Absolute nul wordt gedefinieerd als het punt waar niet meer is warmte kan worden verwijderd uit een systeem, volgens de absoluut of thermodynamische temperatuurschaal. Dit komt overeen met nul Kelvinof min 273,15 C. Dit is nul op de Rankine-schaal en min 459,67 F.
De klassieke kinetische theorie stelt dat het absolute nulpunt de afwezigheid van beweging van individuele moleculen vertegenwoordigt. Experimenteel bewijs toont echter aan dat dit niet het geval is: het geeft eerder aan dat deeltjes op absoluut nul een minimale trillingsbeweging hebben. Met andere woorden, hoewel warmte mogelijk niet wordt verwijderd uit een systeem op absoluut nul, vertegenwoordigt absoluut nul niet de laagst mogelijke enthalpie-toestand.
In de kwantummechanica vertegenwoordigt het absolute nulpunt de laagste interne energie van vaste stof in de grondtoestand.
Absolute nul en temperatuur
Temperatuur wordt gebruikt om te beschrijven hoe warm of koud een object is. De temperatuur van een object hangt af van de snelheid waarmee zijn atomen en moleculen oscilleren. Hoewel het absolute nulpunt oscillaties vertegenwoordigt bij hun laagste snelheid, stopt hun beweging nooit helemaal.
Is het mogelijk om Absolute Zero te bereiken
Het is tot dusver niet mogelijk om het absolute nulpunt te bereiken - hoewel wetenschappers het hebben benaderd. Het National Institute of Standards and Technology (NIST) behaalde in 1994 een record koude temperatuur van 700 nK (miljardste van een Kelvin). Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology vestigden in 2003 een nieuw record van 0,45 nK.
Negatieve temperaturen
Natuurkundigen hebben aangetoond dat het mogelijk is om een negatieve Kelvin (of Rankine) temperatuur te hebben. Dit betekent echter niet dat deeltjes kouder zijn dan het absolute nulpunt; het is eerder een indicatie dat de energie is afgenomen.
Dit komt omdat temperatuur een is thermodynamisch hoeveelheid betreffende energie en entropie. Naarmate een systeem zijn maximale energie nadert, begint zijn energie te verminderen. Dit gebeurt alleen onder speciale omstandigheden, zoals in quasi-evenwichtstoestanden waarin geen spin is evenwicht met een elektromagnetisch veld. Maar dergelijke activiteit kan tot een negatieve temperatuur leiden, ook al wordt er energie aan toegevoegd.
Vreemd genoeg kan een systeem met een negatieve temperatuur als heter worden beschouwd dan een systeem met een positieve temperatuur. Dit komt omdat warmte wordt gedefinieerd volgens de richting waarin het stroomt. Normaal gesproken stroomt in een wereld met positieve temperatuur warmte van een warmere plaats, zoals een hete kachel, naar een koelere plaats zoals een kamer. Warmte stroomt van een negatief systeem naar een positief systeem.
Op 3 januari 2013 vormden wetenschappers een kwantumgas bestaande uit kalium atomen met een negatieve temperatuur qua bewegingsvrijheid. Voordien demonstreerden Wolfgang Ketterle, Patrick Medley en hun team in 2011 de mogelijkheid van negatieve absolute temperatuur in een magnetisch systeem.
Nieuw onderzoek naar negatieve temperaturen onthult extra mysterieus gedrag. Zo heeft Achim Rosch, een theoretisch natuurkundige aan de Universiteit van Keulen, in Duitsland, berekend dat atomen bij een negatieve absolute temperatuur in een zwaartekrachtsveld kan 'omhoog' bewegen en niet alleen 'naar beneden'. Subzero gas kan donkere energie nabootsen, waardoor het universum steeds sneller tegen het binnenste moet uitzetten zwaartekracht.
Bronnen
Merali, Zeeya. "Quantum Gas gaat onder de absolute nul." Natuur, Mrt. 2013. doi: 10.1038 / nature.2013.12146.
Medley, Patrick, et al. "Spin Gradient Demagnetization Koeling van ultrakoude atomen." Physical Review Letters, vol. 106, nee. 19 mei 2011. doi.org/10.1103/PhysRevLett.106.195301.