Естественные науки
Почему абсолютный ноль температуры недостижим?
Считается, что абсолютный ноль температуры недостижим, это можно объяснить как с точки зрения термодинамики и статистической физики, так и с точки зрения квантовой механики. Объясните мне все же почему он недостижим, только не надо мне кидать заумные цитаты из разных источников (гуглам я умею пользоваться, поэтому здесь и пишу), а объясните простым языком.
В рамках классической физики это объясняется через третье начало термодинамики и теорему Нерста.
При абсолютном нуле температуры энтропия системы равна нулю:
S = k*ln(1) = 0.
Это значит, в частности, что возможен вечный двигатель второго рода:
η = 1 - T2/T1 = 1,
что противоречит второму началу термодинамики.
Можно сформулировать несколько иначе причину недостижимости абсолютного нуля температуры: если система охлаждается методом повторения цикла адиабатического расширения (температура уменьшается) и изотермического сжатия (энтропия уменьшается) , то при стремлении значения T к нулю энтропия принимает значение в 0 и не изменяется. Это значит, что при конечном числе циклов можно лишь асимптотически приближаться к состоянию с T = 0.
При этом, при абсолютном нуле температуры присутствуют нулевые колебания полей и частиц, т. е. квантовые объекты при T = 0 обладают, как квантовый гармонический осциллятор, собственной ненулевой энергией колебаний. Качественно (!) причину этого можно описать при введении принципа неопределенности (в ответе Остапа описано) . Например, то же ЭМ поле можно представить как совокупность квантовых невзаимодействующих осцилляторов, колебания которых можно представить как малые возмущения, которые в рамках теории возмущений описываются через рождение виртуальных пар частица-античастица.
С учетом этого, определение абсолютного нуля выглядит следующим образом: температура, при которой энергия колебаний системі соответствует энергии нулевых колебаний (в отличие от определения в рамках классической физики).
При абсолютном нуле температуры энтропия системы равна нулю:
S = k*ln(1) = 0.
Это значит, в частности, что возможен вечный двигатель второго рода:
η = 1 - T2/T1 = 1,
что противоречит второму началу термодинамики.
Можно сформулировать несколько иначе причину недостижимости абсолютного нуля температуры: если система охлаждается методом повторения цикла адиабатического расширения (температура уменьшается) и изотермического сжатия (энтропия уменьшается) , то при стремлении значения T к нулю энтропия принимает значение в 0 и не изменяется. Это значит, что при конечном числе циклов можно лишь асимптотически приближаться к состоянию с T = 0.
При этом, при абсолютном нуле температуры присутствуют нулевые колебания полей и частиц, т. е. квантовые объекты при T = 0 обладают, как квантовый гармонический осциллятор, собственной ненулевой энергией колебаний. Качественно (!) причину этого можно описать при введении принципа неопределенности (в ответе Остапа описано) . Например, то же ЭМ поле можно представить как совокупность квантовых невзаимодействующих осцилляторов, колебания которых можно представить как малые возмущения, которые в рамках теории возмущений описываются через рождение виртуальных пар частица-античастица.
С учетом этого, определение абсолютного нуля выглядит следующим образом: температура, при которой энергия колебаний системі соответствует энергии нулевых колебаний (в отличие от определения в рамках классической физики).
***marina*** Karachistaya
Тоесть, как я понял, проще говоря чем ниже температура, тем больше работы необходимо совершить для дальнейшего охлаждения, а для достижения 0 К, необходимо совершить бесконечное количество работы.
Температура - мера хаотичности движения частиц.
При абсолютном нуле все частицы должны остановиться и замереть в каких-то определённых точках (узлах кристаллической решётки) .
Такого быть не может.
Квантовая механика не позволяет знать одновременно и положение, и скорости частиц.
Ну, или по-простому - температуру в процессе можно уменьшить только в какое-то число раз: T` = T / n.
При делении на какое угодно n нуля никогда не получится.
При абсолютном нуле все частицы должны остановиться и замереть в каких-то определённых точках (узлах кристаллической решётки) .
Такого быть не может.
Квантовая механика не позволяет знать одновременно и положение, и скорости частиц.
Ну, или по-простому - температуру в процессе можно уменьшить только в какое-то число раз: T` = T / n.
При делении на какое угодно n нуля никогда не получится.
Любая точная температура недостижима.
Точно так же как и размер, время и другие величины.
Потому что точных величин в природе не существует.
Точно так же как и размер, время и другие величины.
Потому что точных величин в природе не существует.
***marina*** Karachistaya
"Потому что точных величин в природе не существует."
Ага, сколько енотов ты сейчас держишь в руке? Ровно 0 и не больше и не меньше.
Ага, сколько енотов ты сейчас держишь в руке? Ровно 0 и не больше и не меньше.
Надо не ГУГЛиться, а нормальные книги по физике читать, иначе появляется ленность в том числе и ума!!!!
***marina*** Karachistaya
Согласен, но необходимую литературу как раз сдал на днях в библиотеку, так как ушел на каникулы, а необходимость в ответе появилась срочно.
можт потому что материя существует в движении а если будет абсолютный 0 то и материи существовать не будет следовательно абсолютного нуля быть не может. Может я и не прав
Абсолютный нуль температуры, а именно -273 градуса Цельсия вполне достижим. Технически на данный момент это сложно, нет такого оборудования, чтобы его создать. Даже жидкий азот не дает такой температуры ( примерно -200 градусов Цельсия) . Но потребность в такой температуре существует, не только в экспериментальной физике, но и в прикладной технике. К примеру создания антигравитации за счет применения в электромагнитах установок для охлаждения проводников до абсолютного нуля ( эффект сверхпроводимости, когда в металле проводника частицы "останавливаются" и проводимость возрастает, сопротивление естественно снижается и стремится к нулю) . В таких экспериментах на данный момент применяют жидкий азот, но эффект не тот, "слабоват" ЖА для этого. Я думаю вполне реально создать установку для получения такой низкой температуры, это дело времени. И я думаю ни какого вселенского коллапса частиц и квантов с материалах при такой низкой температуре не случится :)
***marina*** Karachistaya
"эффект сверхпроводимости, когда в металле проводника частицы "останавливаются" и проводимость возрастает, сопротивление естественно снижается и стремится к нулю..."
Ну сверхпроводимость, насколько мне известно происходит не из-за этого, а из-за перестроение элктрон-электронного взаимодействия. Тоесть 2 электрона становиться как одна частица - пара Купера, которая не обменивается импульсом с атомами и дефектам, что позволяет этой паре двигаться по объему без сопротивления.
Ну сверхпроводимость, насколько мне известно происходит не из-за этого, а из-за перестроение элктрон-электронного взаимодействия. Тоесть 2 электрона становиться как одна частица - пара Купера, которая не обменивается импульсом с атомами и дефектам, что позволяет этой паре двигаться по объему без сопротивления.
Александр Камшилин
Достичь абсолютного нуля можно! Но при этом, необходимо отделить электрон от атома, Но что в результате станет с самим атомом??? Возможно произойдет аннигиляция или распад на частицы.
Всё правильно. Материи не существует при 0 К.
вот, при абсолютном нуле все останавливается, и получается что невозможно его достигнуть, вот и поэтому нельзя
Александр Камшилин
Только сидели с женой размышляли и пришли к выводу: На примере Водорода, Н имеет 1 электрон вокруг атома (как мы его принимаем и видели его тень используя приборы) Итак, 1 электрон, в нормальном состоянии имеет определенно расстояние до своего ядра (до центра) При повышенной температуре, расстояние от центра до электрона увеличивается (т. к. мы знаем что при увеличении температуры все объекты расширяются.) Соответственно, температура в нашей галактике может достигать ОГРОМНЫХ значений, в несколько тысяч ато и больше градусов. НО, температуру этого атома (вещества) мы не можем приравнять к абсолютному НУЛЮ Т. к. при уменьшении расстояния электрона к центру (ядру) мы получаем эффект (мнимого присутствия атома в нескольких местах одновременно) ибо масса электрона начинает колебать само ядро с б
не все ваши ответы это х*ня, особенно твой Бендер
АБСОЛЮТНЫЙ НОЛЬ ДОСТИЖИМ !
АБСОЛЮТНЫЙ НОЛЬ ДОСТИЖИМ !
Оксана Ерхова
даже на википедии написано что не достижим
Похожие вопросы
- Почему абсолютный ноль температуры 273 градуса?
- "Абсолю́тный нуль температу́ры (реже — абсолютный ноль температуры) — минимальный предел температуры, которую может
- Почему абсолютный минимум температуры есть, а абсолютного максимума нет?
- Почему абсолютный ноль это -273,15°С?
- Вопрос про абсолютный ноль.
- Минимальная температура вещества: -273,15 °C, абсолютный ноль. Существует ли абсолютный максимум и чему он равен?
- вакуум, абсолютный ноль, вода
- существует ли отрицательная температура, ведь абсолютный ноль известен, и понятно, что по одну из его сторон
- Почему не может быть температуры, ниже -273°С (абсолютный ноль по Кельвину)?
- Почему за абсолютный ноль принята температура замерзания воды?