Абсолютна нула: историята на откритието и основното приложение

Физическата концепция за "абсолютната нулева температура" е много важна за съвременната наука: тя е тясно свързана с подобна концепция като свръхпроводимост, откриването на което е направило истински фурор през втората половина на двадесети век.

За да разберем какво е абсолютната нула, трябва да се обърнем към произведенията на такива известни физици като Г. Фаренхайт, А. Целзий, Й. Гей-Лусак и У. Томсън. Те играят ключова роля в създаването на основните температурни везни, които са били използвани досега.

Първата температурна скала, предложена през 1714 г. от германския физик Г. Фаренхайт. В същото време, за абсолютната нула, т.е. за най-ниската точка на тази скала, се взема температурата на сместа, която включва сняг и амоняк. Следващият важен показател беше нормална телесна температура на човек, което стана равно на 1000. Съответно, всяко разделение на тази скала се наричаше "Фаренхайт", а самият мащаб - "Фаренхайт скали".

След 30 години шведският астроном А. Целзий предложи своя температурен мащаб, като основните точки бяха температурата на топене на лед и точка на кипене вода. Тази скала се нарича "скала по Целзий", все още е популярна в повечето страни по света, включително в Русия.

През 1802 г., провеждайки известните си експерименти, френският учен Дж. Гей Лусак открил, че обемът на газова маса при постоянно налягане зависи пряко от температурата. Но най-интересното беше, че когато температурата се промени с 10 градуса по Целзий, обемът на газа се увеличи или намаля със същата сума. След като направи необходимите изчисления, Gay-Lussac установи, че тази стойност е 1/273 от обема на газа при температура, равна на 0С.

От този закон следва последващото заключение: температурата, равна на -2730C, е най-ниската температура, дори да се приближава до нея, е невъзможно да се достигне до нея. Това е тази температура, която се нарича "абсолютна нулева температура".

Нещо повече, абсолютната нула е началната точка за създаване на скала на абсолютната температура, активното участие в което взе английския физик У. Томсън, известен също като Лорд Келвин.

Основното му изследване се отнася до доказателството, че никое тяло в природата не може да бъде охладено под абсолютната нула. По този начин той активно използва втория Закон за термодинамиката, следователно абсолютната температурна скала, въведена от него през 1848 г., стана известна като термодинамична или "Келвинска скала".

През следващите години и десетилетия имаше само числено усъвършенстване на понятието "абсолютна нула", което след многобройни одобрения започна да се счита за равно на -273.150.

Заслужава да се отбележи също, че абсолютната нула играе много важна роля SI система. Работата е, че през 1960 г. на редовната Генерална конференция по теглилки и измервания единицата на термодинамичната температура - келвин - се превръща в една от шестте основни измервателни единици. Специално е предвидено, че една степен Келвин е цифрово равна на една градус Целзий, Обикновено се приема, че референтната точка "според Келвин" е абсолютно нула, т.е. -273,150С.

Основното физическо значение на абсолютната нула е, че според основните физически закони при такава температура енергията на движението на елементарните частици, като атоми и молекули, е нула и в този случай всяко хаотично движение на същите тези частици трябва да престане. При температура, равна на абсолютната нула, атомите и молекулите трябва да заемат ясно място в основните точки на кристалната решетка, като образуват подредена система.

Понастоящем, използвайки специално оборудване, учените успяват да получат температура само с няколко милионни части от фракция, по-голяма от абсолютната нула. Физически е невъзможно да се достигне същата стойност поради втория закон на термодинамиката, описан по-горе.