Откуда взялось число −273,15 °C?
Из законов идеального газа. При постоянном давлении объём газа линейно уменьшается при охлаждении: на каждый градус — примерно на 1/273 от объёма при 0 °C. Если продолжить эту прямую до нуля объёма, получим −273,15 °C. Именно эту точку взяли за начало абсолютной (кельвиновой) шкалы температур, где нет отрицательных значений.
Что происходит с веществом вблизи абсолютного нуля?
Вещества при сверхнизких температурах демонстрируют удивительные свойства:
- Сверхпроводимость — электрическое сопротивление некоторых металлов обращается в ноль (ртуть — ниже 4,2 К).
- Сверхтекучесть — гелий-4 ниже 2,17 К течёт без трения (нулевая вязкость).
- Конденсат Бозе — Эйнштейна — многие атомы переходят в одно квантовое состояние, образуя «пятое агрегатное состояние».
Нулевые колебания: молекулы не могут остановиться
Принцип неопределённости Гейзенберга: чем точнее известен импульс частицы (=нуль при полной остановке), тем меньше мы знаем её координату. Поэтому даже при 0 К частицы совершают нулевые колебания — минимально допустимую квантовую активность. Жидкий гелий из-за нулевых колебаний остаётся жидким даже при 0 К (при нормальном давлении).
Почему абсолютный ноль недостижим?
Третье начало термодинамики (постулат Нернста): по мере охлаждения тела к нулю становится всё сложнее отвести «последние порции» тепла — нужно бесконечно много циклов охлаждения. Экспериментально учёные достигали температур в несколько наноkельвин (10−9 К) и даже пикокельвин, но точно до нуля — никогда.
Рекорды низких температур
- Температура реликтового фона Вселенной: 2,725 К (−270,4 °C).
- Жидкий гелий-4: 4,2 К при кипении при атм. давлении.
- Рекорд лаборатории: ~38 пикокельвин (2021, MIT — конденсат Бозе — Эйнштейна).
