ศูนย์สัมบูรณ์คืออะไร?

คำถามต่อไปนี้ถูกส่งถึงฉันเมื่อวานนี้:

คุณช่วยบอกฉันได้ไหมว่าศูนย์สัมบูรณ์หมายถึงอะไร เป็นไปได้อย่างไรที่อุณหภูมิจะต่ำกว่าค่านี้ไม่ได้? และถ้ามีศูนย์สัมบูรณ์เป็นขีดจำกัดอุณหภูมิที่ต่ำกว่า จะมีขีดจำกัดบนหรือไม่

ใช่ แท้จริงแล้วศูนย์สัมบูรณ์คืออุณหภูมิที่ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ที่ร่างกายจะมีได้ ในองศาเซลเซียสที่เราคุ้นเคย อุณหภูมินี้คือ -273.15 องศา

อุณหภูมิคืออะไร? เป็นการวัดปริมาณความร้อนของร่างกาย อุณหภูมิขึ้นอยู่กับอะไร? ทำไมร่างกายบางคนถึงมีอุณหภูมิสูงขึ้นและบางคนมีอุณหภูมิต่ำกว่า? อะไรทำให้พวกเขาแตกต่างจากกัน?

ความแตกต่างที่สำคัญคือความเร็วของการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนของอนุภาคที่ประกอบกันเป็นร่างกาย - อะตอมและโมเลกุล ยิ่งโมเลกุลและอะตอมเคลื่อนที่เร็วเท่าไร อุณหภูมิของร่างกายก็จะยิ่งสูงขึ้น ช้าลง และต่ำลงเท่านั้น วัตถุที่ได้รับความร้อนมีพลังงานจลน์เฉลี่ยสูงกว่าของอนุภาคที่ประกอบกันเป็นร่างกาย

เมื่อวัตถุเย็นลง — ความเร็วเฉลี่ยของอนุภาคที่ประกอบด้วยวัตถุนั้นจะลดลง ดังนั้น ศูนย์สัมบูรณ์จึงเป็นอุณหภูมิสมมุติที่การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอนุภาคหยุดลงโดยสิ้นเชิง

ทำไมต้องสมมุติ? เนื่องจากอุณหภูมิดังกล่าวไม่สามารถบรรลุได้ ในการทำให้ร่างกายเย็นลงจนถึงศูนย์สัมบูรณ์ทางอุณหพลศาสตร์ คุณจะต้องใช้สารทำความเย็นที่เย็นกว่าศูนย์สัมบูรณ์ แต่สิ่งนี้เป็นไปไม่ได้ เพื่อให้สารทำความเย็นมีอุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์สัมบูรณ์ พลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่ของอนุภาคจะต้องกลายเป็นลบ ซึ่งเป็นไปไม่ได้ — พลังงานจลน์เป็นสัดส่วนโดยตรงกับกำลังสองของความเร็วและมวล เพื่อให้มันกลายเป็นลบ ความเร็วจะต้องแสดงด้วยจำนวนเชิงซ้อน หรือมวลจะต้องกลายเป็นลบ

ร่างกายที่เย็นลงจนถึงอุณหภูมิใกล้ศูนย์สัมบูรณ์เริ่มแสดงคุณสมบัติที่น่าสนใจซึ่งไม่มีอยู่ในสภาวะปกติ เช่น ตัวนำยิ่งยวด ความเป็นของไหลยิ่งยวด ฯลฯ

โอเค ถ้าศูนย์สัมบูรณ์คือขีดจำกัดอุณหภูมิที่ต่ำกว่าที่เป็นไปได้ จะมีขีดจำกัดบนไหม และคำตอบคือใช่! ขีดจำกัดอุณหภูมิบนเรียกว่าอุณหภูมิของพลังค์ เท่ากับประมาณ 1.417×1⁰³² เคลวินหรือองศาเซลเซียส — ในมาตราส่วนนั้น ความแตกต่างระหว่างมาตราส่วนเซลเซียสกับมาตราส่วนเคลวินนั้นน้อยมากจนละเลยไม่ได้

ความหมายทางกายภาพของอุณหภูมิของพลังค์มีดังนี้: ความยาวคลื่นของแสงที่ปล่อยออกมาจากวัตถุที่มีความร้อนสามารถคำนวณเป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิได้ ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้นเท่าใด ความยาวคลื่นก็ยิ่งน้อยลงเท่านั้น ที่อุณหภูมิของพลังค์ ความยาวคลื่นของแสงที่ปล่อยออกมาจะเท่ากับค่าคงที่พื้นฐานอีกค่าหนึ่ง ซึ่งก็คือความยาวของพลังค์ (1.616×10-⁵ ม.) และผลกระทบของแรงโน้มถ่วงควอนตัมจะเริ่มทำงาน

อ่านเพิ่มเติม: เกินความเร็วแสง

ณ จุดนี้ ฟิสิกส์สมัยใหม่ถึงทางตัน เนื่องจากเรายังไม่มีทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมที่พัฒนาแล้ว ดังนั้นเราจึงไม่สามารถอธิบายพฤติกรรมของวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิของพลังค์ภายใต้กรอบของฟิสิกส์สมัยใหม่ได้อย่างน่าเชื่อถือ

สมมุติว่าเอกภพมีอุณหภูมิเท่ากับอุณหภูมิของพลังค์ในช่วงนาโนวินาทีแรกหลังบิกแบง แต่ก็ไม่แน่นอน

ตบมือถ้าคุณต้องการดูบทความเพิ่มเติมเกี่ยวกับอวกาศในฟีดของคุณ!

สมัครสมาชิกช่องของเราและถามคำถามของคุณ ซึ่งฉันจะตอบในบทความต่อไปนี้