Žemiausia temperatūra Visatoje. Mokslininkai skelbia, ar įmanoma pasiekti absoliutų nulį

Absoliutaus nulio temperatūra yra žemiausia temperatūra, kuri gali egzistuoti Visatoje, ir yra minus 273,15 laipsnių Celsijaus arba 0 kelvinų. Tai daug žemesnė nei vidutinė temperatūra erdvėje. Tai net šalčiau nei kosmosas. Kol kas niekas, apie ką mokslininkai žino, nepasiekė absoliutaus nulio. Bet ar apskritai įmanoma pasiekti tokią vertę? Apie tai rašo „Live Science“.

Norėdami pradėti, turime suprasti, kas yra temperatūra. Žmonės įpratę manyti, kad tai yra šaltumo ar karštumo matas. Bet iš tikrųjų tai yra visų sistemos dalelių energijos arba vibracijų matas. Karšti objektai turi daugiau energijos, todėl jų dalelės vibruoja greičiau. Taškas, kuriame dalelės visiškai neturi energijos ir todėl nustoja judėti, vadinamas absoliučiu nuliu.

Mokslininkai stengiasi pasiekti žemiausią temperatūrą, nes sulėtėjus dalelėms atsiranda daug įdomių kvantinių efektų. Pasak Sankalpo Ghosh iš Indijos technologijos instituto Delyje, pagrindinis kvantinės mechanikos principas yra dalelių ir bangų dualizmas. Tai reiškinys, kai dalelės, pavyzdžiui, šviesa, gali elgtis kaip dalelės arba kaip bangos.

Tačiau atskirų dalelių ar bangų sekti neįmanoma, kaip ir didesnių objektų atveju. Tai išplaukia iš Heisenbergo neapibrėžtumo principo, kuris kiekybiškai įvertina kvantinių mechaninių matavimų tikimybę. Tai yra, kai tiksliai išmatuojama dalelės padėtis, jos impulsas yra mažiau žinomas ir atvirkščiai. Ši tikimybinė prigimtis suteikia kvantinei mechaninei dalelei bangos pobūdį.

Kvantinės bangos elgsenos laipsnis išreiškiamas terminiu bangos ilgio ir atstumo tarp dalelių santykiu (de Broglie skaičius). Tik tada, kai temperatūra nukrenta ir dalelės tampa šaltesnės, keisti kvantiniai efektai pradeda žlugti. Pasak Gauche, santykis didėja, kai temperatūra mažėja, o esant absoliučiam nuliui, jis iš tikrųjų lygus begalybei. Dėl šios priežasties atsiranda tokie kvantiniai reiškiniai kaip supertakumas, superlaidumas ir ultrašalta atominė kondensacija.

Praėjusio amžiaus 10-ajame dešimtmetyje, eksperimentuodami, siekdami pasiekti žemiausią temperatūrą ir tirdami keistus kvantinius efektus, mokslininkai naudojo lazerio aušinimo metodą. Pasak Christopherio Foote'o iš Oksfordo universiteto, lazerio pagalba atomai buvo sulėtinti, temperatūra nukrito iki minus 272,15 Celsijaus. To pakako, kad pamatytume kvantinį poveikį kietose objektuose ir skysčiuose, tačiau dujoms reikia žemesnės temperatūros.

Žemiausią kada nors laboratorijoje užfiksuotą temperatūrą mokslininkai iš Vokietijos pasiekė 2021 m. Eksperimento, žinomo kaip magnetinės gaudyklės aušinimas, metu dujinės dalelės pasiekė neįtikėtinus 38 pikokelvinus arba 1/38 trilijardinę Celsijaus laipsnio dalį, o to pakanka, kad būtų galima stebėti kvantinį poveikį dujose. Bet ar prasminga bandyti medžiagas dar labiau atvėsinti? Pasak Foot‘o, tai neturi prasmės, nes mokslininkai labiau suinteresuoti stebėti kvantinius efektus nei pasiekti absoliutų nulį.

Kol kas mokslininkai negali pasiekti temperatūros, žemesnės nei 38 pikokelvinai virš absoliutaus nulio. Mokslininkai mano, kad net jei tai pavyks, šiuolaikiniai prietaisai negalės to tiksliai parodyti. Norint išmatuoti absoliučią nulinę temperatūrą, reikėtų be galo tikslaus termometro, kuris yra už esamų matavimo sistemų ribų.