なぜ絶対零度に到達できないのでしょうか? 絶対零度：発見の歴史と主な応用。

絶対零度（通常はゼロ）とは何ですか？ この温度は実際に宇宙のどこかに存在するのでしょうか? 何かを絶対零度まで冷却できるでしょうか？ 実生活? 寒波に打ち勝つことができるかどうか疑問に思っているなら、極寒の地を探検してみましょう...

絶対零度（通常はゼロ）とは何ですか？ この温度は実際に宇宙のどこかに存在するのでしょうか? 現実世界で何かを絶対零度まで冷却することはできるのでしょうか? 寒波に打ち勝つことができるかどうか疑問に思っているなら、極寒の地を探検してみましょう...

物理学者でなくても、おそらく温度の概念についてはよく知っているでしょう。 温度は、材料の内部ランダムエネルギーの量の尺度です。 「内部」という言葉は非常に重要です。 雪玉を投げると、主な動きはかなり速くなりますが、雪玉はかなり冷たいままです。 一方、部屋の周りを飛び回っている空気分子に注目してみると、普通の酸素分子は時速数千キロメートルで飛び立っています。

それに関して私たちは通常沈黙を守ります 技術的な詳細したがって、特に専門家にとっては、温度がわずかに高いことに注意してください。 複雑なこと私たちが言ったよりも。 温度の本当の定義には、エントロピー (より明確な言葉が必要な場合は無秩序) の各単位にどれだけのエネルギーを費やす必要があるかが関係します。 しかし、細かいことは省いて、氷の中のランダムな空気や水分子の移動や振動が、温度が下がるにつれてますます遅くなるという事実に注目してみましょう。

絶対零度は、摂氏 -273.15 度、華氏 -459.67 度、単に 0 ケルビンの温度です。 これは、熱の動きが完全に停止する点です。

すべてが停止しますか？

この問題の古典的な考察では、すべては絶対零度で停止しますが、量子力学の恐るべき顔が角を曲がったところから覗くのはこの瞬間です。 多くの物理学者の血を汚した量子力学の予測の 1 つは、粒子の正確な位置や運動量を完全な確実性で測定することは決してできないというものです。 これはハイゼンベルクの不確定性原理として知られています。

密封された部屋を絶対零度まで冷却できたら、奇妙なことが起こるでしょう（これについては後で詳しく説明します）。 気圧はほぼゼロまで低下し、通常、気圧は重力に逆らうため、空気は床上で非常に薄い層に崩壊します。

しかし、それでも、個々の分子を測定できれば、興味深いことがわかるでしょう。それらは振動し、回転しており、わずかな量子的不確実性が働いているだけです。 i に点を付けると、絶対零度で二酸化炭素分子の回転を測定すると、酸素原子が時速数キロメートルで炭素の周りを飛び回ることがわかります。これは、思ったよりもはるかに速い速度です。

会話は行き止まりに達します。 量子の世界について話すとき、動きはその意味を失います。 これらのスケールでは、すべてが不確実性によって定義されるため、粒子が静止しているわけではなく、静止しているかのように粒子を測定することは決してできないだけです。

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どこまで下げることができますか？

絶対零度の追求は、光速の追求と本質的に同じ問題に直面する。 光の速度に達するには無限のエネルギーが必要であり、絶対零度に達するには無限の熱を取り出す必要があります。 どちらかと言えば、これらのプロセスはどちらも不可能です。

私たちは絶対零度の実際の状態にまだ到達していないにもかかわらず、それに非常に近づいています（ただし、この場合の「非常に」は非常に大雑把な概念です。童謡のようなものです。2、3、4、4、1 つ）半分、紐の上に4つ、間髪入れずに4つ、5つ）。 最も 低温地球上でこれまでに記録されたものは、1983年に南極で摂氏-89.15度（184K）で記録されました。

もちろん、子供らしく涼しくなりたい場合は、宇宙の深部に飛び込む必要があります。 宇宙全体が放射線の残骸で満たされています。 ビッグバン、宇宙の最も空いた領域では - 2.73ケルビン、これは1世紀前に地球上で得ることができた液体ヘリウムの温度よりわずかに低いです。

しかし、低温物理学者は凍結光線を使用して技術を次のレベルに引き上げています。 新しいレベル。 凍結光線がレーザーの形をとることを知ると驚かれるかもしれません。 しかし、どうやって？ レーザーは燃えるはずです。

すべて真実ですが、レーザーには究極とも言える特徴が 1 つあります。それは、すべての光が 1 つの周波数で放射されるということです。 通常の中性原子は、周波数が正確に調整されない限り、光とまったく相互作用しません。 原子が光源に向かって飛行すると、光はドップラー シフトを受け、より高い周波数に達します。 原子は、吸収できる光子エネルギーよりも少ない量の光子エネルギーを吸収します。 したがって、レーザーを低く調整すると、高速で移動する原子が光を吸収し、ランダムな方向に光子を放出することで、平均して少しエネルギーが失われます。 このプロセスを繰り返すと、ガスを 1 ナノケルビン (10 億分の 1 度) 未満の温度まで冷却できます。

すべてがより極端なトーンを帯びます。 世界最低気温記録は、絶対零度から10億分の1未満です。 このトラップ原子を実現するデバイスは、 磁場。 「温度」は原子そのものではなく、原子核のスピンに依存します。

さて、正義を取り戻すには、少し創造力を働かせる必要があります。 私たちが通常、何かが 10 億分の 1 度まで凍結することを想像すると、おそらく空気の分子さえもその場で凍結するイメージを思い浮かべることでしょう。 原子の裏側を凍結する破壊的な終末装置を想像することさえできます。

結局のところ、本当に低温を体験したいのであれば、待つしかありません。 約 170 億年後、宇宙の背景放射線は 1K まで冷えます。 950億年後には温度は約0.01Kになります。 4,000億年後には、深宇宙は地球上で最も寒い実験と同じくらい寒くなり、その後はさらに寒くなるでしょう。

なぜ宇宙がこれほど急速に冷却しているのか疑問に思っているなら、私たちの古い友人であるエントロピーと暗黒エネルギーに感謝してください。 宇宙は加速モードにあり、永遠に続く指数関数的成長の時代に入っています。 物事はすぐに凍ってしまいます。

私たちは何を気にするのでしょうか？

もちろん、これらすべては素晴らしいことですが、記録を破ることも素晴らしいことです。 しかし、一体何の意味があるのでしょうか？ まあ、勝者としてだけでなく、低温を理解するのに十分な理由がたくさんあります。

からの良い人たち 国立研究所たとえば、私たちがやりたいのは、標準やテクノロジーです。 クールな時計。 時間の基準はセシウム原子の周波数などに基づいています。 セシウム原子が動きすぎると測定値に不確実性が生じ、最終的には時計の誤作動を引き起こします。

しかし、特に科学的な観点からより重要なことは、材料は極度の低温では異常な挙動を示すということです。 たとえば、レーザーが同じ周波数と位相で互いに同期した光子で構成されているのと同じように、ボース アインシュタイン凝縮として知られる物質を作成できます。 その中ではすべての原子が同じ状態にあります。 あるいは、各原子が個性を失い、全体が 1 つのヌル超原子として反応するアマルガムを想像してください。

非常に低い温度では、多くの材料が超流動体になります。つまり、粘性がまったくなくなり、極薄の層を積み重ね、最小限のエネルギーを達成するために重力に逆らうことさえできます。 また、低温では多くの材料が超電導になり、電気抵抗がなくなります。

超伝導体は、金属内部で外部磁場を完全に打ち消すような方法で外部磁場に応答することができます。 その結果、低温と磁石を組み合わせて、浮遊のようなものを得ることができます。

なぜ絶対零度は存在するのに、絶対最大値は存在しないのでしょうか?

もう一方の極端な例を見てみましょう。 温度が単にエネルギーの尺度である場合、原子が光の速度にどんどん近づいていると単純に想像できます。 これが永遠に続くわけがないですよね？

簡単に言うと、「分かりません」です。 文字通り無限の温度のようなものが存在する可能性はありますが、もし絶対的な限界があるならば、若い宇宙はそれが何であるかについて非常に興味深い手がかりを提供します。 最も 熱これまで（少なくとも私たちの宇宙には）存在していたのは、おそらくいわゆる「プランク時間」に起こったことでしょう。

重力が量子力学から分離され、物理学がまさに現在のものになったのは、ビッグバンから 10^-43 秒後の瞬間でした。 当時の温度は約 10^32 K でした。これは太陽内部のセプティリオン倍の温度です。

繰り返しになりますが、これが最高気温であるかどうかはまったくわかりません。 プランクの時代には宇宙の大きなモデルさえなかったので、宇宙がそのような状態に沸騰したのかどうかさえわかりません。 いずれにせよ、私たちは絶対熱よりも絶対零度に何倍も近づいています。

温度スケールの主要点としての氷の融解点と沸騰水の点の選択は完全に任意です。 このようにして得られた温度スケールは、理論的研究には不便であることが判明しました。

ケルビンは、熱力学の法則に基づいて、温度測定体の性質や選択した温度測定パラメータとは完全に独立した、いわゆる絶対温度スケール (現在は熱力学温度スケールまたはケルビン スケールと呼ばれています) を構築することに成功しました。 しかし、そのような規模を構築する原則は学校のカリキュラムを超えています。 他の考慮事項を使用してこの問題を見ていきます。

式 (2) は 2 つのことを意味します。 可能な方法温度スケールの確立: 一定の体積における特定量のガスの圧力の変化、または一定の圧力における体積の変化を使用します。 このスケールはと呼ばれます 理想ガス温度スケール.

式 (2) によって決定される温度は次のように呼ばれます。 絶対温度。 絶対温度 Τ 式 (2) の左辺には明らかに正の量があるため、負にすることはできません (より正確には、負にすることはできません) さまざまな兆候、それは正または負のいずれかになります。 それは定数の符号の選択に依存します k。 三重点の温度は正であるとみなされることが合意されているため、絶対温度は正のみとなります)。 したがって、可能な最低温度値は、 T= 0 は、圧力または体積がゼロのときの温度です。

一定の圧力で理想気体の圧力が一定の体積で消失する、または理想気体の体積がゼロになる傾向にある（つまり、気体が「点」に圧縮される）限界温度を、と呼びます。 絶対零度。 これは自然界の最低気温です。

式 (3) から、 \(~\mathcal h W_K \mathcal i = \frac(m_0 \mathcal h \upsilon^2 \mathcal i)(2)\) を考慮すると、絶対ゼロの物理的意味は次のようになります。 絶対零度 - 分子の熱並進運動が停止する温度。 絶対零度は達成不可能です。

国際単位系 (SI) では、絶対熱力学温度スケールが使用されます。 絶対零度は、このスケールのゼロ温度と見なされます。 2 番目の基準点は、水、氷、飽和蒸気が動的平衡にある温度、いわゆる三重点です (摂氏スケールでは三重点の温度は 0.01 °C)。 ケルビン (1 K で表される) と呼ばれる絶対温度の各単位は、摂氏 1 度に相当します。

ガス温度計の電球を溶けた氷に浸し、その後通常の熱湯に浸すことによって 大気圧、2番目のケースのガス圧力は最初のケースの1.3661倍であることがわかりました。 これを考慮して式 (2) を使用すると、氷の融解温度が次のように求められます。 T 0 = 273.15 K。

実際、温度について式 (2) を書いてみましょう。 T 0 氷が溶けて水が沸騰する温度 ( T 0 + 100):

\(~\frac(p_1V)(N) = kT_0 ;\) \(~\frac(p_2V)(N) = k(T_0 + 100) .\)

2 番目の方程式を最初の方程式で割ると、次のようになります。

\(~\frac(p_2)(p_1) = \frac(T_0 + 100)(T_0) .\)

\(~T_0 = \frac(100)(\frac(p_2)(p_1) - 1) = \frac(100)(1.3661 - 1) = 273.15 K.\)

図 2 に、摂氏スケールと熱力学スケールの概略図を示します。

絶対零度は、-273.15 °C の温度に対応します。

絶対零度は実際には達成できないと考えられています。 温度スケール上のその存在と位置は、観察された物理現象の外挿から導き出され、そのような外挿は、絶対零度では、物質の分子と原子の熱運動のエネルギーはゼロに等しいはずであること、つまり粒子のカオス的な運動を示します。停止し、それらは規則正しい構造を形成し、結晶格子のノード内の明確な位置を占めます。 しかし、実際には、絶対零度であっても、物質を構成する粒子の規則的な運動は残ります。 ゼロ点振動などの残りの振動は、粒子の量子特性と粒子を取り囲む物理的な真空に起因します。

現在、物理実験室では、絶対零度を数百万分の 1 度だけ超える温度を得ることが可能です。 熱力学の法則によれば、それ自体を達成することは不可能です。

ノート

文学

• G.バーミン。 絶対零度への突撃。 - M.: 『児童文学』、1983 年。

こちらも参照

ウィキメディア財団。 2010年。

他の辞書で「絶対零度」が何であるかを調べてください。

温度、熱力学温度スケールの温度の原点 (熱力学温度スケールを参照)。 絶対零度は、それが認められている水の三重点 (「三重点」を参照) の温度より 273.16 °C 低い位置にあります。 百科事典

温度、熱力学温度スケールにおける温度の原点。 絶対零度は、水の三重点温度 (0.01℃) より 273.16℃ 低い位置にあります。 絶対零度は根本的に達成不可能であり、温度はほぼその温度に達しています... ... 現代の百科事典

温度は、熱力学温度スケール上の温度の開始点です。 絶対零度は、水の三重点の温度より 273.16 ℃低い位置にあり、その値は 0.01 ℃です。 絶対零度は基本的に達成不可能です（参照... ... 大百科事典

熱がないことを表す温度は218℃です。 外来語、ロシア語に含まれます。 パブレンコフ F.、1907。絶対零度温度 (物理的) - 可能な最低温度 (273.15°C)。 大辞典… … ロシア語外来語辞典

絶対零度- 分子の熱運動が停止する極低温。ケルビンスケールでは、絶対零度 (0°K) は –273.16±0.01°C に相当します。 地理辞典

名詞、同義語の数: 15 ラウンドゼロ (8) 小人 (32) 雑魚 ... 同義語辞典

分子の熱運動が停止する極度の低温。 ボイル・マリオットの法則によれば、理想気体の圧力と体積は次のようになります。 ゼロに等しい、ケルビンスケールでの絶対温度の始まりは次のようになります... ... 生態辞典

絶対零度- - [A.S. ゴールドバーグ。 英語 ロシア語 エネルギー辞典。 2006] エネルギートピック全般 EN ゼロポイント ... 技術翻訳者向けガイド

絶対温度基準の始まり。 273.16°C に相当します。現在、物理実験室では、絶対零度をわずか数百万分の 1 度上回る温度を得ることが可能であり、法律に従ってその温度を達成することは可能です。 ... ... コリアーの百科事典

絶対零度- 絶対状態ステータスは、標準的なメトロロジア アピブレジティス テルモディミナミンの温度、アツカイトス プラジア、エスティ 273.16 K žemiau vandens trigubojo taško に基づいています。 タイ 273.16 °C、459.69 °F アルバ 0 K 温度。 活動内容: 英語… … ペンキアカルビス アイシュキナマシス メトロロジホス ターミンシュ ジョディナス

絶対零度- T sritis chemija apibrėžtis Kelvino skalės nulis としての absoliutusis nulis status (−273.16 °C)。 アティティクメニス：英語。 絶対零度ラス。 絶対零度... ケミホス ターミンシュ アイシュキナマシス ジョディナス

「絶対零度温度」という物理的概念は、 現代科学とても 重要それと密接に関係しているのが超伝導の概念であり、その発見は 20 世紀後半に大きなセンセーションを巻き起こしました。

絶対零度とは何かを理解するには、これらの作品を参照する必要があります。 有名な物理学者、G. ファーレンハイト、A. セルシウス、J. ゲイ＝リュサック、W. トムソンなど。 これらは、現在でも使用されている主要な温度スケールの作成において重要な役割を果たしました。

彼の温度スケールを最初に提案したのは、1714 年にドイツの物理学者 G. ファーレンハイトでした。 同時に、雪とアンモニアを含む混合物の温度は絶対零度、つまりこのスケールの最低点とみなされました。 次に重要な指標は、どれが1000に等しくなるかということでした。したがって、この目盛の各目盛りを「華氏度」と呼び、目盛り自体を「華氏目盛」と呼びました。

30 年後、スウェーデンの天文学者 A. セルシウスは、氷と水の融解温度を主要なポイントとした独自の温度スケールを提案しました。 このスケールは「摂氏スケール」と呼ばれ、ロシアを含む世界のほとんどの国で今でも人気があります。

1802 年、フランスの科学者 J. ゲイ＝リュサックは、有名な実験を行っているときに、一定圧力における気体の体積が温度に直接依存することを発見しました。 しかし、最も興味深いのは、温度が 10 摂氏変化すると、ガスの体積が同じ量だけ増加または減少したことです。 必要な計算を行った後、ゲイ・リュサックは、この値が 0℃ のガスの体積の 1/273 に等しいことを発見しました。

この法則は明らかな結論を導き出しました。-2730℃に等しい温度が最低温度であり、たとえこれに近づいたとしても、その温度に到達することは不可能です。 この温度を「絶対零度」といいます。

また、絶対零度は、 出発点絶対温度スケールを作成するには、 積極的な参加この会議には、ケルビン卿としても知られる英国の物理学者 W. トムソンが出席しました。

彼の主な研究は、自然界のいかなる物体も絶対零度以下に冷却できないことを証明することでした。 同時に、彼は 2 番目の温度スケールを積極的に使用したため、1848 年に導入した絶対温度スケールは、熱力学または「ケルビン スケール」と呼ばれるようになりました。

その後数年、数十年が経ち、「絶対零度」の概念が数値的に明確になっただけで、多くの合意を経て、摂氏 -273.150 度に等しいと考えられるようになりました。

絶対零度が非常に重要な役割を果たしているということも注目に値します。重要なのは、1960 年の次の度量衡総会で、熱力学的温度の単位であるケルビンが 6 つの基本測定単位の 1 つになったことです。 。 同時に、1 ケルビンは数値的には 1 に等しいと特別に規定されましたが、「ケルビンによる」基準点は通常絶対零度、つまり -273.150℃ とみなされます。

絶対ゼロの主な物理的意味は、基本的な物理法則によれば、そのような温度では、原子や分子などの素粒子の運動エネルギーがゼロであり、この場合、これらの同じ粒子のカオス的な運動はゼロであるということです。やめてください。 絶対零度に等しい温度では、原子と分子は結晶格子の主要な点で明確な位置を占め、秩序だったシステムを形成する必要があります。

今日、科学者は特別な装置を使用して、絶対零度よりわずか数ppm高い温度を得ることができました。 前述の熱力学第 2 法則により、この値自体を達成することは物理的に不可能です。

絶対零度 (absolute zero) - 水の三重点 (氷、水、水蒸気の 3 相の平衡点) より 273.16 K 低い位置から始まる絶対温度の始まり。 絶対零度では分子の動きが止まり、運動が「ゼロ」の状態になります。 または: 物質が熱エネルギーを含まない最低温度。

絶対零度 始める絶対温度の読み取り。 -273.16℃に相当します。 現在、物理実験室では絶対零度をわずか数百万分の1度超える温度を得ることが可能ですが、熱力学の法則によれば、それを達成することは不可能です。 絶対零度では、システムは可能な限りエネルギーが低い状態になり (この状態では、原子と分子は「ゼロ」振動を実行します)、エントロピーがゼロになります (ゼロ)。 障害）。 絶対零度の点における理想気体の体積はゼロに等しくなければなりません。この点を決定するには、実際のヘリウム ガスの体積を次のように測定します。 一連低圧 (-268.9 °C) で液化するまで温度を下げ、液化しない場合のガスの体積がゼロになる温度を推定します。 絶対温度 熱力学スケールはケルビンで測定され、記号 K で示されます。 絶対 熱力学スケールと摂氏スケールは単に互いにオフセットされており、比率 K = °C + 273.16 ° によって関連付けられています。

話

「温度」という言葉は、人々がより熱い物体には熱があると信じていた時代に生まれました。 大量特別な物質 - 加熱されていないものよりもカロリーが高い。 したがって、温度は身体物質とカロリーの混合物の強度として認識されました。 このため、お酒の強さと温度の単位は同じ「度」と呼ばれます。

温度は分子の運動エネルギーであるため、エネルギー単位 (つまり、ジュール単位の SI 系) で測定するのが最も自然であることは明らかです。 ただし、温度測定は分子動力学理論が確立されるずっと前から始まっているため、実際のスケールでは従来の単位である度で温度が測定されます。

ケルビンスケール

熱力学ではケルビン スケールを使用します。このスケールでは、温度は絶対零度 (理論的に可能な物体の内部エネルギーの最小値に対応する状態) から測定され、1 ケルビンは絶対零度から三重点までの距離の 1/273.16 に等しくなります。水（氷、水、水のペアが平衡にある状態）。 ボルツマン定数は、ケルビンをエネルギー単位に変換するために使用されます。 キロケルビン、メガケルビン、ミリケルビンなどの派生単位も使用されます。

摂氏

日常生活では摂氏スケールが使用されます。0 は大気圧における水の凝固点、100 度は水の沸点です。 水の凝固点と沸点は明確に定義されていないため、現在、摂氏スケールはケルビン スケールを使用して定義されています。摂氏度はケルビンに等しく、絶対零度は -273.15 °C とみなされます。 私たちの地球上では水が非常に一般的であり、私たちの生活が水に基づいているため、摂氏スケールは実際に非常に便利です。 摂氏ゼロ度は気象学にとって特別なポイントです。 大気中の水すべてを大きく変えます。

華氏

イギリス、特にアメリカでは華氏スケールが使用されます。 このスケールでは、温度自体からの間隔を 100 度に分割します。 寒い冬華氏が住んでいた街で、ある温度まで 人体。 摂氏 0 度は華氏 32 度、華氏 1 度は摂氏 5/9 度に相当します。

華氏スケールの現在の定義は次のとおりです。華氏スケールは、1 度 (1 °F) が大気圧での水の沸点と氷の融解温度の差の 1/180 に等しい温度スケールです。氷の融点は+32°Fです。 華氏スケールの温度は、比率 t °C = 5/9 (t °F - 32)、1 °F = 5/9 °C によって摂氏スケール (t °C) の温度に関係します。 1724 年に G. ファーレンハイトによって提案されました。

レオミュールスケール

1730 年に R. A. レオミュールによって提案され、彼が発明したアルコール温度計について説明されました。

単位はレオミュール度 (°R) で、1 °R は基準点間の温度間隔 (氷の融点 (0 °R) と水の沸点 (80 °R)) の 1/80 に等しくなります。

1°R = 1.25°C。

現在、この秤は使われなくなったが、著者の故郷であるフランスでは最も長く存続していた。

温度スケールの比較

人間の正常な体温は 36.6 °C ±0.7 °C、または 98.2 °F ±1.3 °F です。 一般的に引用される 98.6 °F という値は、19 世紀のドイツの値 37 °C を華氏に正確に変換したものです。 この値は範囲外であるため、 常温による 現代のアイデア、過剰な（不正確な）精度が含まれていると言えます。 この表の一部の値は四捨五入されています。

華氏と摂氏のスケールの比較

(の- 華氏スケール、 ℃- 摂氏スケール)

摂氏をケルビンに変換するには、次の式を使用する必要があります。 T=t+T0ここで、T はケルビン単位の温度、t は摂氏温度、T 0 =273.15 ケルビンです。 摂氏温度の大きさはケルビンに等しい。