Šta se događa na apsolutnoj nuli?

Kada se nešto ohladi na apsolutnu nulu (Kelvina), da li se elektroni i druge subatomske čestice prestaju kretati? Ili “apsolutna nula” znači samo da se kretanje zaustavlja na molekularnom nivou (za razliku od subatomskog nivoa)?

Na apsolutnoj nuli molekularno kretanje prestaje. Ali šta se događa sa elektronima, da li se i oni zaustavljaju? Ako to učine, šta ih sprečava da padnu u jezgru?

Apsolutna nula je nula stepeni na Kelvinovoj skali termometra; odgovara oko -460 stepeni Fahrenheita i -273 stepeni Celzijusa.

Ni Svemir nije tako hladan. Dugotrajni sjaj Velikog praska u prosjeku zagrijava prostor na 3 stepena Kelvina – postoje neki hladniji džepovi. Maglina Bumerang (na 1 stepen K, udaljena 5000 svjetlosnih godina) je najhladnije poznato prirodno mjesto u svemiru.

Umjetno smo spustili temperaturu atoma na Zemlji na gotovo apsolutnu nulu. Atomi blizu apsolutne nule usporavaju se od svoje normalne brzine sobne temperature. Na sobnoj temperaturi, molekuli zraka kreću se oko 1800 kilometara na sat. Na oko 10 mikro stepeni Kelvina, atomi Rubidija kreću se sa samo oko 0,18 kilometara na sat – sporije od kornjače, kaže fizičar Luis Orozco sa Univerziteta Maryland.

Ali materija ne može doseći apsolutnu nulu zbog kvantne prirode čestica. To je povezano s Heisenbergovim principom nesigurnosti (nikada ne možemo znati tačno i brzinu i položaj čestice; zapravo, što preciznije znamo njenu brzinu, manje precizno znamo njen položaj).

Ako bi atom mogao dostići apsolutnu nulu, njegova temperatura bi bila tačno nula, što podrazumijeva tačnu brzinu od nule. Ali tačno poznavanje brzine atoma znači da o njegovom položaju ne znamo baš ništa.

“Zaista ne postoji fizički opis koji dopušta [atom na] nultoj temperaturi”, e-poštom šalje fizičara Erika Ramberga iz Fermilaba. Ako bi atom mogao postići apsolutnu nulu, njegova talasna funkcija bi se proširila “preko svemira”, što znači da se atom ne nalazi nigdje. Ali to je nemoguće. Kada pokušamo sondom istražiti atom ili elektron kako bismo ih lokalizirali, tada mu dajemo određenu brzinu, a time i temperaturu koja nije nula.

Inače, atom možemo zamisliti ili kao česticu (mala biljarska kugla) ili kao val. Kako se atomi približavaju apsolutnoj nuli, njihovi se talasni oblici šire. Talasni oblik velik poput svemira može se činiti čudnim, ali razne istraživačke grupe hladile su atome tamo gdje su njihove talasne funkcije velike kao međuatomska udaljenost. Kada se to dogodi, svi atomi na toj temperaturi čine jedan veliki “super-atom”, kaže gospodin Ramberg. To se naziva Bose-Einstein kondenzat.

  1. godine, laboratorij Helsinškog tehnološkog univerziteta u Finskoj, smanjio je temperaturu nekoliko atoma čak i dalje od istraživača 1995. godine – na najhladniju temperaturu do sada dostignutu – 0,0001 mikro stepeni K. Ali atomi su nastavili vibrirati.
Share

Leave a Reply

Your email address will not be published.