Skocz do zawartości




Zdjęcie

Zimniej niż zero absolutne


  • Zaloguj się, aby dodać odpowiedź
15 odpowiedzi w tym temacie

#1

Amontillado.
  • Postów: 631
  • Tematów: 50
  • Płeć:Mężczyzna
  • Artykułów: 21
Reputacja znakomita
Reputacja

Napisano

*
Popularny

Lord Kelvin obliczył w XIX wieku temperaturę kryształu doskonałego, w którym ustały wszelkie drgania cząstek. Tym samym stworzył on skalę, w której zero oznacza minimalną temperaturę jaką materia może osiągnąć - dzięki czemu znacznie ułatwił on wszelkie obliczenia swoim kolegom po fachu. Teraz fizykom udało się stworzyć gaz, który przekroczył tę magiczną granicę otwierając furtkę dla materiałów o temperaturach poniżej zera absolutnego.


Dołączona grafika



Zero bezwzględne - jak odkryli po Kelvinie inni fizycy - oznacza stan, w którym energia wszystkich elementów układu termodynamicznego osiąga najniższy z możliwych stanów. W latach 50 XX wieku na horyzoncie pojawiły się jednak wieści o teoretycznej możliwości istnienia bardziej egzotycznych układów, w których nie zawsze tak musi być.

Teraz niemieckim naukowcom udało się stworzyć gaz składający się z atomów potasu, w którym przy wykorzystaniu laserów i pola magnetycznego utrzymano atomy w idealnym układzie kratownicy. W temperaturach powyżej zera absolutnego taka struktura jest stabilna gdyż poszczególne atomy się odpychają.

Następnie naukowcy szybko zmienili pole magnetyczne przez co atomy zaczęły się przyciągać. To błyskawicznie zmieniło ich stan energetyczny z najbardziej stabilnego - najniższego - w najwyższy z możliwych. Normalnie doprowadziłoby to do niestabilności układu i atomy zapadłyby się do jego wnętrza, jednak badacze ustawili trzymające atomy w miejscu lasery tak, aby te utrzymały się w miejscu.

Dzięki temu udało im się zaobserwować zmianę temperatury z ułamków powyżej zera absolutnego do kilku miliardowych Kelvina poniżej tej, jak uważano wcześniej - nieprzekraczalnej - granicy.

Okazało się, że taki gaz o temperaturze poniżej zera bezwzględnego dokładnie odwzorowuje tajemniczą ciemną energię - która według kosmologów jest siłą powodującą, że Wszechświat rozszerza się w coraz szybszym tempie.


Obserwacja tego egzotycznego stanu energii może zatem przynieść odpowiedzi na kilka fundamentalnych pytań, nie mówiąc już o potencjalnych zastosowaniach w technologiach rodem z science-fiction. Z ich pomocą może się bowiem udać stworzyć zupełnie nowe formy materii.

___________________________________

Źródło: I
Inne źródła polskie: II, III
Źródła zagraniczne: IV, V
  • 24



#2

MEfi..
  • Postów: 412
  • Tematów: 3
  • Płeć:Mężczyzna
Reputacja bardzo dobra
Reputacja

Napisano

Za Wikipedią:



Według definicji temperatury opartej na entropii, możliwe jest istnienie ujemnych temperatur w skali Kelvina. Temperatura zdefiniowana jest jako:

Dołączona grafikagdzie S – entropia, U – energia układu. Możliwa jest sytuacja, gdy dostarczanie energii do układu powoduje spadek entropii czyli wzrost uporządkowania w układzie. Sytuacji takiej nie można uzyskać w wyniku ochładzania, ale występuje ona w ośrodku z inwersją obsadzeń stanów energetycznych, np. w napompowanym ośrodku laserowym. W ośrodku tym większość elektronów jest w wyższym stanie energetycznym. Dodawanie energii (pompowanie ośrodka) jeszcze zwiększa liczbę elektronów w wyższym stanie energetycznym, czyli zwiększa porządek. Oznacza to, że zwiększenie energii powoduje spadek entropii, a więc pochodna entropii po energii jest ujemna. Określona powyższym wzorem temperatura układu elektronów w atomach jest więc ujemna.

Błąd polega na zastosowaniu rozkładu Boltzmanna do sytuacji, której ten rozkład nie opisuje. Tak określona temperatura nie jest temperaturą substancji, w której zachodzi to zjawisko, energia atomów jako układu termodynamicznego ma temperaturę bezwzględną dodatnią. Te dwa układy termodynamiczne są w kontakcie, a w wyniku zderzeń między atomami energia elektronów może być przekształcona na energię kinetyczną atomów. Dlatego ten układ jako całość nie jest stabilny, nie jest stanem równowagi i nie może być opisywany przy użyciu rozkładu Boltzmanna. Otrzymanie rzeczywiście ujemnych temperatur jest w tym sensie możliwe tylko dla nie spotykanych w rzeczywistości układów o energii ograniczonej z góry.

Traktując temperaturę klasycznie jako miarę średniej energii kinetycznej cząsteczek, nie można uzyskać energii kinetycznej mniejszej niż zero – jeżeli cząsteczki nie poruszają się, nie mogą poruszać się wolniej.






Czyli po ludzku: mocno to naciągane, bo żeby uzyskać taki stan, należy w układ wpompować mnóstwo energii i nie da się bez niej takiego stabilnego stanu uzyskać.

Reasumując - grawitacja też nie może być ujemna, ale przykładając energię można uzyskać stan kiedy jest niwelowana, ale nazywać to "ujemną grawitacją", albo "antygrawitacją" to już mooocne nadużycie.




Niemniej, zachowanie materii w takich warunkach faktycznie może być interesujące.





  • 4



#3

Vaqowsky.
  • Postów: 780
  • Tematów: 12
  • Płeć:Mężczyzna
Reputacja dobra
Reputacja

Napisano

W ogole naukowcy są czasem tępi jakby byli ze średniowiecza. Ustanawiać jakąś niby granice absolutnego zera, że niżej się nie da to jakaś kpina w momencie gdy dopiero odkrywamy technologie i przeżywamy niesamowity postęp technologiczny. Zejście poniżej "zera absolutnego" to napewno kwestia czasu. Zapewne dzieki temu odkryjemy mnóstwo nowych rewolucyjnych technologii :)
  • -7

#4

Karaś.
  • Postów: 365
  • Tematów: 7
  • Płeć:Mężczyzna
Reputacja bardzo dobra
Reputacja

Napisano

W ogole naukowcy są czasem tępi jakby byli ze średniowiecza. Ustanawiać jakąś niby granice absolutnego zera, że niżej się nie da to jakaś kpina w momencie gdy dopiero odkrywamy technologie i przeżywamy niesamowity postęp technologiczny. Zejście poniżej "zera absolutnego" to napewno kwestia czasu. Zapewne dzieki temu odkryjemy mnóstwo nowych rewolucyjnych technologii :)


Może dlatego, że pojęcie "zera absolutnego" ma kilkaset lat...?
  • 3

#5

Morningstar.

    לוציפר

  • Postów: 412
  • Tematów: 25
  • Płeć:Mężczyzna
Reputacja znakomita
Reputacja

Napisano

Temperatura ta odpowiada −273,15 °C = 0 K. z Wiki.

http://pl.wikipedia....ro_bezwzględne

Słyszałem że przy takiej temperaturze nawet szkło się topi..

Użytkownik Carmel edytował ten post 17.01.2013 - 17:23

  • -1



#6

Pit.

    pies Darwina

  • Postów: 1033
  • Tematów: 28
  • Płeć:Mężczyzna
  • Artykułów: 2
Reputacja bardzo dobra
Reputacja

Napisano

Carmel, szkło się topi przy około +400 stopniach Celsjusza ;)
  • 0



#7

MEfi..
  • Postów: 412
  • Tematów: 3
  • Płeć:Mężczyzna
Reputacja bardzo dobra
Reputacja

Napisano

Ogólnie rzecz biorąc, to nawet w normalnych warunkach szkło zachowuje się trochę podobnie do cieczy, kiedyś niektórzy badacze uważali że szkło jest cieczą...
(taki mały offtop)
Wracając do tematu szkło w temperaturze zbliżonej do 0 K będzie jak najbardziej substancją stałą.
  • 1



#8

Morningstar.

    לוציפר

  • Postów: 412
  • Tematów: 25
  • Płeć:Mężczyzna
Reputacja znakomita
Reputacja

Napisano

Misie, jak znajdę wątek to udowodnię, aczkolwiek możecie nie wierzyć -273 topi szkło..


http://rly.pl/ciekaw...rze-absolutnym/

Użytkownik Carmel edytował ten post 18.01.2013 - 14:09

  • 0



#9

Amontillado.
  • Postów: 631
  • Tematów: 50
  • Płeć:Mężczyzna
  • Artykułów: 21
Reputacja znakomita
Reputacja

Napisano

Carmel ma trochę racji - w zeszłym roku naukowcy z Uniwersytetu Columbia w Nowym Jorku ogłosili, że teoretycznie jest możliwe aby szkło stopiło się poprzez ochładzanie do temperatury zera absolutnego. Jednak aby się to stało trzeba by ochłodzić szkło szybko - wykorzystując duże fluktuacje kwantowe.

Kiedy publikowano to odkrycie bazowano na symulacjach komputerowych - nie wiem czy od tego czasu coś w tej sprawie ruszyło i czy potwierdzono to w badaniach oraz doświadczeniach laboratoryjnych.

ARTYKUŁ ANGIELSKI
ARTYKUŁ POLSKI

________________________________________________

EDIT: O, był na forum nawet temat o tym:

Szkło topi się przy zerze absolutnym
  • 0



#10

MEfi..
  • Postów: 412
  • Tematów: 3
  • Płeć:Mężczyzna
Reputacja bardzo dobra
Reputacja

Napisano

Wszystko się zgadza, ale są to szczególne warunki. Takie środowiska i warunki nie występują naturalnie, nie są stabilne, wymagają określonych interwencji - czy to przez dostarczenie energii, czy to przez odpowiednie zachowanie otoczenia. W odpowiednich warunkach wodór staje się metalem - co nie znaczy, że można powiedzieć że nim jest.

Oczywiście zgadzam się że takie zagadnienia są bardzo ciekawe, mogą nas wiele nauczyć, fizyka (i nie tylko) może sporo zyskać - być może będzie można nawet niektóre z tych zjawisk wykorzystać praktycznie. Badając pewne szczególne warunki odkryto np. nadprzewodnictwo.
  • 0



#11

Zaciekawiony.
  • Postów: 7734
  • Tematów: 80
  • Płeć:Mężczyzna
  • Artykułów: 4
Reputacja znakomita
Reputacja

Napisano

Ogółem rzecz polega na tym, że stopnie robią się ujemne w jednej z definicji.

Definicja klasyczna mówi o ilości energii kinetycznej, w związku z czym stan o mniejszej energii niż kryształ doskonały z  całkowitym bezruchem, istnieć nie może. Jest jeszcze parę takich sytuacji - istnieje pewien rodzaj gazu, który po zwiększeniu ciśnienia zwiększa objętość, więc zgodnie z  definicją ma ujemną ściśliwość.


  • 2



#12

Karaś.
  • Postów: 365
  • Tematów: 7
  • Płeć:Mężczyzna
Reputacja bardzo dobra
Reputacja

Napisano

Ogólnie rzecz biorąc, to nawet w normalnych warunkach szkło zachowuje się trochę podobnie do cieczy, kiedyś niektórzy badacze uważali że szkło jest cieczą...
(taki mały offtop)
Wracając do tematu szkło w temperaturze zbliżonej do 0 K będzie jak najbardziej substancją stałą.

 

Chodzi o tzw. spływanie szkła? (zaobserwowano grubsze szkło w dolnej części starych (kilkusetletnich) witraży i szyb). Z tego co czytałem jest to po prostu skutek dawnego, prymitywniejszego hutnictwa - logiczniejszym się wydawało umieścić je grubszą częścią na dole. Aczkolwiek nie zostało to jednoznacznie rozstrzygnięte ze względu na naturę szkła - http://www.phys.ncku...lass/glass.html


  • 0

#13 Gość_osiris

Gość_osiris.
  • Tematów: 0

Napisano

Albo słabo szukałem ale nie znalazłem jednej informacji, która mnie nurtuje po lekturze tego tematu.

Z jakiego szkła wykonano iluminatory statków kosmicznych i jak t się ma to temperatury próżni oraz drastycznych zmian temperatur od słonecznej i zaciemnionej strony statku.

Już sobie wyobrażam, wyciekający iluminator. ;-)


  • 0

#14

noxili.
  • Postów: 2788
  • Tematów: 17
  • Płeć:Mężczyzna
Reputacja znakomita
Reputacja

Napisano

Co do zmian temperatury to staosuje sie  szkła borowokrzemowe, modyfikowane typu Vycor,lub tańsze Pyrexy  Z Pyrexu(prawie zerowy współczynnik rozszerzalnosci)jest np zrobione lustro Hubbla(a z tańszych amatorskich  teleskopów to  od jakiegoś czasu robi sie choćby lustra Synt.)


  • 0



#15

Angelus Maximus Rex.
  • Postów: 7
  • Tematów: 0
Reputacja Nieszczególna
Reputacja

Napisano

Lord Kelvin obliczył w XIX wieku temperaturę kryształu doskonałego, w którym ustały wszelkie drgania cząstek. Tym samym stworzył on skalę, w której zero oznacza minimalną temperaturę jaką materia może osiągnąć - dzięki czemu znacznie ułatwił on wszelkie obliczenia swoim kolegom po fachu. Teraz fizykom udało się stworzyć gaz, który przekroczył tę magiczną granicę otwierając furtkę dla materiałów o temperaturach poniżej zera absolutnego.


1oq136.jpg



Zero bezwzględne - jak odkryli po Kelvinie inni fizycy - oznacza stan, w którym energia wszystkich elementów układu termodynamicznego osiąga najniższy z możliwych stanów. W latach 50 XX wieku na horyzoncie pojawiły się jednak wieści o teoretycznej możliwości istnienia bardziej egzotycznych układów, w których nie zawsze tak musi być.

Teraz niemieckim naukowcom udało się stworzyć gaz składający się z atomów potasu, w którym przy wykorzystaniu laserów i pola magnetycznego utrzymano atomy w idealnym układzie kratownicy. W temperaturach powyżej zera absolutnego taka struktura jest stabilna gdyż poszczególne atomy się odpychają.

Następnie naukowcy szybko zmienili pole magnetyczne przez co atomy zaczęły się przyciągać. To błyskawicznie zmieniło ich stan energetyczny z najbardziej stabilnego - najniższego - w najwyższy z możliwych. Normalnie doprowadziłoby to do niestabilności układu i atomy zapadłyby się do jego wnętrza, jednak badacze ustawili trzymające atomy w miejscu lasery tak, aby te utrzymały się w miejscu.

Dzięki temu udało im się zaobserwować zmianę temperatury z ułamków powyżej zera absolutnego do kilku miliardowych Kelvina poniżej tej, jak uważano wcześniej - nieprzekraczalnej - granicy.

Okazało się, że taki gaz o temperaturze poniżej zera bezwzględnego dokładnie odwzorowuje tajemniczą ciemną energię - która według kosmologów jest siłą powodującą, że Wszechświat rozszerza się w coraz szybszym tempie.


Obserwacja tego egzotycznego stanu energii może zatem przynieść odpowiedzi na kilka fundamentalnych pytań, nie mówiąc już o potencjalnych zastosowaniach w technologiach rodem z science-fiction. Z ich pomocą może się bowiem udać stworzyć zupełnie nowe formy materii.

 

 Dla kompletu informacji należałoby podać jaki instrument był użyty do pomiaru tej temperatury

No nie mógłbyc użyty instrument bezpośredni, lecz instrument empiryczny, obliczeniowy nie dajacy gwarancji rzetelności pomiaru. - pozdrawiam
___________________________________

Źródło: I
Inne źródła polskie: II, III
Źródła zagraniczne: IV, V


W ogole naukowcy są czasem tępi jakby byli ze średniowiecza. Ustanawiać jakąś niby granice absolutnego zera, że niżej się nie da to jakaś kpina w momencie gdy dopiero odkrywamy technologie i przeżywamy niesamowity postęp technologiczny. Zejście poniżej "zera absolutnego" to napewno kwestia czasu. Zapewne dzieki temu odkryjemy mnóstwo nowych rewolucyjnych technologii :)

... Sądzę, że zejście poniżej zera bezwzględnego jest takk mozliwe jak podskok powyżej swojego pępka


Za Wikipedią:
 


Według definicji temperatury opartej na entropii, możliwe jest istnienie ujemnych temperatur w skali Kelvina. Temperatura zdefiniowana jest jako:

4382bef2064bdc7440747dbaeeacb74d.pnggdzie S – entropia, U – energia układu. Możliwa jest sytuacja, gdy dostarczanie energii do układu powoduje spadek entropii czyli wzrost uporządkowania w układzie. Sytuacji takiej nie można uzyskać w wyniku ochładzania, ale występuje ona w ośrodku z inwersją obsadzeń stanów energetycznych, np. w napompowanym ośrodku laserowym. W ośrodku tym większość elektronów jest w wyższym stanie energetycznym. Dodawanie energii (pompowanie ośrodka) jeszcze zwiększa liczbę elektronów w wyższym stanie energetycznym, czyli zwiększa porządek. Oznacza to, że zwiększenie energii powoduje spadek entropii, a więc pochodna entropii po energii jest ujemna. Określona powyższym wzorem temperatura układu elektronów w atomach jest więc ujemna.

Błąd polega na zastosowaniu rozkładu Boltzmanna do sytuacji, której ten rozkład nie opisuje. Tak określona temperatura nie jest temperaturą substancji, w której zachodzi to zjawisko, energia atomów jako układu termodynamicznego ma temperaturę bezwzględną dodatnią. Te dwa układy termodynamiczne są w kontakcie, a w wyniku zderzeń między atomami energia elektronów może być przekształcona na energię kinetyczną atomów. Dlatego ten układ jako całość nie jest stabilny, nie jest stanem równowagi i nie może być opisywany przy użyciu rozkładu Boltzmanna. Otrzymanie rzeczywiście ujemnych temperatur jest w tym sensie możliwe tylko dla nie spotykanych w rzeczywistości układów o energii ograniczonej z góry.

Traktując temperaturę klasycznie jako miarę średniej energii kinetycznej cząsteczek, nie można uzyskać energii kinetycznej mniejszej niż zero – jeżeli cząsteczki nie poruszają się, nie mogą poruszać się wolniej.
 






Czyli po ludzku: mocno to naciągane, bo żeby uzyskać taki stan, należy w układ wpompować mnóstwo energii i nie da się bez niej takiego stabilnego stanu uzyskać.

Reasumując - grawitacja też nie może być ujemna, ale przykładając energię można uzyskać stan kiedy jest niwelowana, ale nazywać to "ujemną grawitacją", albo "antygrawitacją" to już mooocne nadużycie.




Niemniej, zachowanie materii w takich warunkach faktycznie może być interesujące.
 Osiągnięcie temperatury ponizej -273,15st C ( 0 st  K) jest tak mozliwe jak podskoczenie powyżej swojego pępka

 


  • -2


 

Użytkownicy przeglądający ten temat: 0

0 użytkowników, 0 gości oraz 0 użytkowników anonimowych

stat4u