Po 100-ročnej diskusii je to jasné. Možnosť dosiahnuť absolútnu nulu je matematicky vyvrátená

  • Po dlhých rokoch diskusie, do ktorej sa zapájal aj samotný Einstein, fyzici konečne majú matematický dôkaz tretieho termodynamického zákona.
  • Po dlhých rokoch diskusie, do ktorej sa zapájal aj samotný Einstein, fyzici konečne majú matematický dôkaz tretieho termodynamického zákona.

Ten hovorí, že absolútna nula nemôže byť dosiahnutá, pretože entropia systému nedokáže dosiahnuť nulu. Vedci dlho tušili, že existuje “rýchlostný limit” pre ochladzovanie, kvôli ktorému nikdy nemôžme dosiahnuť absolútnu nulu (0 Kelvina resp. -273,15 °C). „Ukázali sme, že s konečným množstvom zdrojov nie je možné ochladiť systém na absolútnu nulu a išli sme ešte o krok ďalej,“ povedal jeden z dvoch autorov, Dr Lluis Masanes pre IFLScience. „Došli sme k záveru, že nie je možné ochladiť systém na absolútnu nulu v konečnom čase, a tak vznikol vzťah medzi časom a najnižšou možnou teplotou. To je rýchlosť ochladzovania.“

Masanes odkazuje na dva základné predpoklady, od ktorých závisí platnosť tretieho termodynamického zákona. Prvým je, že aby systém dosiahol absolútnu nulu, jeho entropia musí byť nulová. Druhý je známy ako princíp nedosiahnuteľnosti, ktorý hovorí, že absolútna nula nie je dosiahnuteľná, pretože žiadny systém nemôže dosiahnuť nulovú entropiu.

Prvé pravidlo predložil nemecký chemik Walther Nernst v roku 1906 a aj keď mu zaistilo Nobelovu cenu, také kapacity ako Albert Einstein a Max Planck jeho dôkaz nepresvedčil a prišli s vlastnými verziami limitu ochladzovania vo vesmíre. To donútilo Nernsta sa ešte zamyslieť a v roku 1912 navrhol druhé pravidlo, v ktorom deklaruje, že absolútna nula je fyzikálne nemožná.

foto: foter.com/foter.com

Tieto dve pravidlá dohromady dnes poznáme ako tretí termodynamický zákon a aj keď vyzerá pravdivo, jeho základy boli vždy vratké. “Pretože sa skoršie argumenty zameriavali len na konkrétne mechanizmy, alebo ich potopili problematické predpoklady, niektorí fyzici neboli presvedčení o jeho platnosti,” vysvetľuje Leah Crane pre New Scientist.

Aby otestovali, ako silné sú predpoklady tretieho termodynamického zákona v klasických, ale aj kvantových systémoch sa Masanes a jeho kolega Jonathan Oppenheim rozhodli otestovať, či je matematicky možné dosiahnuť absolútnu nulu pri obmedzených zdrojoch a konečnom čase.

Masanes porovnáva ochladzovanie s výpočtom – môžeme sledovať, kým počítač vyrieši algoritmus a zaznamenať, ako dlho to trvá. Rovnakým spôsobom môžeme vďaka počtu krokov potrebných na odobranie tepla spočítať, ako dlho trvá, než sa systém ochladí na jeho teoretický limit.

Za použitia matematických techník odvodených z teórie kvantovej informatiky, niečoho, čo Einstein použil vo svojej formulácií tretieho termodynamického zákona, Messanes a Oppenheim zistili, že absolútnu nulu je možné dosiahnuť len ak by mali k dispozícií nekonečný počet krokov a zdrojov.

Také niečo vedci dlho predpokladali kvôli druhému termodynamickému zákonu, ktorý hovorí, že teplo sa spontánne prenáša z teplejšieho systému na chladnejší, takže objekt, ktorý sa snažia ochladiť bude stále prijímať teplo zo svojho okolia. A ak má objekt nejaké teplo, znamená to, že v ňom stále zostáva istý stupeň entropie. To vysvetľuje prečo sa každá častica vo vesmíre aspoň trochu hýbe. Podľa tretieho termodynamického zákona neexistuje nič úplne nehybné.

foto: foter.com

Výskumníci hovoria, že “dúfajú, že súčasná práca postaví tretí termodynamický zákon na pevnejšie základy vedľa ostatných termodnamických zákonov” a súčasne reprezentuje teoretický limit rýchlosti ochladzovania.

To je dôležité, pretože aj keď nikdy nedosiahneme absolútnu nulu, dokážeme sa k nej dostať sakramentsky blízko. NASA má plány vo svojom Cold Atom Laboratory dosiahnuť teplotu od absolútnej nuly vyššiu len o miliardtinu stupňa. Pri takto nízkych teplotách budeme môcť pozorovať správanie atómov, aké sme nikdy predtým nevideli. A schopnosť odobrať čo najväčšie množstvo tepla je kľúčová v snahe zostrojiť funkčný kvantový počítač.

 

zdroj: iflscience.com

Najnovšie video

Fontech

ĎALŠIE ČLÁNKY Z FONTECH.SK