Apsolutna nula: istorija otkrića i glavna aplikacija

Fizički koncept "apsolutne nulte temperature" je veoma važan za modernu nauku: ona je usko povezana s takvim konceptom kao superprovodljivost, čija otkrića je napravila pravi furor u drugoj polovini dvadesetog veka.

Da bi shvatili šta je apsolutna nula, treba se obratiti radovima poznatih fizičara kao G. Fahrenheit, A. Celsius, J. Gay-Lussac i W. Thomson. Oni su odigrali ključnu ulogu u stvaranju osnovnih temperaturnih vaga koje su do sada korištene.

Prva temperaturna skala koju je 1714. godine predložio njemački fizičar G. Fahrenheit. Istovremeno, za apsolutnu nulu, odnosno za najnižu tačku ove skale, uzeta je temperatura mešavine, koja uključuje sneg i amonijak. Sledeći važan indikator je bila normalna temperatura ljudskog tela, koja je postala jednaka 1000. Shodno tome, svaka podela ove veličine nazvana je "Fahrenheit", a samu skalu - "Fahrenheitske vage".

Nakon 30 godina, švedski astronom A. Celsius predložio je svoju temperaturnu skalu, gdje su glavne tačke bile temperatura taljenja leda i tačke ključanja vode. Ova skala se zove "Celsius skala", ona je i dalje popularna u većini zemalja svijeta, uključujući i u Rusiji.

Tokom 1802. godine, kada je vodio svoje poznate eksperimente, francuski naučnik G. Gay-Lussac otkrio je da zapremina mase gasa pri stalnom pritisku direktno zavisi od temperature. Ali najupečatljivija stvar je to što kada je temperatura promenjena za 10 stepeni Celzijusa, zapremina gasa se povećala ili smanjila za istu količinu. Po izradi potrebnih proračuna, Gay-Lussac je utvrdio da je ova vrijednost bila 1/273 zapremine gasa na temperaturi jednaka 0C.

Iz ovog zakona sledio je zaključak koji se očekuje: temperatura jednaka -2730C, je najniža temperatura, čak i do kojeg bliskog, nemoguće je doseći. Bila je to temperatura koja se zvala "apsolutna nulta temperatura".

Štaviše, apsolutna nula postala je polazna tačka za stvaranje skale apsolutne temperature, aktivno učešće u kojem je bio engleski fizičar W. Thomson, poznat i kao Lord Kelvin.

Njegovo glavno istraživanje odnosilo se na dokaz da se telo u prirodi ne može hladiti ispod apsolutne nule. Štaviše, on je aktivno koristio drugi zakon termodinamike, stoga je apsolutna skala temperature koju je uveo 1848. godine postala poznata kao termodinamička ili "Kelvinova skala".

U narednim godinama i decenijama došlo je do samo numeričkog preciziranja pojma "apsolutna nula", koja je nakon brojnih saglasnosti postala jednaka -273.150.

Važno je napomenuti da apsolutna nula igra veoma važnu ulogu u sistemu SI. Stvar je u tome što je 1960. godine, na narednoj Generalnoj konferenciji o tegovima i merama, jedinica termodinamičke temperature - kelvin - postala jedna od šest osnovnih jedinica mjerenja. Posebno je utvrđeno da je jedan stepen Kelvina numerički jednak jednoj stepeni Celzijusa, samo ovde se referentna tačka "prema Kelvinu" smatra apsolutnom nula, odnosno -273,150S.

Osnovno fizičko značenje apsolutne nule je da, u skladu sa osnovnim fizičkim zakonima, na takvoj temperaturi energija kretanja elementarnih čestica, kao što su atomi i molekuli, je nula, iu ovom slučaju mora da se prekine bilo kakvo haotično kretanje ovih istih čestica. Na temperaturi jednakoj apsolutnoj nuli, atomi i molekuli moraju imati jasnu poziciju na glavnim tačkama kristalne rešetke, formirajući uređeni sistem.

U ovom trenutku, koristeći specijalnu opremu, naučnici su mogli da dobiju temperaturu od samo nekoliko miliona tona udela koja prelazi apsolutnu nulu. Fizički je nemoguće postići istu vrijednost zbog drugog zakona termodinamike opisanog iznad.