절대 제로 냉각 된 이상적인 가스가 가장 낮은 에너지 상태에있는 온도로 정의됩니다. 다시 말해, 더 이상 열을 제거 할 수없는 시점입니다. 끓는점과 용융점은 물질의 특성에 의존하지만 절대 0은 모든 물질에 대해 동일합니다. 물질은 초전도성, 초 유성 및 Bose-Einstein 응축수라고 불리는 물질의 상태를 형성하는 것을 포함하여 절대 제로 근처에 비정상적인 특성을 나타냅니다.
Absolute Zero가 작동하는 방법
절대 제로에 대한 일반적인 오해 중 하나는 물질이 움직이지 않거나 얼어 붙는 것을 멈추는 것입니다. 이론적으로 절대 0은 가능한 최저 온도이지만 가능한 가장 낮은 엔탈피 상태는 아닙니다. 이것은 이상적인 가스에 대해 절대 0이 정의되기 때문입니다. 매우 낮은 온도에서 실제 물질은 이상적인 가스 행동에서 벗어납니다. 절대 제로에서 물질은 가장 낮은 에너지 상태에 있지만 여전히 화학 결합의 진동, 전자 궤도 및 원자 핵 내의 움직임으로부터 약간의 에너지가 있습니다. 온도를 절대 0으로 낮추는 것은 사람이 달리기에서 서있는 것까지 느리게 할 때와 같습니다. 운동 에너지의 대부분은 제거되지만 사람의 심장이 뛰고 폐가 흡입하고 숨을 내쉬며 여전히 잠재적 인 에너지가 있습니다.
우리는 절대 0에 도달 할 수 있습니까?
열역학 법칙에 따르면 열역학적 방법을 사용하여 절대 제로에 도달 할 수는 없습니다. Heisenberg 불확실성 원칙 덕분에 우리는 절대 0에 매우 가까워 질 수 있지만, 그 어느 때까지도 도달 할 수는 없습니다. 모든 입자의 경우 운동량과 정확한 위치를 알 수 없습니다. 절대 0에서 운동량은 0입니다. 기본적으로 과학자들이 절대 0을 달성하더라도 측정 할 수 없습니다.
그러나 우리는 절대 0에 매우 가깝게 얻을 수 있습니다! 2015 년 MIT의 과학자들은 나트륨과 칼륨 가스 원자의 혼합물을 450 나노 켈빈까지 냉각시켰다. 우주 기반 연구는 더 나아갈 가능성이 있습니다. Cold Atom Laboratory (CAL)는 10 피코 켈빈 (10-12k)의 낮은 온도를 달성 할 수있는 국제 우주 정거장을 위해 설계된 실험입니다.
가장 추운 온도가 기록 된 가장 추운 온도
지구의 실험실에서 기록 된 가장 추운 온도를 배우는 것은 놀라운 일입니다. 배경 방사선으로 인해 깊은 공간이 실제로 차가운 것은 아닙니다 (2.73K). 지금까지 부메랑 성운은 본질적으로 가장 추운 곳이며 온도는 약 1k입니다.
음성 켈빈 온도
우리는 절대 제로에 도달 할 수 없지만 2013 년에 연구원들은 모션 자유도 측면에서 음의 켈빈 온도를 달성 한 칼륨 원자의 양자 가스를 만들었습니다. 반 직관적이지만 부정적인 온도는 실제로 절대 0보다 차갑지 않습니다. 실제로, 그들은 양의 온도보다 무한히 더 뜨거워 질 수 있습니다.
절대 제로 미만, 물질은 이상한 특성을 표시합니다. 예를 들어, 원자가 서로 끌고 음압을 발휘하지만 물질은 붕괴되지 않습니다. 이론적으로, 절대 제로 미만으로 작동하는 연소 엔진은 100%보다 큰 열역학적 효율을 가질 수 있습니다.
참조
- Arora, C.P. (2001). 열역학 . 타타 맥그로 힐. ISBN 978-0-07-462014-4.
- Medley, Patrick, et al. (2011 년 5 월). "초음파 원자의 스핀 그라디언트 탈기 냉각 냉각." 물리적 검토 편지. 106. doi.org/10.1103/PhysRevlett.106.195301
- Merali, Zeeya (2013). "양자 가스는 절대 제로 아래로갑니다." 자연 . doi :10.1038/nature.2013.12146
