क्या आपने कभी सोचा है कि तापमान कितना ठंडा हो सकता है? निरपेक्ष शून्य क्या है? क्या मानवता कभी इसे हासिल कर पाएगी और ऐसी खोज के बाद कौन से अवसर खुलेंगे? ये और इसी तरह के अन्य सवालों ने कई भौतिकविदों और बस जिज्ञासु लोगों के दिमाग में लंबे समय से कब्जा कर लिया है।

निरपेक्ष शून्य क्या है

भले ही आपको बचपन से भौतिकी पसंद न हो, लेकिन आप शायद तापमान की अवधारणा को जानते हैं। आणविक गतिज सिद्धांत के लिए धन्यवाद, अब हम जानते हैं कि इसके और अणुओं और परमाणुओं की गति के बीच एक निश्चित स्थिर संबंध है: किसी भी भौतिक शरीर का तापमान जितना अधिक होगा, उसके परमाणु उतनी ही तेजी से आगे बढ़ेंगे, और इसके विपरीत। प्रश्न उठता है: "क्या ऐसी कोई निचली सीमा है जिस पर प्राथमिक कण अपने स्थान पर जम जाएंगे?"। वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि सैद्धांतिक रूप से ऐसा संभव है, थर्मामीटर -273.15 डिग्री सेल्सियस के आसपास होगा। इस मान को निरपेक्ष शून्य कहा जाता है। दूसरे शब्दों में, यह न्यूनतम संभव सीमा है जिसके लिए एक भौतिक शरीर को ठंडा किया जा सकता है। यहां तक ​​​​कि एक निरपेक्ष तापमान पैमाना (केल्विन स्केल) है, जिसमें निरपेक्ष शून्य संदर्भ बिंदु है, और पैमाने का इकाई विभाजन एक डिग्री के बराबर है। दुनिया भर के वैज्ञानिक इस मूल्य को प्राप्त करने के लिए काम करना बंद नहीं करते हैं, क्योंकि यह मानव जाति के लिए महान संभावनाओं का वादा करता है।

यह इतना महत्वपूर्ण क्यों है

अत्यधिक निम्न और अत्यधिक उच्च तापमान अतिप्रवाहिता और अतिचालकता की अवधारणा से निकटता से संबंधित हैं। सुपरकंडक्टर्स में विद्युत प्रतिरोध के गायब होने से दक्षता के अकल्पनीय मूल्यों को प्राप्त करना और किसी भी ऊर्जा हानि को समाप्त करना संभव हो जाएगा। यदि ऐसा कोई रास्ता खोजना संभव हो जो किसी को "पूर्ण शून्य" के मूल्य तक स्वतंत्र रूप से पहुंचने की अनुमति दे, तो मानव जाति की कई समस्याओं का समाधान हो जाएगा। रेल, लाइटर और छोटे इंजन, ट्रांसफॉर्मर और जनरेटर, उच्च-परिशुद्धता मैग्नेटोएन्सेफलोग्राफी, उच्च-सटीक घड़ियों पर मँडराती हुई ट्रेनें कुछ उदाहरण हैं जो सुपरकंडक्टिविटी हमारे जीवन में ला सकती हैं।

नवीनतम वैज्ञानिक उपलब्धियां

सितंबर 2003 में, एमआईटी और नासा के शोधकर्ताओं ने सोडियम गैस को सर्वकालिक निम्न स्तर पर ठंडा करने में कामयाबी हासिल की। प्रयोग के दौरान, वे फिनिश लाइन (पूर्ण शून्य) से एक डिग्री कम का केवल आधा अरबवां हिस्सा थे। परीक्षणों के दौरान, सोडियम हमेशा एक चुंबकीय क्षेत्र में था, जो इसे कंटेनर की दीवारों को छूने से रोकता था। यदि तापमान अवरोध को दूर करना संभव होता, तो गैस में आणविक गति पूरी तरह से बंद हो जाती, क्योंकि इस तरह की शीतलन सोडियम से सारी ऊर्जा निकाल देगी। शोधकर्ताओं ने एक तकनीक लागू की जिसके लेखक (वोल्फगैंग केटरले) को 2001 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार मिला। किए गए परीक्षणों में प्रमुख बिंदु गैसीय बोस-आइंस्टीन संघनन प्रक्रियाएं थीं। इस बीच, किसी ने अभी तक ऊष्मप्रवैगिकी के तीसरे नियम को रद्द नहीं किया है, जिसके अनुसार निरपेक्ष शून्य न केवल एक दुर्गम है, बल्कि एक अप्राप्य मूल्य भी है। इसके अलावा, हाइजेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत लागू होता है, और परमाणु बस अपने ट्रैक में मृत नहीं हो सकते। इस प्रकार, कुछ समय के लिए, तापमान का पूर्ण शून्य विज्ञान के लिए अप्राप्य रहता है, भले ही वैज्ञानिक इसे नगण्य रूप से कम दूरी पर पहुंचने में सक्षम हो।

किसी भी माप के लिए एक संदर्भ बिंदु की आवश्यकता होती है। तापमान कोई अपवाद नहीं है। फ़ारेनहाइट पैमाने के लिए, ऐसा शून्य चिह्न टेबल नमक के साथ मिश्रित बर्फ का तापमान है, सेल्सियस पैमाने के लिए, पानी का हिमांक। लेकिन एक विशेष तापमान संदर्भ बिंदु है - पूर्ण शून्य। निरपेक्ष तापमान शून्य शून्य से नीचे 273.15 डिग्री सेल्सियस, शून्य फ़ारेनहाइट से नीचे 459.67 से मेल खाता है। केल्विन तापमान पैमाने के लिए, यह तापमान ही शून्य चिह्न है।

परम शून्य तापमान का सार

निरपेक्ष शून्य की अवधारणा तापमान के बहुत सार से आती है। किसी भी पिंड में ऊर्जा होती है जो वह गर्मी हस्तांतरण के दौरान बाहरी वातावरण को देता है। इस मामले में, शरीर का तापमान कम हो जाता है, अर्थात। कम ऊर्जा बची है। सैद्धांतिक रूप से, यह प्रक्रिया तब तक जारी रह सकती है जब तक कि ऊर्जा की मात्रा इतनी कम न हो जाए कि शरीर अब इसे नहीं दे सकता।
इस तरह के विचार का एक दूर का अग्रदूत एमवी लोमोनोसोव में पहले से ही पाया जा सकता है। महान रूसी वैज्ञानिक ने "रोटरी" गति द्वारा ऊष्मा की व्याख्या की। इसलिए, शीतलन की सीमित डिग्री इस तरह के आंदोलन का पूर्ण विराम है। आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, परम शून्य तापमान पदार्थ की एक अवस्था है जिसमें अणुओं का ऊर्जा स्तर न्यूनतम संभव होता है। कम ऊर्जा के साथ, अर्थात्। कम तापमान पर, कोई भौतिक शरीर मौजूद नहीं हो सकता।

सिद्धांत और अभ्यास

निरपेक्ष शून्य तापमान एक सैद्धांतिक अवधारणा है, इसे व्यावहारिक रूप से प्राप्त करना असंभव है, सिद्धांत रूप में, यहां तक ​​​​कि सबसे परिष्कृत उपकरणों के साथ वैज्ञानिक प्रयोगशालाओं की स्थितियों में भी। लेकिन वैज्ञानिक पदार्थ को बहुत कम तापमान तक ठंडा करने का प्रबंधन करते हैं, जो परम शून्य के करीब हैं। ऐसे तापमान पर, पदार्थ अद्भुत गुण प्राप्त कर लेते हैं जो सामान्य परिस्थितियों में नहीं हो सकते। पारा, जिसे "जीवित चांदी" कहा जाता है, इसकी निकट-तरल अवस्था के कारण, इस तापमान पर ठोस हो जाता है - इस हद तक कि यह नाखूनों को हथौड़े से मार सकता है। कुछ धातुएँ कांच की तरह भंगुर हो जाती हैं। रबड़ कठोर और भंगुर हो जाता है। यदि, परम शून्य के करीब तापमान पर, आप एक रबर की वस्तु को हथौड़े से मारते हैं, तो वह कांच की तरह टूट जाएगी। गुणों में ऐसा परिवर्तन गर्मी की प्रकृति से भी जुड़ा है। भौतिक शरीर का तापमान जितना अधिक होता है, अणु उतने ही तीव्र और अराजक होते हैं। जैसे-जैसे तापमान घटता है, गति कम तीव्र होती जाती है, और संरचना अधिक व्यवस्थित हो जाती है। तो गैस तरल हो जाती है, और तरल ठोस हो जाता है। आदेश का सीमित स्तर क्रिस्टल संरचना है। अल्ट्रालो तापमान पर, यहां तक ​​कि पदार्थ जो अपनी सामान्य अवस्था में अनाकार रहते हैं, जैसे कि रबर, इसे प्राप्त कर लेते हैं। धातुओं के साथ भी दिलचस्प घटनाएं होती हैं। क्रिस्टल जालक के परमाणु छोटे आयाम के साथ कंपन करते हैं, इलेक्ट्रॉनों का प्रकीर्णन कम हो जाता है, इसलिए विद्युत प्रतिरोध कम हो जाता है। धातु अतिचालकता प्राप्त कर लेती है, जिसका व्यावहारिक अनुप्रयोग बहुत लुभावना लगता है, हालाँकि इसे प्राप्त करना कठिन है।

विज्ञान

कुछ समय पहले तक, एक भौतिक शरीर का सबसे ठंडा तापमान केल्विन पैमाने पर "पूर्ण शून्य" का तापमान था। यह मेल खाता है −273.15 डिग्री सेल्सियसया −460 डिग्री फ़ारेनहाइट।

अब जर्मनी के भौतिक विज्ञानी परम शून्य से नीचे के तापमान तक पहुंचने में सक्षम हो गए हैं। इस तरह की खोज से वैज्ञानिकों को डार्क एनर्जी जैसी घटनाओं को समझने और पदार्थ के नए रूप बनाने में मदद मिलेगी।

निरपेक्ष शून्य तापमान

19वीं शताब्दी के मध्य में, ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी लॉर्ड केल्विन ने निरपेक्ष तापमान पैमाना बनाया और निर्धारित किया कि परम शून्य से अधिक ठंडा कुछ नहीं हो सकता. जब कण परम शून्य तापमान पर होते हैं, तो वे गति करना बंद कर देते हैं और उनमें कोई ऊर्जा नहीं होती है।

किसी वस्तु का तापमान इस बात का माप है कि परमाणु कितनी गति कर रहे हैं। वस्तु जितनी ठंडी होती है, परमाणु उतने ही धीमे चलते हैं। परम शून्य या -273.15 डिग्री सेल्सियस पर, परमाणु गति करना बंद कर देते हैं।

1950 के दशक में, भौतिकविदों ने तर्क देना शुरू किया कि कण हमेशा पूर्ण शून्य पर ऊर्जा नहीं खोते हैं।

के वैज्ञानिक लुडविग मैक्सिमिलियन विश्वविद्यालयम्यूनिख में और क्वांटम ऑप्टिक्स के लिए मैक्स प्लैंक संस्थानगार्चिंग में एक गैस बनाई जो बन गई कुछ नैनोकेल्विन द्वारा निरपेक्ष शून्य से अधिक ठंडा.

उन्होंने लगभग 100,000 परमाणुओं को कुछ नैनोकेल्विन के सकारात्मक तापमान पर ठंडा किया (एक नैनोकेल्विन एक केल्विन का एक अरबवां हिस्सा है) और परमाणुओं के व्यवहार को नियंत्रित करने और उन्हें एक नई तापमान सीमा तक धकेलने के लिए लेजर बीम और चुंबकीय क्षेत्रों के नेटवर्क का उपयोग किया।

उच्चतम तापमान

यदि न्यूनतम संभव तापमान को परम शून्य माना जाए, तो किस तापमान को इसके विपरीत माना जा सकता है - उच्चतम तापमान? ब्रह्माण्ड संबंधी मॉडल के अनुसार, उच्चतम संभव तापमान प्लैंक तापमान है, जो 1.416785(71)x1032 केल्विन (141 नॉनबिलियन 679 ऑक्टिलियन डिग्री) के अनुरूप है।

हमारा ब्रह्मांड पहले ही प्लैंक तापमान से गुजर चुका है। यह बिग बैंग के 10^-42 सेकंड बाद हुआ, जब ब्रह्मांड का जन्म हुआ था।

पृथ्वी पर सबसे कम तापमान

पृथ्वी पर सबसे कम तापमान 21 जुलाई 1983 को अंटार्कटिका के वोस्तोक स्टेशन पर दर्ज किया गया था, और यह था -89.2 डिग्री सेल्सियस.

वोस्तोक स्टेशन पृथ्वी पर सबसे ठंडा स्थायी निवास स्थान है। इसकी स्थापना रूस ने 1957 में की थी और यह समुद्र तल से 3488 मीटर की ऊंचाई पर स्थित है।

पृथ्वी पर उच्चतम तापमान

पृथ्वी पर सबसे अधिक तापमान 10 जुलाई, 1913 को कैलिफोर्निया की डेथ वैली में दर्ज किया गया था और यह था 56.7 डिग्री सेल्सियस.

लीबिया के अल अज़ीज़ियाह शहर में दुनिया में सबसे अधिक तापमान का पिछला रिकॉर्ड, जो 57.7 डिग्री सेल्सियस था, का खंडन किया गया था विश्व मौसम विज्ञान संगठनडेटा की अविश्वसनीयता के कारण।

निरपेक्ष तापमान शून्य शून्य से नीचे 273.15 डिग्री सेल्सियस, शून्य फ़ारेनहाइट से नीचे 459.67 से मेल खाता है। केल्विन तापमान पैमाने के लिए, यह तापमान ही शून्य चिह्न है।

परम शून्य तापमान का सार

निरपेक्ष शून्य की अवधारणा तापमान के बहुत सार से आती है। कोई भी शरीर जो बाहरी वातावरण को त्याग देता है। इस मामले में, शरीर का तापमान कम हो जाता है, अर्थात। कम ऊर्जा बची है। सैद्धांतिक रूप से, यह प्रक्रिया तब तक जारी रह सकती है जब तक कि ऊर्जा की मात्रा इतनी कम न हो जाए कि शरीर अब इसे दूर नहीं कर सकता।
इस तरह के विचार का एक दूर का अग्रदूत एमवी लोमोनोसोव में पहले से ही पाया जा सकता है। महान रूसी वैज्ञानिक ने "रोटरी" गति द्वारा ऊष्मा की व्याख्या की। इसलिए, शीतलन की सीमित डिग्री इस तरह के आंदोलन का पूर्ण विराम है।

आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, परम शून्य तापमान वह होता है जिस पर अणुओं का ऊर्जा स्तर न्यूनतम संभव होता है। कम ऊर्जा के साथ, अर्थात्। कम तापमान पर, कोई भौतिक शरीर मौजूद नहीं हो सकता।

सिद्धांत और अभ्यास

निरपेक्ष शून्य तापमान एक सैद्धांतिक अवधारणा है, इसे व्यावहारिक रूप से प्राप्त करना असंभव है, सिद्धांत रूप में, यहां तक ​​​​कि सबसे परिष्कृत उपकरणों के साथ वैज्ञानिक प्रयोगशालाओं की स्थितियों में भी। लेकिन वैज्ञानिक मामले को बहुत कम तापमान तक ठंडा करने में कामयाब होते हैं, जो कि परम शून्य के करीब है।

ऐसे तापमान पर, पदार्थ अद्भुत गुण प्राप्त कर लेते हैं जो सामान्य परिस्थितियों में उनके पास नहीं हो सकते। पारा, जिसे "जीवित चांदी" कहा जाता है, इसकी निकट-तरल अवस्था के कारण, इस तापमान पर ठोस हो जाता है - इस हद तक कि यह नाखूनों को हथौड़े से मार सकता है। कुछ धातुएँ कांच की तरह भंगुर हो जाती हैं। रबर उतना ही कठोर हो जाता है। यदि किसी रबर की वस्तु को परम शून्य के करीब तापमान पर हथौड़े से मारा जाए, तो वह कांच की तरह टूट जाएगी।

गुणों में ऐसा परिवर्तन ऊष्मा की प्रकृति से भी जुड़ा है। भौतिक शरीर का तापमान जितना अधिक होता है, अणु उतने ही तीव्र और अराजक होते हैं। जैसे-जैसे तापमान घटता है, गति कम तीव्र होती जाती है, और संरचना अधिक व्यवस्थित हो जाती है। तो गैस तरल हो जाती है, और तरल ठोस हो जाता है। आदेश का सीमित स्तर क्रिस्टल संरचना है। अति-निम्न तापमान पर, यह उन पदार्थों द्वारा भी प्राप्त किया जाता है जो सामान्य अवस्था में अनाकार रहते हैं, उदाहरण के लिए, रबर।

धातुओं के साथ दिलचस्प घटनाएं होती हैं। क्रिस्टल जालक के परमाणु छोटे आयाम के साथ कंपन करते हैं, इलेक्ट्रॉनों का प्रकीर्णन कम हो जाता है, इसलिए विद्युत प्रतिरोध कम हो जाता है। धातु अतिचालकता प्राप्त कर लेती है, जिसका व्यावहारिक अनुप्रयोग बहुत लुभावना लगता है, हालाँकि इसे प्राप्त करना कठिन है।

निरपेक्ष शून्य −273.15 डिग्री सेल्सियस के तापमान से मेल खाता है।

ऐसा माना जाता है कि व्यवहार में निरपेक्ष शून्य अप्राप्य है। तापमान पैमाने पर इसका अस्तित्व और स्थिति देखी गई भौतिक घटनाओं के एक्सट्रपलेशन से होती है, जबकि इस तरह के एक्सट्रपलेशन से पता चलता है कि निरपेक्ष शून्य पर किसी पदार्थ के अणुओं और परमाणुओं की तापीय गति की ऊर्जा शून्य के बराबर होनी चाहिए, अर्थात अराजक कणों की गति रुक ​​जाती है, और वे एक व्यवस्थित संरचना बनाते हैं, जो क्रिस्टल जाली के नोड्स में एक स्पष्ट स्थिति पर कब्जा कर लेते हैं। हालांकि, वास्तव में, परम शून्य तापमान पर भी, पदार्थ बनाने वाले कणों की नियमित गति बनी रहेगी। शेष उतार-चढ़ाव, जैसे शून्य-बिंदु कंपन, कणों के क्वांटम गुणों और उनके आस-पास के भौतिक वैक्यूम के कारण होते हैं।

वर्तमान में, भौतिक प्रयोगशालाएँ एक डिग्री के केवल कुछ मिलियनवें हिस्से से परम शून्य से अधिक तापमान प्राप्त करने में सक्षम हैं; ऊष्मप्रवैगिकी के नियमों के अनुसार, इसे प्राप्त करना असंभव है।

टिप्पणियाँ

साहित्य

• जी बर्मिन। तूफानी निरपेक्ष शून्य। - एम।: "बच्चों का साहित्य", 1983।

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विकिमीडिया फाउंडेशन। 2010.

समानार्थक शब्द:

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परम शून्य- एब्सोल्युट्यूसिस न्यूलिस स्टेटसएस टी sritis स्टैंडअर्टिज़ासिजा इर मेट्रोलोजिजा एपिब्रेटिस टर्मोडिनामिन का टेम्पेरेटोरोस एटस्किटोस प्रादिया, एसांती 273.16 के मियाउ वैंडेंस ट्रिगुबोजो टैको। ताई 273.16 डिग्री सेल्सियस, 459.69 डिग्री फ़ारेनहाइट अरब 0 के तापमान। atitikmenys: अंग्रेजी।…… पेनकियाकलबिस ऐस्किनामासिस मेट्रोलोजिजोस टर्मिनų odynas

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