vilket de förmodligen gör.

När jag spelar in den här videon har fysiker använt lasrar för att kyla ner Rubidium-87-gas till bara 170 nanokelvin, en liten bråkdel över Absolute Zero. De vann faktiskt ett Nobelpris för sitt arbete med att upptäcka Bose-Einstein-kondensat.

NASA arbetar faktiskt med ett nytt experiment som kallas Cold Atom Lab som kommer att skicka en version av denna teknik till den internationella rymdstationen, där den borde kunna kyla ner material till 100 picokelvin. Det är kallt.

Här är dina takeaways. Absolute Zero är den kallaste möjliga temperaturen än någonsin nåtts, den punkt där ingen ytterligare värmeenergi kan utvinnas från ett system. Säg aldrig grader kelvin, du kommer att orsaka så mycket wincing. Universum kan inte matcha våra kalla genereringsförmågor ... ännu. Ta det universum.

Jag skulle gärna höra den kallaste temperaturen du någonsin har upplevt. För mig besökte det Buffalo i december. Det är inte rätt.