WAT IS ABSOLUTE ZERO?

Send

Canadezen hebben niet veel om trots op te zijn, maar we kunnen u verwennen met ons vermogen om ijskoude temperaturen te weerstaan. Nu woon ik aan de westkust, dus ik ben zacht en zwak en ervaar zelden temperaturen onder het vriespunt.

Maar voor sommige van mijn Canadese broeders kunnen de temperaturen dalen tot niveaus die uw lichaam en geest nauwelijks kunnen bevatten. Ik heb bijvoorbeeld een vriend die in Winnipeg, Manitoba woont. Afgelopen winter daalde de temperatuur daar een dag lang met -31C, maar met de windkou voelde het als -50C. Diezelfde dag was het een zwoele -29C op Mars. Op Mars!

Maar voor wetenschappers en het heelal kan het veel kouder worden. Zo koud zelfs dat ze een heel andere temperatuurschaal gebruiken - Kelvin - om te meten hoe ver dingen verwijderd zijn van de koudst mogelijke temperatuur: Absolute Zero.

Op de schaal van Celsius is Absolute Zero -273,15 graden. En in Fahrenheit is het -459,67 graden. In de Kelvin-schaal is het echter heel eenvoudig. Absolute Zero is 0 Kelvin.

Op dit punt stuit een wetenschappelijke uitlegger op een mijnenveld van verkeerd gebruik. Het is geen 0 graden Kelvin, je zegt niet het gradengedeelte, alleen het Kelvin-gedeelte. Gewoon Kelvin.

Dit komt omdat wanneer je iets meet vanaf een willekeurig punt, zoals de richting die je zojuist hebt gedraaid, je van koers bent veranderd met 15 graden. Maar als je meet vanaf een absoluut punt, zoals de laagste door de natuur gedefinieerde fysieke temperatuur, laat je de graden zakken omdat het absoluut is. Een absolute nul.

Natuurlijk heb ik dat waarschijnlijk ook verkeerd begrepen. Dit spul is moeilijk.

Hoe dan ook, terug naar Absolute Zero.

Absolute Zero is de koudst mogelijke temperatuur die theoretisch kan worden bereikt. Op dit moment kan er geen warmte-energie worden onttrokken aan een systeem, kan er geen werk worden gedaan. Het is dood Jim.

Maar het is volledig theoretisch. Het is praktisch onmogelijk om iets af te koelen tot Absolute Zero. Om iets af te koelen, moet je eraan werken om er warmte uit te halen. Hoe kouder je wordt, hoe meer werk je moet doen. Om bij Absolute Zero te komen, moet je oneindig veel werk verzetten. En dat is belachelijk.

Zoals je waarschijnlijk in de natuurkunde- of scheikundeles hebt geleerd, vertaalt de temperatuur van een gas zich naar de beweging van de deeltjes in het gas. Terwijl u een gas afkoelt, vertragen de deeltjes door er warmte aan te onttrekken.

Je zou dan denken dat door iets af te koelen tot Absolute Zero, alle deeltjesbeweging in dat iets zou stoppen. Maar dat klopt niet.

Vanuit het oogpunt van de kwantummechanica kun je nooit de positie en het momentum van deeltjes tegelijkertijd kennen. Als de deeltjes zijn gestopt, weet je hun momentum (nul) en hun positie ... precies daar. Het universum en zijn natuurkundige wetten kunnen dat gewoon niet laten gebeuren. Dank het onzekerheidsprincipe van Heisenberg.

Daarom is er altijd een kleine beweging, zelfs als je bij Absolute Zero zou kunnen komen, wat je niet kunt. Maar je kunt er geen warmte meer uit halen.

De natuurkundige Robert Boyle was een van de eersten die de mogelijkheid overwoog dat er een zo laag mogelijke temperatuur was, die hij het primum frigidum noemde. In 1702 creëerde Guillaume Amontons een thermometer waarvan hij berekende dat die zou dalen tot -240 C. Eigenlijk redelijk dichtbij.

Maar het was Lord Kelvin, die deze absolute schaal creëerde in 1848, beginnend bij -273 C, of 0 Kelvin.

Door deze meting was Winnipeg, zelfs met zijn windchill, een zwoele 223 Kelvin op die winterse dag.

Het oppervlak van Pluto varieert daarentegen van een dieptepunt van 33 Kelvin tot een hoogtepunt van 55 Kelvin. Dat is -240 C tot -218 C.

De gemiddelde achtergrondtemperatuur over het hele universum is slechts 2,7 Kelvin. Je zult niet veel koude plekken vinden, tenzij je naar de uitgestrekte kosmische holtes gaat die clusters van sterrenstelsels scheiden.

Na verloop van tijd zal de achtergrondtemperatuur van het heelal blijven dalen, maar het zal nooit Absolute Zero bereiken. Zelfs in Googol-jaren, toen het laatste superzware zwarte gat eindelijk is verdampt en er geen bruikbare warmte meer is in het hele universum.

In feite noemen astronomen deze sombere toekomst de 'warmtedood' van het heelal. Het is hitte-dood, zoals in, de dood van alle hitte. En geluk.

Het zal je misschien verbazen te weten dat de koudste temperatuur in het hele universum hier op aarde is. Nou ja, soms toch. En ervan uitgaande dat de aliens geen betere technologie hebben dan wij, wat ze waarschijnlijk wel doen.

Op het moment dat ik deze video opneem, hebben natuurkundigen lasers gebruikt om Rubidium-87-gas af te koelen tot slechts 170 nanokelvin, een fractie boven Absolute Zero. Ze hebben zelfs een Nobelprijs gewonnen voor hun werk bij het ontdekken van Bose-Einstein-condensaten.

NASA werkt eigenlijk aan een nieuw experiment, het Cold Atom Lab genaamd, dat een versie van deze technologie naar het internationale ruimtestation ISS zal sturen, waar het materiaal moet kunnen afkoelen tot 100 picokelvin. Dat is koud.

Hier zijn je afhaalrestaurants. Absolute Zero is de koudste temperatuur die ooit kan worden bereikt, het punt waarop geen warmte-energie meer uit een systeem kan worden gehaald. Zeg nooit graden Kelvin, je zult zoveel huiveren. Het universum kan onze koude genererende vaardigheden nog niet evenaren. Neem dat universum.

Ik hoor graag de koudste temperatuur die je ooit persoonlijk hebt ervaren. Voor mij was het een bezoek aan Buffalo in december. Dat klopt niet.