აბსოლუტური ნული

აბსოლუტური ნული (−273.15°, −459.67°) — აბსოლუტური ტემპერატურის ათვლის დასაწყისი, წერტილი, რომელიც −273.16°-ით დაბლაა წყლის სამმაგი წერტილის ტემპერატურაზე. იგი ასახავს მინიმალურად დაბალ ტემპერატურას, რომელიც შესაძლებელია რომ ჰქონდეს ფიზიკურ სხეულს სამყაროში.

თანამედროვე ფიზიკის თვალსაზრისით სხეულის ნაწილაკები აბსოლუტურ ნულზეც მოძრაობენ, ისინი ასრულებენ „ნულოვან“ რხევებს და მათი მდგომარეობა ხასიათდება ნულოვანი ენერგიით. აბსოლუტურ ნულთან მიახლოებისას ყველა ნივთიერება, გარდა ჰელიუმისა, კრისტალურ მდგომარეობაშია. ამ დროს თავს იჩენს სხვადასხვა კვანტური ეფექტი: სწრაფად მცირდება ნივთიერების თბოტევადობა, ზოგ ლითონს უჩნდება ზეგამტარობა, ჰელიუმი ზედენადი ხდება და ა. შ. თერმოდინამიკის მესამე კანონიდან გამომდინარეობს, რომ აბსოლუტური ნული მიუღწეველია, მაგრამ შეიძლება სულ უფრო მეტად მივუახლოვდეთ მას. უკვე მიღწეულია ისეთი ტემპერატურა, რომელიც აბსოლუტური ნულისაგან გრადუსის მემილიონედი ნაწილით განსხვავდება.

ზოგადად, სხეულებს შორის ტემპერატურათა სხვაობა აიხსნება ბროუნის მოძრაობით. აღნიშნულის საფუძველზე, სხეულის ტემპერატურა დამოკიდებულია მისი მიკროსკოპული ნაწილაკების ქაოტური მოძრაობის სისწრაფეზე, და რაც უფრო დინამიურია ეს მოძრაობა მით უფრო თბილია ობიექტი. ანუ თბილ სხეულებს ატომებისა და მოლეკულების საშუალო კინეტიკური ენერგია შედარებით მეტი აქვთ ცივს ხეულებთან შედარებით. კარდინალურად იცვლება სიტუაცია აბსოლუტურ ნულზე. აღნიშნულ ტემპერატურაზე ყველაზე მჩატე ქიმიური ელემენტი — წყალბადის ატომებიც წყვეტენ მოძრაობას. −273.15° წარმოადგენს სხეულის ჰიპოტეტურ მდგომარეობას, რადგანაც აღნიშნულ ტემპერატურამდე სხეულის დაყვანა ფიზიკურად შეუძლებელია. იმისათვის, კი საჭიროა ისეთი რეფრაგენტის გამოყენება, რომელიც უფრო ცივი იქნება აბსოლუტურ ნულთან შედარებით. ეს კი შეუძლებელია, რადგანაც ასეთი ნივთიერების მიღება თუ მასში საშუალო კინეტიკური ენერგია იქნება უარყოფითი. ეს კი შესაძლებელია, მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუკი სხეულის მასას ექნება უარყოფითი მნიშვნელობა, რაც თავისთავად წარმოუდგენელია.

სხეულები აბსოლუტურ ნულთან მიმართებაში განსაკუთრებულ თვისებებს იძენენ. მყარი სხეულები ხასიათდებიან ზეგამტარობით, ხოლო თხევადი ნივთიერებები — ზედენადობით. 1848 წლიდან მოყოლებული მეცნიერები აქტიურად ცდილობდნენ სხეულების ტემპერატურის აბსოლუტურ ნულამდე დაყვანას. 1908 წელს ჰოლანდიელმა მეცნიერმა ჰეიკე კამერლინგ-ონესმა მიიღო 4.2°-თ მაღალი ტემპერატურა აბსოლუტურ ნულთან შედარებით. პირველ ეტაპზე მეცნიერებმა დაადგინეს, რომ აღნიშნულ ტემპერატურაზე გამტარ სხეულებს არ გააჩნიათ ელექტრული წინაღობა. შემდეგ აღმოაჩინეს, რომ აღნიშნულ ტემპერატურის ახლოს ჰელიუმის ატომებს უჩნდება ზედენადობის თვისებები. −270.95°-ზე გაციებულმა ჰელიუმმა, იმის მაგივრად რომ გაყინულიყო, შეიძინა ზედენადობის თვისება, რაც არ გააჩნდა ჩვეულებრივ მდგომარეობაში. ჰელიუმი არის ერთადერთი ქიმიური ნივთიერება, რომელიც არ იყინება აბსოლუტურ ნულის მოსაზღვრე ტემპერატურებზე.

მესამე უნიკალური თვისება, რომელიც გამოამჟღავნა სხეულმა ესაა ბოზე-აინშტაინის კონდენსატი. მის მისაღებად ჯერ ლითონი (როგორც წერი რუბიდიუმი ან ნატრიუმი) გადაყავთ აიროვან მდგომარეობაში, შემდეგ აციებენ აბსოლუტურ ნულამდე და იმისათვის, რომ „აიროვანი ლითონი“ ვერ დაუბრნდეს თავის მყარ მდგომარეობას, მას ათავსებენ მაგნიტურ-ვაკუუმურ ხაფანგში. აქ „აიროვანი ლითონის“ ატომები ნელდებიან მუდმივი გაციების ქვეშ. შემდეგ აღნიშნული აირიდან ხდება შედარებით მაღალი კინეტიკური ენერგიის მქონე ატომების გამოცალკავება და დარჩენილი ნივთიერებიდან იქნება უნიკალური კონდენსატი. აღნიშნული კონდენსატის უნიკალურობა მდგომარეობს იმაში, რომ მისი ნაწილაკები ერთმანეთის ტოლია, როგორც მასით, ისე ენერგიით, მუხტით და სხვა მაჩვენებლით. ამ მდგომარეობას სხვანაირად კოგერენტულობა ჰქვია.

მეცნიერებმა ბოზე-აინშტაინის კონდენსატის ნაწილაკების ბაზაზე შექმნეს ატომური ლაზერი. უნიკალურ მოწყობილობას აქვს უნარი ფოკუსირდეს 10⁻⁶ მმ სიზუსტით. მისი საშუალებით შესაძლებელია ზეზუსტი ატომური საათის შექმნა. იგი ასევე გამოიყენება ნავიგაციურ გიროსკოპებში.