האפס המוחלט

האפס המוחלט הוא גבול לטמפרטורה הנמוכה ביותר האפשרית, 273.15- מעלות צלזיוס, 459.67- מעלות פרנהייט או אפס קלווין. המדען הבריטי, לורד קלווין קבע באופן תאורטי בשנת 1848 כי לא תיתכן טמפרטורה נמוכה מזו. לפי החוק השלישי של התרמודינמיקה, לא ניתן להביא חומר אל האפס המוחלט.

באפס המוחלט חלקיקים מאכלסים את מצב היסוד של המערכת, והאנטרופיה מתאפסת עד כדי אנטרופיה שיורית.

בעת קירור של חומרים מסוימים לטמפרטורה הקרובה לאפס המוחלט, מתגלות תופעות קוונטיות רבות, בהן מוליכות על ונוזליות-על. התפלגות החלקיקים ברמות האנרגיה השונות תלויה בטמפרטורה. שתי ההתפלגויות הנובעות מתורת הקוונטים – פרמי-דיראק ובוז-איינשטיין ישאפו בטמפרטורות גבוהות מספיק להתפלגות בולצמן הקלאסית, או במילים אחרות – האנרגיה הקינטית גבוהה מספיק כך שההפרש בין רמות האנרגיה הבדידות הוא חסר משמעות. בטמפרטורות נמוכות יחסית יתגלה האופי הקוונטי של החלקיקים, ואיתו מגוון תופעות פיזיקליות חדשות.

טמפרטורות שנמדדו קרוב לאפס המוחלט
לא ניתן לקרר חומר לטמפרטורת האפס המוחלט, אך ניתן להתקרב אליו. בספטמבר 2003 הצליחו וולפנג קטרל ושותפיו למחקר במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס לקרר אטומי סידן לטמפרטורה של 450pK או , כלומר פחות מחצי מיליארדית מעלה צלזיוס מעל האפס המוחלט.

בערפילית הבומרנג, הנמצאת בקבוצת הכוכבים קנטאורוס, נמדדה בפברואר 2003 טמפרטורה של -272.15 מעלות צלזיוס, או קלווין אחד מעל האפס המוחלט. זוהי הטמפרטורה הנמוכה ביותר שנמדדה מחוץ למעבדה. הערפילית נמצאת במרחק של כ-5,000 שנות אור ממערכת השמש.

מדידת ערכו
ישנן מגוון תופעות התלויות בטמפרטורה של החומר. בחלקן ניתן להניח כי כאשר החלקיקים יפסיקו את תנועתם התופעה תיעלם גם היא, ולכן על ידי אקסטרפולציה ניתן לקבוע את ערכו של האפס המוחלט. דוגמה אחת למדידה ניסיונית כזו היא מדידת רעש תרמי בנגד, שזהו אות חשמלי אקראי הנובע מתנועתם האקראית של האלקטרונים בחומר. עוצמתו של הרעש (ריבוע המתח הנוצר) תלוי ליניארית בטמפרטורה.

טמפרטורות מתחת לאפס המוחלט

תאוריות קוונטיות מסוימות טוענות שניתן לרדת מתחת לטמפרטורה הנמוכה מהאפס המוחלט. ניסויים הראו תוצאות במערכות מסוימות (בעלות מספר סופי של רמות אנרגיה אפשריות) שיכולות להתפרש כטמפרטורה מתחת לאפס המוחלט במובן מסוים, אולם המדובר בטמפרטורה גבוהה יותר מאשר כל טמפרטורה חיובית – ולא נמוכה יותר כפי שלכאורה משתמע.

קישורים חיצוניים






הערות שוליים

קטגוריה:אפס
קטגוריה:טמפרטורה