html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

Как охладить газ ниже абсолютного нуля и соблюсти законы физики

Автор: Андрей Васильков 09 января 2013

Физики из Института квантовой оптики общества Макса Планка и университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене охладили изотопы калия-39 в газовой фазе до температуры ниже абсолютного нуля. Опубликованная по материалам исследований статья в журнале Science, её обсуждение в журнале Nature и других изданиях вызвали сильный резонанс.

Просвещённые читатели помнят, что абсолютный ноль практически недостижим, поэтому новость вызывает у них удивление и даже возмущение. Однако прежде, чем спорить, стоит определиться с терминологией. За последние годы термодинамика тоже преобразилась.

Изначально понятие температуры вводилось для систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия. Как физическая величина, температура характеризует среднюю кинетическую энергию частиц. Чем ниже температура, тем слабее тепловые колебания в системе и тем ниже её энтропия.

Абсолютный ноль – теоретическое состояние, в котором тепловые колебания отсутствуют, а энтропия системы нулевая. К такому состоянию можно неопределённо близко (асимптотически) приближаться. Недостижимость абсолютного нуля вытекает из третьего начала термодинамики.

Распределение энергетических состояний вблизи абсолютного нуля. Область положительных температур находится в верхней части рисунка (изображение: LMU/MPQ Munich)

Распределение энергетических состояний вблизи абсолютного нуля. Область положительных температур находится в верхней части рисунка (изображение: LMU/MPQ Munich)

Немецкие физики, опубликовавшие нашумевшую статью, и не думали покушаться на базовые принципы. В их работе ни слова не говорится о том, что абсолютный ноль был достигнут, – скорее, поясняется обратное.

Группа Шнайдера разместила отдельные атомы калия на подложке при помощи лазера и магнитных ловушек. Упорядоченные относительно друг друга атомы были охлаждены до температуры в несколько миллиардных долей градуса Кельвина и стабилизировались в близком к минимальному энергетическом состоянии.

Затем конфигурация внешнего магнитного поля была резко изменена. Энергия атомов возросла, но лазеры продолжали удерживать их на местах. Возникло локальное равновесное распределение в неравновесной квантовой системе, которое можно описать распределением Бозе-Эйнштейна, введя отрицательную абсолютную температуру.

Энтропия как функция внутренней энергии с минимальным и максимальным ограничением (изображение: Braun et al)

Энтропия как функция внутренней энергии с минимальным и максимальным ограничением (изображение: Braun et al)

Следует отметить, что в системе произошёл фазовый переход первого рода и температура скачкообразно изменилась на отрицательную. Абсолютный ноль при этом не был (и не мог быть) достигнут. Запрет Нернста соблюдён, а оперировать отрицательными величинами термодинамика не запрещает.

Более того, современная неравновесная термодинамика широко их использует с необходимыми допущениями и оговорками.

Распределения импульсов для положительных (слева) и отрицательных (справа) абсолютных температур (изображение: Braun et al)

Распределения импульсов для положительных (слева) и отрицательных (справа) абсолютных температур (изображение: Braun et al)

Сама абсолютная температура определяется через отношение производной энтропии к средней энергии системы. Поэтому значения температуры ниже абсолютного нуля можно условно ввести для математического описания неравновесных состояний квантовой системы, в которых существуют локальные равновесия, а более высокие уровни энергии встречаются чаще, чем низкие (инверсная населённость).

Такую отрицательную абсолютную температуру можно понимать как величину, описывающую состояние, при котором по мере роста средней энергии частиц энтропия убывает. В итоге получается такое же бесконечное приближение к абсолютному нулю, но только с другой стороны.

Термин «отрицательная абсолютная температура» — сравнительно новый. Он применим только к квантовым системам с конечным числом уровней. Разговоры о создании на «этом принципе» двигателей с КПД более 100 процентов беспочвенны.

Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с computerra.ru

6

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • computerra.ru
          • домен computerra.ru
          • домен blogs.computerra.ru

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции