Zéro absolu - (zéro absolu). Zéro absolu

La température absolue zéro correspond à 273,15 degrés Celsius en dessous de zéro, 459,67 en dessous de zéro Fahrenheit. Pour l'échelle de température Kelvin, cette température elle-même constitue le zéro.

L'essence du zéro absolu

La notion de zéro absolu vient de l’essence même de la température. Tout corps qui se libère dans le milieu extérieur pendant. Dans le même temps, la température corporelle diminue, c'est-à-dire il reste moins d’énergie. Théoriquement, ce processus peut se poursuivre jusqu’à ce que la quantité d’énergie atteigne un minimum tel que le corps ne puisse plus la restituer.
Un lointain signe avant-coureur d'une telle idée se trouve déjà chez M.V. Lomonossov. Le grand scientifique russe expliquait la chaleur par un mouvement « rotatif ». Par conséquent, le degré de refroidissement maximum correspond à un arrêt complet de ce mouvement.

Selon les concepts modernes, la température zéro absolue est la température à laquelle les molécules ont le niveau d'énergie le plus bas possible. Avec moins d'énergie, c'est-à-dire à une température plus basse, aucun corps physique ne peut exister.

Théorie et pratique

Le zéro absolu est un concept théorique ; il est en principe impossible de l’atteindre, même dans les laboratoires scientifiques dotés des équipements les plus sophistiqués. Mais les scientifiques parviennent à refroidir la substance à des températures très basses, proches du zéro absolu.

À de telles températures, les substances acquièrent des propriétés étonnantes qu'elles ne peuvent avoir dans des circonstances ordinaires. Le mercure, appelé « argent vivant » car dans un état proche du liquide, devient solide à cette température – au point qu’il peut être utilisé pour enfoncer des clous. Certains métaux deviennent cassants, comme le verre. Le caoutchouc devient tout aussi dur. Si vous frappez un objet en caoutchouc avec un marteau à une température proche du zéro absolu, il se brisera comme du verre.

Ce changement de propriétés est également associé à la nature de la chaleur. Plus la température du corps physique est élevée, plus les molécules se déplacent de manière intense et chaotique. À mesure que la température diminue, le mouvement devient moins intense et la structure devient plus ordonnée. Ainsi un gaz devient un liquide et un liquide devient un solide. Le niveau ultime de l’ordre est la structure cristalline. À des températures ultra-basses, même les substances qui restent normalement amorphes, comme le caoutchouc, l'acquièrent.

Des phénomènes intéressants se produisent également avec les métaux. Les atomes du réseau cristallin vibrent avec moins d'amplitude, la diffusion des électrons diminue et donc la résistance électrique diminue. Le métal acquiert une supraconductivité dont l'application pratique semble très tentante, bien que difficile à réaliser.

Sources :

• Livanova A. Basses températures, zéro absolu et mécanique quantique

Corps– c’est l’un des concepts fondamentaux de la physique, qui désigne la forme d’existence de la matière ou de la substance. Il s’agit d’un objet matériel caractérisé par son volume et sa masse, parfois aussi par d’autres paramètres. Le corps physique est clairement séparé des autres corps par une frontière. Il existe plusieurs types particuliers de corps physiques ; leur liste ne doit pas être comprise comme une classification.

En mécanique, un corps physique est le plus souvent compris comme un point matériel. Il s'agit d'une sorte d'abstraction dont la propriété principale est le fait que les dimensions réelles du corps peuvent être négligées pour résoudre un problème spécifique. En d’autres termes, un point matériel est un corps très spécifique qui a des dimensions, une forme et d’autres caractéristiques similaires, mais qui ne sont pas importantes pour résoudre le problème existant. Par exemple, si vous devez compter un objet sur une certaine section du chemin, vous pouvez ignorer complètement sa longueur lors de la résolution du problème. Un autre type de corps physique considéré par les mécaniciens est un corps absolument rigide. La mécanique d’un tel corps est exactement la même que celle d’un point matériel, mais elle possède en outre d’autres propriétés. Un corps absolument rigide est constitué de points, mais ni la distance entre eux ni la répartition de la masse ne changent sous les charges auxquelles le corps est soumis. Cela signifie qu'il ne peut pas être déformé. Pour déterminer la position d'un corps absolument rigide, il suffit de spécifier un système de coordonnées qui lui est attaché, généralement cartésien. Dans la plupart des cas, le centre de masse est également le centre du système de coordonnées. Il n'existe pas de corps absolument rigide, mais pour résoudre de nombreux problèmes, une telle abstraction est très pratique, bien qu'elle ne soit pas prise en compte en mécanique relativiste, car avec des mouvements dont la vitesse est comparable à la vitesse de la lumière, ce modèle démontre des contradictions internes. Le contraire d’un corps absolument rigide est un corps déformable,

Températures zéro absolu

Température zéro absolu- c'est la limite de température minimale qu'un corps physique peut avoir. Le zéro absolu sert de point de départ à une échelle de température absolue, telle que l'échelle Kelvin. Sur l'échelle Celsius, le zéro absolu correspond à une température de −273,15 °C.

On pense que le zéro absolu est inaccessible dans la pratique. Son existence et sa position sur l'échelle de température découlent de l'extrapolation des phénomènes physiques observés, et une telle extrapolation montre qu'au zéro absolu, l'énergie du mouvement thermique des molécules et des atomes d'une substance doit être égale à zéro, c'est-à-dire le mouvement chaotique des particules. s'arrête et forme une structure ordonnée, occupant une position claire dans les nœuds du réseau cristallin. Cependant, même à température nulle absolue, les mouvements réguliers des particules qui composent la matière subsisteront. Les oscillations restantes, comme les oscillations du point zéro, sont dues aux propriétés quantiques des particules et au vide physique qui les entoure.

À l'heure actuelle, dans les laboratoires de physique, il est possible d'obtenir des températures dépassant le zéro absolu de quelques millionièmes de degré seulement ; y parvenir lui-même, selon les lois de la thermodynamique, est impossible.

Remarques

Littérature

• G. Burmine. Assaut sur le zéro absolu. - M. : « Littérature jeunesse », 1983.

Voir aussi

Fondation Wikimédia.

• 2010.
• Température zéro absolu

Températures zéro absolu

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- La température zéro absolu est la limite de température minimale qu'un corps physique peut avoir. Le zéro absolu sert de point de départ à une échelle de température absolue, telle que l'échelle Kelvin. Sur l'échelle Celsius, le zéro absolu correspond à... ... Wikipédia ZÉRO ABSOLU - ZÉRO ABSOLU, la température à laquelle tous les composants du système ont la plus petite quantité d'énergie permise par les lois de la MÉCANIQUE QUANTIQUE ; zéro sur l'échelle de température Kelvin, soit 273,15°C (459,67° Fahrenheit). A cette température...

Dictionnaire encyclopédique scientifique et technique

Échelle de température absolue Température thermodynamique absolue

- Mouvement thermique chaotique sur le plan des particules de gaz telles que les atomes et les molécules. Il existe deux définitions de la température. L’un d’un point de vue cinétique moléculaire, l’autre d’un point de vue thermodynamique. Température (du latin temperatura proprement dit ... ... Wikipédia Température thermodynamique absolue

Échelle de température absolue

Qu'est-ce que le zéro absolu (généralement zéro) ? Cette température existe-t-elle réellement quelque part dans l’univers ? Pouvons-nous refroidir quoi que ce soit jusqu’au zéro absolu dans la vraie vie ? Si vous vous demandez s'il est possible de vaincre la vague de froid, explorons les confins des températures froides...

Qu'est-ce que le zéro absolu (généralement zéro) ? Cette température existe-t-elle réellement quelque part dans l’Univers ? Pouvons-nous refroidir quoi que ce soit jusqu’au zéro absolu dans la vraie vie ? Si vous vous demandez s'il est possible de vaincre la vague de froid, explorons les confins des températures froides...

Nous restons généralement silencieux lorsqu'il s'agit de détails techniques, donc juste pour les experts, nous soulignerons que la température est un peu plus compliquée que ce que nous avons dit. La véritable définition de la température implique la quantité d'énergie que vous devez dépenser pour chaque unité d'entropie (le désordre, si vous voulez un mot plus clair). Mais oublions les subtilités et concentrons-nous simplement sur le fait que des molécules aléatoires d'air ou d'eau dans la glace se déplaceront ou vibreront de plus en plus lentement à mesure que la température baisse.

Le zéro absolu est une température de -273,15 degrés Celsius, -459,67 Fahrenheit et simplement 0 Kelvin. C'est le point où le mouvement thermique s'arrête complètement.

Est-ce que tout s'arrête ?

Dans l’examen classique de la question, tout s’arrête au zéro absolu, mais c’est à ce moment-là que le terrible visage de la mécanique quantique apparaît au coin de la rue. L’une des prédictions de la mécanique quantique qui a gâché le sang de nombreux physiciens est qu’on ne peut jamais mesurer la position exacte ou l’impulsion d’une particule avec une parfaite certitude. C’est ce qu’on appelle le principe d’incertitude de Heisenberg.

Si vous pouviez refroidir une pièce scellée jusqu'au zéro absolu, des choses étranges se produiraient (nous en parlerons plus tard). La pression de l’air chuterait jusqu’à presque zéro et, comme la pression de l’air s’oppose normalement à la gravité, l’air s’effondrerait en une très fine couche sur le sol.

Mais même ainsi, si vous pouvez mesurer des molécules individuelles, vous découvrirez quelque chose d'intéressant : elles vibrent et tournent, juste un peu d'incertitude quantique à l'œuvre. Pour mettre les points sur les i, si vous mesurez la rotation des molécules de dioxyde de carbone au zéro absolu, vous constaterez que les atomes d'oxygène volent autour du carbone à plusieurs kilomètres par heure – beaucoup plus vite que vous ne le pensiez.

La conversation aboutit à une impasse. Quand on parle du monde quantique, le mouvement perd son sens. À ces échelles, tout est défini par l’incertitude, ce n’est donc pas que les particules soient stationnaires, c’est juste qu’on ne peut jamais les mesurer comme si elles étaient stationnaires.

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La poursuite du zéro absolu se heurte essentiellement aux mêmes problèmes que la poursuite de la vitesse de la lumière. Atteindre la vitesse de la lumière nécessite une quantité infinie d’énergie, et atteindre le zéro absolu nécessite l’extraction d’une quantité infinie de chaleur. Ces deux processus sont impossibles, voire impossibles.

Bien que nous n’ayons pas encore atteint l’état réel du zéro absolu, nous en sommes très proches (même si « très » dans ce cas est un concept très vague ; comme une comptine : deux, trois, quatre, quatre et un moitié, quatre sur une ficelle, quatre sur l'épaisseur d'un cheveu, cinq). La température la plus froide jamais enregistrée sur Terre a été enregistrée en Antarctique en 1983, à -89,15 degrés Celsius (184K).

Bien sûr, si l’on veut se rafraîchir de manière enfantine, il faut plonger dans les profondeurs de l’espace. L'univers entier est baigné dans les restes du rayonnement du Big Bang, dans les régions les plus vides de l'espace - 2,73 degrés Kelvin, ce qui est à peine plus froid que la température de l'hélium liquide que nous avons pu obtenir sur Terre il y a un siècle.

Mais les physiciens des basses températures utilisent les rayons de gel pour amener la technologie à un tout autre niveau. Vous serez peut-être surpris d’apprendre que les rayons gelés prennent la forme de lasers. Mais comment ? Les lasers sont censés brûler.

Tout est vrai, mais les lasers ont une caractéristique - on pourrait même dire, l'ultime : toute la lumière est émise à une seule fréquence. Les atomes neutres ordinaires n’interagissent pas du tout avec la lumière à moins que la fréquence ne soit réglée avec précision. Si un atome vole vers une source lumineuse, la lumière reçoit un décalage Doppler et atteint une fréquence plus élevée. L’atome absorbe moins d’énergie photonique qu’il ne le pourrait. Ainsi, si vous réglez le laser plus bas, les atomes se déplaçant rapidement absorberont la lumière et, en émettant un photon dans une direction aléatoire, ils perdront en moyenne un peu d'énergie. Si vous répétez le processus, vous pouvez refroidir le gaz à une température inférieure à un nanoKelvin, soit un milliardième de degré.

Tout prend un ton plus extrême. Le record mondial de température la plus basse se situe à moins d’un dixième de milliard de degrés au-dessus du zéro absolu. Les appareils qui y parviennent piègent les atomes dans des champs magnétiques. La « température » ne dépend pas tant des atomes eux-mêmes que du spin des noyaux atomiques.

Maintenant, pour rétablir la justice, nous devons faire preuve d’un peu de créativité. Lorsque nous imaginons habituellement quelque chose de gelé à un milliardième de degré, nous obtenons probablement une image de molécules d'air gelées sur place. On peut même imaginer un dispositif apocalyptique destructeur qui gèle le dos des atomes.

En fin de compte, si vous souhaitez vraiment connaître les basses températures, il n’y a qu’à attendre. Après environ 17 milliards d’années, le rayonnement de fond dans l’Univers se refroidira jusqu’à 1K. Dans 95 milliards d’années, la température sera d’environ 0,01 K. Dans 400 milliards d’années, l’espace lointain sera aussi froid que l’expérience la plus froide sur Terre, et encore plus froid par la suite.

Si vous vous demandez pourquoi l'univers se refroidit si rapidement, remerciez nos vieux amis : l'entropie et l'énergie noire. L’univers est en mode accélération, entrant dans une période de croissance exponentielle qui se poursuivra éternellement. Les choses vont geler très vite.

Qu’est-ce qui nous importe ?

Tout cela, bien sûr, est merveilleux, et battre des records est aussi agréable. Mais à quoi ça sert ? Eh bien, il existe de nombreuses bonnes raisons de comprendre les basses températures, et pas seulement en tant que gagnant.

Les gens du NIST, par exemple, aimeraient simplement créer une horloge sympa. Les normes de temps sont basées sur des éléments tels que la fréquence de l'atome de césium. Si l’atome de césium bouge trop, cela crée une incertitude dans les mesures, ce qui finira par entraîner un dysfonctionnement de l’horloge.

Mais plus important encore, surtout d’un point de vue scientifique, les matériaux se comportent de manière folle à des températures extrêmement basses. Par exemple, tout comme un laser est constitué de photons synchronisés les uns avec les autres – à la même fréquence et phase – un matériau connu sous le nom de condensat de Bose-Einstein peut être créé. Dans ce document, tous les atomes sont dans le même état. Ou imaginez un amalgame dans lequel chaque atome perd son individualité et la masse entière réagit comme un seul superatome nul.

À très basse température, de nombreux matériaux deviennent superfluides, ce qui signifie qu’ils peuvent n’avoir aucune viscosité, s’empiler en couches ultra fines et même défier la gravité pour obtenir un minimum d’énergie. De plus, à basse température, de nombreux matériaux deviennent supraconducteurs, ce qui signifie qu’il n’y a plus de résistance électrique.

Les supraconducteurs sont capables de réagir aux champs magnétiques externes de manière à les annuler complètement à l’intérieur du métal. En conséquence, vous pouvez combiner une température froide et un aimant et obtenir quelque chose comme la lévitation.

Pourquoi y a-t-il un zéro absolu, mais pas un maximum absolu ?

Regardons l'autre extrême. Si la température est simplement une mesure de l’énergie, alors nous pouvons simplement imaginer que les atomes se rapprochent de plus en plus de la vitesse de la lumière. Cela ne peut pas durer éternellement, n'est-ce pas ?

La réponse courte est : nous ne savons pas. Il est possible qu'il existe littéralement une température infinie, mais s'il existe une limite absolue, le jeune univers fournit des indices assez intéressants sur ce dont il s'agit. La température la plus élevée jamais connue (du moins dans notre univers) s'est probablement produite à l'époque de Planck.

C'est 10^-43 secondes après le Big Bang que la gravité s'est séparée de la mécanique quantique et que la physique est devenue exactement ce qu'elle est aujourd'hui. La température à cette époque était d’environ 10 ^ 32 K. C’est sept milliards de fois plus chaud que l’intérieur de notre Soleil.

Encore une fois, nous ne savons pas du tout s’il s’agit de la température la plus chaude possible. Puisque nous n’avons même pas de grand modèle de l’univers à l’époque de Planck, nous ne sommes même pas sûrs que l’univers ait atteint un tel état. Quoi qu’il en soit, nous sommes bien plus proches du zéro absolu que de la chaleur absolue.

Le zéro absolu correspond à une température de −273,15 °C.

On pense que le zéro absolu est inaccessible dans la pratique. Son existence et sa position sur l'échelle de température découlent de l'extrapolation des phénomènes physiques observés, et une telle extrapolation montre qu'au zéro absolu, l'énergie du mouvement thermique des molécules et des atomes d'une substance doit être égale à zéro, c'est-à-dire le mouvement chaotique des particules. s'arrête et forme une structure ordonnée, occupant une position claire dans les nœuds du réseau cristallin. Cependant, même à température nulle absolue, les mouvements réguliers des particules qui composent la matière subsisteront. Les oscillations restantes, comme les oscillations du point zéro, sont dues aux propriétés quantiques des particules et au vide physique qui les entoure.

À l'heure actuelle, dans les laboratoires de physique, il est possible d'obtenir des températures dépassant le zéro absolu de quelques millionièmes de degré seulement ; y parvenir lui-même, selon les lois de la thermodynamique, est impossible.

Remarques

Littérature

• G. Burmine. Assaut sur le zéro absolu. - M. : « Littérature jeunesse », 1983.

Voir aussi

Fondation Wikimédia.

Voyez ce qu'est « Zéro Absolu » dans d'autres dictionnaires :

ZÉRO ABSOLU, la température à laquelle tous les composants du système ont la plus petite quantité d'énergie permise par les lois de la MÉCANIQUE QUANTIQUE ; zéro sur l'échelle de température Kelvin, soit 273,15°C (459,67° Fahrenheit). A cette température... - ZÉRO ABSOLU, la température à laquelle tous les composants du système ont la plus petite quantité d'énergie permise par les lois de la MÉCANIQUE QUANTIQUE ; zéro sur l'échelle de température Kelvin, soit 273,15°C (459,67° Fahrenheit). A cette température...

La température est la limite minimale de température qu'un corps physique peut avoir. Le zéro absolu sert de point de départ à une échelle de température absolue, telle que l'échelle Kelvin. Sur l'échelle Celsius, le zéro absolu correspond à une température de −273... Wikipédia

TEMPÉRATURE ZÉRO ABSOLU- le début de l'échelle de température thermodynamique ; situé à 273,16 K (Kelvin) sous (voir) l'eau, c'est-à-dire égale à 273,16°C (Celsius). Le zéro absolu est la température la plus basse de la nature et pratiquement inaccessible... Grande encyclopédie polytechnique

Il s’agit de la limite de température minimale qu’un corps physique peut avoir. Le zéro absolu sert de point de départ à une échelle de température absolue, telle que l'échelle Kelvin. Sur l'échelle Celsius, le zéro absolu correspond à une température de −273,15 °C.… … Wikipédia

Le zéro absolu est la limite de température minimale qu'un corps physique peut avoir. Le zéro absolu sert de point de départ à une échelle de température absolue, telle que l'échelle Kelvin. Sur l'échelle Celsius, le zéro absolu correspond à... ... Wikipédia

Razg. Négligé Une personne insignifiante et insignifiante. FSRY, 288 ; BTS, 24 ans ; ZS 1996, 33 ...

zéro- le zéro absolu... Dictionnaire des expressions idiomatiques russes

Zéro et zéro nom, m., utilisé. comparer souvent Morphologie : (non) quoi ? zéro et zéro, pourquoi ? zéro et zéro, (voir) quoi ? zéro et zéro, quoi ? zéro et zéro, et alors ? environ zéro, zéro ; pl. Quoi? des zéros et des zéros, (non) quoi ? des zéros et des zéros, pourquoi ? des zéros et des zéros, (je vois)… … Dictionnaire explicatif de Dmitriev

Zéro absolu (zéro). Razg. Négligé Une personne insignifiante et insignifiante. FSRY, 288 ; BTS, 24 ans ; ZS 1996, 33 V zéro. 1. Jarg. ils disent Plaisanterie. fer. À propos d'une intoxication grave. Youganov, 471 ; Vakhitov 2003, 22. 2. Zharg. musique Exactement, en pleine conformité avec... ... Grand dictionnaire de dictons russes

absolu- absurdité absolue, autorité absolue, impeccabilité absolue, désordre absolu, fiction absolue, immunité absolue, leader absolu, minimum absolu, monarque absolu, moralité absolue, zéro absolu… … Dictionnaire des expressions idiomatiques russes

Livres

• Zéro absolu, Pavel Absolu. La vie de toutes les créations du savant fou de la race Nes est très courte. Mais la prochaine expérience a une chance d’exister. Qu'est-ce qui l'attend?...

Vous êtes-vous déjà demandé à quel point la température pouvait être basse ? Qu'est-ce que le zéro absolu ? L’humanité parviendra-t-elle un jour à y parvenir et quelles opportunités s’ouvriront après une telle découverte ? Ces questions et d’autres similaires occupent depuis longtemps l’esprit de nombreux physiciens et simples curieux.

Qu'est-ce que le zéro absolu

Même si vous n’aimez pas la physique depuis votre enfance, vous connaissez probablement le concept de température. Grâce à la théorie de la cinétique moléculaire, nous savons désormais qu'il existe un certain lien statique entre celle-ci et les mouvements des molécules et des atomes : plus la température d'un corps physique est élevée, plus ses atomes se déplacent rapidement, et vice versa. La question se pose : « Existe-t-il une limite inférieure à laquelle les particules élémentaires gèlent sur place ? Les scientifiques pensent que cela est théoriquement possible ; le thermomètre sera à -273,15 degrés Celsius. Cette valeur est appelée zéro absolu. En d’autres termes, il s’agit de la limite minimale possible à laquelle le corps physique peut être refroidi. Il existe même une échelle de température absolue (échelle Kelvin), dans laquelle le zéro absolu est le point de référence et une division de l'échelle équivaut à un degré. Les scientifiques du monde entier ne cessent de travailler pour atteindre cette valeur, car cela promet d'énormes perspectives pour l'humanité.

Pourquoi est-ce si important

Les températures extrêmement basses et extrêmement élevées sont étroitement liées aux concepts de superfluidité et de supraconductivité. La disparition de la résistance électrique dans les supraconducteurs permettra d’atteindre des valeurs d’efficacité inimaginables et d’éliminer d’éventuelles pertes d’énergie. Si nous pouvions trouver un moyen qui nous permettrait d’atteindre librement la valeur du « zéro absolu », de nombreux problèmes de l’humanité seraient résolus. Trains planant au-dessus des rails, moteurs, transformateurs et générateurs plus légers et plus petits, magnétoencéphalographie de haute précision, montres de haute précision - ce ne sont là que quelques exemples de ce que la supraconductivité peut apporter à nos vies.

Dernières avancées scientifiques

En septembre 2003, des chercheurs du MIT et de la NASA ont réussi à refroidir le sodium gazeux à un niveau record. Au cours de l’expérience, il ne leur manquait qu’un demi-milliardième de degré par rapport à la marque finale (zéro absolu). Lors des tests, le sodium était constamment dans un champ magnétique, ce qui l'empêchait de toucher les parois du récipient. S’il était possible de surmonter la barrière thermique, le mouvement moléculaire dans le gaz s’arrêterait complètement, car un tel refroidissement extrairait toute l’énergie du sodium. Les chercheurs ont utilisé une technique dont l'auteur (Wolfgang Ketterle) a reçu le prix Nobel de physique en 2001. Le point clé des tests était les processus gazeux de condensation de Bose-Einstein. Pendant ce temps, personne n'a encore annulé la troisième loi de la thermodynamique, selon laquelle le zéro absolu est non seulement une valeur insurmontable, mais aussi inaccessible. De plus, le principe d’incertitude de Heisenberg s’applique et les atomes ne peuvent tout simplement pas s’arrêter net dans leur élan. Ainsi, pour l’instant, le zéro absolu reste inaccessible à la science, même si les scientifiques ont pu l’approcher à une distance négligeable.