Absolutní nula

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Tento článek pojednává o hypotetickém stavu látky. O filmu pojednává článek Absolutní nula (film).

Absolutní nula je hypotetický stav látky, ve které se zastaví veškerý tepelný pohyb částic. Absolutní nula je počátek stupnice absolutní teploty, označuje také pro termodynamickou teplotu T = 0 K, tj. – 273,15 °C.

Historie[editovat | editovat zdroj]

Absolutní nula byla poprvé navržena Guillaumem Amontonsem v roce 1702, který zkoumal vztah mezi tlakem a teplotou v plynech. Chyběly mu dostatečně přesné teploměry tak byly jeho výsledky velmi nepřesné, přesto prokázal, že tlak plynu se zvětší asi o jednu třetinu mezi “chladnou” teplotou a bodem varu vody. Jeho práce jej dovedla k teorii, že dostatečné snížení teploty by vedlo k úbytku tlaku. Problém ovšem byl, že všechny reálné plyny zkapalní během zchlazování k absolutní nule.

V roce 1848 William Thomson (lord Kelvin of Largs) navrhl termodynamickou teplotní stupnici. Toto pojetí se vymanilo z omezení plynných látek a definovalo absolutní nulu jako takovou teplotu látky, ve které již nelze odebírat žádné další teplo.

V roce 1999 bylo dosaženo dosud nejnižší teploty, pouhých 100 pK = 10−10 K, a to v systému jaderných spinů v kovovém rhodiu.[1]

V roce 2003 kolektiv vědců z Massachusettského technologického institutu v Cambridge (A.E. Leanhardt, T.A. Pasquini, M. Saba, A. Schirotzek, Y. Shin, D. Kielpinski, D.E. Pritchard a W. Ketterle) dosáhli do té doby nejnižší mechanicky dosažené teploty 450 pikokelvinů = 0,000 000 000 45 K.

Vlastnosti[editovat | editovat zdroj]

Třetí věta termodynamická tvrdí, že absolutní nuly nelze nikdy zcela dosáhnout, tj. absolutní nula je jen teoretická teplota. Lze se k ní ovšem limitně přiblížit velice blízko.

Z pohledu statistické fyziky je absolutní nula stav tělesa s nejmenší možnou (nikoliv však nutně nulovou – viz např. systém složený z kvantově mechanických harmonických oscilátorů) vnitřní energií.

Existuje celá řada systémů, jež v blízkosti absolutní nuly zcela mění chování. Typickým příkladem je Bose-Einsteinův kondenzát a s ním spojeny jevy supravodivosti a supratekutosti.

V odborné literatuře se zavádí pojem záporné termodynamické teploty. To je možné pouze u systému s omezenou vnitřní energií shora i zdola (tj. s omezeným energetickým spektrem) a konečným počtem energetických stavů. Jedná se o situaci s inverzním obsazením stavů (tj. systém má více obsazené stavy s vysokou energií než nízkou). Tato situace však neporušuje platnost třetího termodynamického zákona, neboť takový systém se chová, jako by byl teplejší, než systém s nekonečnou teplotou. Tedy posloupnost stoupajících teplot lze formálně zapsat

, kde označuje infinitezimální přírůstek teploty.

Jako příklad praktického použití inverzního obsazení stavů lze uvést laser.

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. KNUUTTILA, Tauno. Nuclear Magnetism and Superconductivity in Rhodium [online]. Helsinki: Aalto University, 2000. Dostupné online. PDF: [1]. ISBN 951-22-5214-7. (anglicky) 

Související články[editovat | editovat zdroj]