Найнижча температура у Всесвіті: вчені пояснили, чи можна досягти абсолютного нуля

Абсолютний нуль температури являє собою найнижче значення температури, яке може існувати у Всесвіті, і воно становить мінус 273,15 градуса Цельсія. Це набагато холодніше, ніж середня температура в космосі. Це навіть холодніше, ніж у космосі. Досі ніщо з того, про що знають учені, не досягло абсолютного нуля. Але чи можливо взагалі досягти такого значення? Про це пише Live Science.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Для початку потрібно розібратися з тим, що з себе представляє температура. Люди звикли думати, що це міра значення того, наскільки холодно або жарко. Але насправді це міра енергії або вібрацій усіх частинок у системі. Гарячі об'єкти мають більшу енергію, тому їхні частинки вібрують швидше. Точка, в якій частинки взагалі не мають енергії і, отже, перестають рухатися, називається абсолютним нулем.

Науковці намагаються досягти найнижчих температур, бо під час уповільнення частинок виникає багато цікавих квантових ефектів. За словами Санкальпа Гоша з Індійського технологічного інституту в Делі, фундаментальним принципом квантової механіки є корпускулярно-хвильовий дуалізм. Це явище, за якого частинки, наприклад, світла, можуть поводитися як частинки або як хвилі.

Але неможливо відстежувати частинки або хвилі окремо, як це можна зробити з більшими об'єктами. Це виходить із принципу невизначеності Гейзенберга, який кількісно визначає ймовірнісну природу квантово-механічних вимірювань. Тобто, коли положення частинки точно виміряно, її імпульс менш відомий, і навпаки. Така ймовірнісна природа надає характеру хвилі квантово-механічній частинці.

Ступінь квантово-хвильової поведінки виражається співвідношенням теплової довжини хвилі де Бройля і відстані між частинками. Тільки коли температура знижується і частинки стають холоднішими, починають провалюватися дивні квантові ефекти. За словами Гоша, співвідношення збільшується в міру зниження температури і при абсолютному нулі воно фактично дорівнює нескінченності. Через це виникають такі квантові явища, як надплинність, надпровідність і ультрахолодна атомна конденсація.

У 90-х роках минулого століття під час експериментів для досягнення найнижчих температур і вивчення дивних квантових ефектів вчені використовували метод лазерного охолодження. За словами Крістофера Фута з Оксфордського університету, за допомогою лазера атоми сповільнювалися, температура знижувалася до мінус 272,15 Цельсія. Цього було достатньо, щоб побачити квантові ефекти в твердих тілах і рідинах, але для газів потрібні нижчі температури.

Найнижча температура, коли-небудь зареєстрована в лабораторії, була досягнута вченими з Німеччини у 2021 році. В експерименті, відомому як охолодження магнітною пасткою, газоподібні частинки досягли неймовірних 38 трильйонних часток градуса Цельсія, вищих за абсолютний нуль, і цього було достатньо, щоб почати спостерігати квантові ефекти в газах. Але чи є сенс намагатися охолодити матеріали ще більше? За словами Фута, у цьому немає сенсу, адже вчених більше цікавить спостереження за квантовими ефектами, ніж досягнення абсолютного нуля.

Поки що вчені не можуть досягти нижчої температури, ніж 38 трильйонних градусів вище абсолютного нуля. Вчені вважають, що якщо навіть це вийде, то сучасні прилади не зможуть точно показати це. Щоб виміряти абсолютний нуль температури знадобиться нескінченно точний термометр, а це виходить за межі наявних вимірювальних систем.

Як уже писав Фокус, нове дослідження показало, як надзвукова ударна хвиля проганяє газ через пляшку з неймовірною швидкістю при температурі нижче, ніж на Північному полюсі. Таким чином розгадано фізику відкриття пляшки шампанського.