Absolutní nula Celsia: Může být ještě chladněji?

Definice absolutní nuly Celsia

Absolutní nula Celsia, neboli -273,15 °C, představuje nejnižší možnou teplotu, jaká kdy může být dosažena. Tato hodnota je považována za absolutní, protože při ní dochází k zastavení veškerého tepelného pohybu atomů a molekul. Teplota je ve své podstatě mírou průměrné kinetické energie částic, a proto při absolutní nule, kdy se žádná částice nepohybuje, je teplota rovna nule. Ačkoliv je dosažení absolutní nuly v praxi nemožné, vědci se k ní dokázali přiblížit na neuvěřitelně malé zlomky stupně. Tento stav má zásadní význam pro mnoho oblastí fyziky a chemie, neboť umožňuje studovat chování hmoty za extrémních podmínek. Například supravodivost, jev, kdy některé materiály ztrácejí veškerý elektrický odpor, se obvykle projevuje pouze při teplotách blízkých absolutní nule.

Nerovnost teplotních stupnic

Teplota je veličina, která popisuje tepelný stav hmoty. Čím je teplota vyšší, tím rychleji se atomy a molekuly v látce pohybují. Existuje však bod, kdy se veškerý tepelný pohyb zastaví. Tato teplota se nazývá absolutní nula a odpovídá -273,15 °C.

Nerovnost teplotních stupnic Celsia a Kelvina spočívá v definici jejich nulového bodu. Zatímco 0 °C je definováno jako bod tání ledu, 0 K (Kelvinů) odpovídá absolutní nule. Rozdíl mezi jednotlivými stupni Celsia a Kelvina je stejný, ale posunutý o hodnotu absolutní nuly. To znamená, že 0 °C odpovídá 273,15 K.

Absolutní nula je důležitým konceptem v termodynamice a představuje teoretickou hranici, kterou nelze v praxi dosáhnout. Přestože se vědci dokázali přiblížit k absolutní nule na miliontiny stupně, zastavení veškerého tepelného pohybu je prakticky nemožné.

Nemožnost dosažení absolutní nuly

Absolutní nula Celsia, tedy -273,15 °C, představuje teplotu, při které se teoreticky zastaví veškerý tepelný pohyb. V praxi je však dosažení absolutní nuly nemožné. Důvodem je třetí termodynamický zákon, který říká, že entropie systému se blíží konstantní hodnotě s tím, jak se teplota blíží absolutní nule. Jinými slovy, čím více se systém ochlazuje, tím obtížnější je z něj odebrat další teplo.

Teplotní stupnice	Absolutní nula	Bod tuhnutí vody	Bod varu vody
Celsia (°C)	-273,15 °C	0 °C	100 °C
Kelvina (K)	0 K	273,15 K	373,15 K

I kdybychom dokázali systém izolovat od veškerého vnějšího tepla, vždy by existovaly drobné fluktuace energie, které by bránily dosažení absolutní nuly. Tyto fluktuace jsou důsledkem kvantové mechaniky a nelze je nijak eliminovat.

Vědci se k absolutní nule dokázali přiblížit na neuvěřitelně malé zlomky stupně, ale absolutní nula zůstává nedosažitelnou hranicí. Je to fascinující koncept, který nám pomáhá lépe porozumět podstatě teploty a chování hmoty při extrémně nízkých teplotách.

Důsledky absolutní nuly

Absolutní nula Celsia, tedy -273,15 °C, představuje nejnižší možnou teplotu, jaká kdy může být dosažena. Při této teplotě se zastaví veškerý tepelný pohyb částic. Všechny atomy a molekuly, které tvoří hmotu, se nacházejí v nejnižším energetickém stavu a jejich pohyb je zcela utlumen. Dosažení absolutní nuly je v praxi nemožné, i když se vědci dokázali přiblížit na miliontiny stupně nad touto hranicí. Důsledky dosažení absolutní nuly by byly fascinující. Například by se zastavil čas, protože čas je definován pohybem. Zastavení tepelného pohybu by také znamenalo, že by se zastavily všechny chemické reakce a biologické procesy. Absolutní nula je tedy spíše teoretickým konceptem, který nám pomáhá lépe porozumět chování hmoty a energie.

Absolutní nula Celsia, bod, kde se tepelný tanec hmoty zastaví, je jako nedosažitelný horizont vesmíru - věčně lákavý, ale navždy mimo náš dosah.

Jaromír Krejčí

Historie objevu

Pojem absolutní nula se neobjevil náhle, ale byl výsledkem staletí pozorování a experimentů. Již v 17. století si vědci všimli, že plyn se při ochlazování smršťuje. Tento poznatek vedl k úvahám, zda by bylo možné plyn ochladit natolik, aby se smrštil do bodu s nulovým objemem. V roce 1702 francouzský fyzik Guillaume Amontons na základě svých experimentů s plyny předpověděl existenci absolutní nuly, kterou stanovil na -240 °C. V roce 1848 britský fyzik William Thomson, známý jako Lord Kelvin, definoval absolutní nulu jako teplotu, při které se zastaví veškerý tepelný pohyb částic. Tato teplota odpovídá -273,15 °C a stala se základem pro Kelvinovu teplotní stupnici, kde 0 K představuje absolutní nulu. Dosažení absolutní nuly je v praxi nemožné, i když se vědci dokázali přiblížit na miliontiny stupně nad tuto hranici. Důvodem je, že při takto nízkých teplotách začínají hrát roli kvantové jevy, které znemožňují úplné zastavení pohybu částic.

Využití v moderní vědě

Absolutní nula Celsia, tedy -273,15 °C, představuje teoretickou hranici, při které se zastaví veškerý tepelný pohyb atomů a molekul. V praxi je dosažení absolutní nuly nemožné, ale moderní věda se k ní dokáže přiblížit na neuvěřitelně nízké teploty. Tyto extrémně nízké teploty, blízké absolutní nule, otevírají dveře do fascinujícího světa kvantové mechaniky a umožňují studovat jevy, které jsou při běžných teplotách nepozorovatelné.

Jedním z nejvýznamnějších využití extrémně nízkých teplot je studium Boseho-Einsteinova kondenzátu. Tento stav hmoty, předpovězený Albertem Einsteinem a Satyendrou Nathem Bosem, vzniká při teplotách blízkých absolutní nule, kdy se atomy ochladí natolik, že se začnou chovat jako jeden jediný objekt. Studium Boseho-Einsteinova kondenzátu má obrovský potenciál pro pochopení základů kvantové mechaniky a pro vývoj nových technologií, jako jsou například kvantové počítače.

Extrémně nízké teploty hrají klíčovou roli i v jiných oblastech moderní vědy, například v astrofyzice. Pozorování vesmíru v mikrovlnném záření, které je pozůstatkem Velkého třesku, vyžaduje extrémně citlivé detektory ochlazené na teploty blízké absolutní nule. Tyto detektory umožňují vědcům studovat raný vesmír a lépe pochopit jeho vznik a vývoj.

Zajímavosti o absolutní nule

Absolutní nula je fascinující koncept, který vzbuzuje zvědavost a otázky. Je to teplota -273,15 °C, tedy 0 Kelvinů. Představuje teoretický bod, kdy se zastaví veškerý tepelný pohyb atomů a molekul. Dosáhnout absolutní nuly v praxi je nemožné. I v nejchladnějších koutech vesmíru, kde se teploty blíží absolutní nule, existuje zbytkové teplo. Zajímavé je, že při absolutní nule by klasická fyzika předpovídala nulovou entropii. To znamená, že by veškerý chaos a neuspořádanost veškeré hmoty zmizely. Kvantová mechanika však tento předpoklad vyvrací. Dokonce i při absolutní nule existují kvantové fluktuace, které znemožňují, aby se systém dostal do stavu s nulovou entropií. Studium látek při teplotách blízkých absolutní nule přináší fascinující objevy. Například některé materiály se stávají supravodivými a vedou elektrický proud bez jakéhokoli odporu.