האפס המוחלט

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

האפס המוחלט הוא הטמפרטורה הנמוכה ביותר שחומר יכול להגיע אליה, 273.15- מעלות צלזיוס, 459.67- מעלות פרנהייט או אפס קלווין. המדען הבריטי, לורד קלווין קבע באופן תאורטי בשנת 1848 כי לא תיתכן טמפרטורה נמוכה מזו. עד לאחרונה היה נהוג לחשוב שזוהי טמפרטורה שמבחינה תאורטית אי אפשר לרדת מתחת אליה, ומעשית גם לא להגיע אליה ממש, אך תאוריות קוונטיות חדשות טוענות שאין הדבר כך וכמה ניסויים הראו תוצאות שיכולות להתפרש כטמפרטורה מתחת לאפס המוחלט.‏[1]

אם רואים את הטמפרטורה כמדד של האנרגיה הקינטית הלא מסודרת של החלקיקים, מתבררים גבולות הטמפרטורה. הגבול העליון הוא מצב בו החלקיקים נעים באופן אקראי במהירות הקרובה למהירות האור והגבול התחתון הוא טמפרטורה בה תנועת החלקיקים נעצרת לגמרי, ועל כן אין להם אנרגיה קינטית.

אולם לפי תורת הקוונטים מצב זה אינו אפשרי, עקב עקרון אי הוודאות: במצב שבו כל החלקיקים חסרי תנועה, הן מיקומם והן התנע שלהם ודאיים, ודבר זה לא ייתכן. לכן מבחינה קוונטית האפס המוחלט הוא מצב שבו מערכת נמצאת במצב היסוד האנרגטי שלה, והאנרגיה שלה היא האנרגיה של מצב זה.

בעת קירור של חומרים מסוימים לטמפרטורה הקרובה לאפס המוחלט, מתגלות תופעות קוונטיות רבות, בהן מוליכות על ונוזליות-על. התפלגות החלקיקים ברמות האנרגיה השונות תלויה בטמפרטורה. שתי ההתפלגויות הנובעות מתורת הקוונטים- פרמי-דיראק ובוז-איינשטיין ישאפו בטמפרטורות גבוהות מספיק להתפלגות בולצמן הקלאסית, או במילים אחרות - האנרגיה הקינטית גבוהה מספיק כך שההפרש בין רמות האנרגיה הבדידות הוא חסר משמעות. בטמפרטורות נמוכות יחסית יתגלה האופי הקוונטי של החלקיקים, ואיתו מגוון תופעות פיזיקליות חדשות.

טמפרטורות שנמדדו קרוב לאפס המוחלט[עריכת קוד מקור | עריכה]

לא ניתן לקרר חומר לטמפרטורת האפס המוחלט, אבל ניתן להגיע לרמות קרובות אליו.

בספטמבר 2003 הצליחו וולפנג קטרל ושותפיו למחקר במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס לקרר אטומי סידן לטמפרטורה של 450pK או ‎4.5×10-10 K‎, כלומר פחות מחצי מיליארדית המעלה מעל האפס המוחלט.

בערפילית הבומרנג, הנמצאת בקבוצת הכוכבים קנטאורוס, נמדדה בפברואר 2003 טמפרטורה של 272.15- מעלות צלזיוס, או קלווין אחד מעל האפס המוחלט. זוהי הטמפרטורה הנמוכה ביותר שנמדדה מחוץ למעבדה. הערפילית נמצאת במרחק של כ-5000 שנות אור ממערכת השמש.

מדידת האפס המוחלט[עריכת קוד מקור | עריכה]

ישנן מגוון תופעות התלויות בטמפרטורה של החומר. בחלקן ניתן להניח כי כאשר החלקיקים יפסיקו את תנועתם התופעה תיעלם גם היא, ולכן על ידי אקסטרפולציה לנבא את ערכו של האפס המוחלט. דוגמה אחת למדידה נסיונית כזו היא מדידת רעש תרמי בנגד, שזהו אות חשמלי אקראי הנובע מתנועתם האקראית של האלקטרונים בחומר. עוצמתו של הרעש (ריבוע המתח הנוצר) תלוי לינארית בטמפרטורה.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ דר. משה נחמני, ‏גז קוונטי בטמפרטורה מתחת לאפס המוחלט, באתר "הידען", 13 בינואר 2013
P physics.svg ערך זה הוא קצרמר בנושא פיזיקה. אתם מוזמנים לתרום לוויקיפדיה ולהרחיב אותו.