Самая низкая температура во Вселенной
Какая температура самая низкая во Вселенной?
Самая высокая температура во Вселенной в 10 триллионов градусов по Цельсию была получена искусственным путем на Земле. Абсолютный рекорд был установлен в Швейцарии при эксперименте на Большом адронном коллайдере. А теперь угадайте — где во Вселенной была зафиксирована самая низкая температура? Правильно! Тоже на Земле.
В 2000 году группе ученых (из лаборатории низких температур в Технологическом университете Хельсинки) при изучении магнетизма и сверхпроводимости в редком металле Родий, удалось получить температуру всего на 0.0000000001 градуса выше абсолютного нуля (см. пресс-релиз). В настоящее время это самая низкая температура, полученная на Земле и Самая низкая температура во Вселенной.
Отметим, что абсолютный ноль — это предел всех температур или -273.15… градусов по Цельсию. Такую низкую температуру (-273.15 °C), просто невозможно достичь. Второй рекорд по снижению температуры был установлен в Массачусетском Технологическом Институте. В 2003 году там удалось получить сверх-холодный газ Натрия.
Получение сверхнизких температур, искусственным путем — выдающееся достижение. Исследования в этой области чрезвычайно важны для изучения эффекта сверхпроводимости, использование которого (в свою очередь) может вызвать настоящую индустриальную революцию.
Щелкните мышкой по любой синей панели ниже для получения дополнительной информации.
Оборудование для достижения рекордно низких температур
Оборудование для достижения рекордно низких температур, обеспечивает несколько последовательных стадий охлаждения. В центральной части криостата находится холодильник для достижении температуры 3 mK, и две атомные ступени охлаждения, использующие метод ядерного адиабатического размагничивания.
Первые атомная ступень охлаждается до температуры 50 μK, в то время как вторая атомная ступень с образцом Родия, позволила достичь рекордно низкой отрицательной температуры уже в пикокельвиновском диапазоне.
Самая низкая температура в природе
В природе самая низкая температура была зарегистрирована в туманности Бумеранг. Эта туманность расширяется и выбрасывает охлажденный газ со скоростью 500 000 км/ч. За счет огромной скорости выброса молекулы газа охладились до —271/-272 °С.
Для сравнения. Обычно, в открытом космосе температура не опускается ниже -273 °С.
Цифра в —271 °С — является самой низкой из официально зарегистрированных естественных температур. И это значит, что туманность Бумеранг холоднее даже реликтового излучения от Большого Взрыва.
Туманность Бумеранг находится относительно недалеко от Земли на расстоянии всего лишь в 5000 световых лет. В центре туманности находится умирающая звезда, которая когда-то, как и наше Солнце была желтым карликом. Затем она превратилась в красный гигант, взорвалась и закончила жизнь в виде белого карлика с гиперхолодной протопланетарной туманностью вокруг себя.
Туманность Бумеранг была детально сфотографирована космическим телескопом Хаббл в 1998 году. В 1995 году, используя 15-метровый субмиллиметровый телескоп ESO в Чили, астрономы выяснили, что именно она является самым холодным местом во Вселенной.
Самая низкая температура на Земле
Самая низкая естественная температура на Земле, —89,2 °С, была зафиксирована в 1983 в Антарктиде на Станция Восток. Это официально зарегистрированный рекорд.
Недавно ученые сделали новые замеры со спутника в районе японской станции Купол Фудзи. Получена новая рекордная цифра самой низкой температуры на поверхности Земли -91,2 °С. Однако этот рекорд сейчас оспаривается.
В тоже время поселок Оймякон в Якутии сохраняет за собой право считаться полюсом холода на нашей планете. В Оймяконе в 1938 году была зарегистрирована температура воздуха в -77,8 °С. И хотя на станции Восток в Антарктиде зафиксирована значительно более низкая температура (-89,2 °С), это достижение не может считаться рекордно низким, так как станция Восток находится на высоте 3488 метров над уровнем моря.
Для сопоставления результатов различных метеорологических наблюдений их необходимо приводить к уровню моря. Известно, что повышение над уровнем моря значительно понижает температуру. В этом случае самая низкая температура воздуха зарегистрированная на Земле оказывается в уже Оймяконе.
Самая низкая температура в Солнечной системе
Самая низкая температура в Солнечной системе, —235 °С на поверхности Тритона (спутник Нептуна).
Это настолько низкая температура, что охлажденный азот, вероятно, оседает на поверхности Тритона в виде снега или инея. Таким образом, Тритон, является самым холодным местом в Солнечной системе.
Источник
Самая низкая температура и почему она не может упасть ниже абсолютного нуля?
Вы когда-нибудь задавались вопросом — какой может быть самая низкая температура в нашей вселенной? И если да то наверняка всегда находили один и тот же ответ — это абсолютный ноль по шкале Кельвина, что равно -273,15 °C (Цельсия) или -459,67 °F (Фаренгейта) или -218,52 °R (градус Реомюра). Все эти величины абсолютно равны, т.е. обозначают одну и ту же физическую величину (температуру) и их значение не может быть ниже, при этом максимально высокая температура может увеличиваться практически до бесконечности. При этом я не ошибся, да температура может теоретически увеличиваться, но все же и у нее есть придел, но это предел настолько велик, что его даже невозможно противопоставить минусовой температуре.
Почему же так получается, что минимальная температура не может опуститься ниже указанного предела, в то время как максимальная температура может расти практически бесконечно?
Для того что бы ответить на данный вопрос, необходимо понять, что же такое температура, и из чего она образуется.
Температуру создают атомы своими колебаниями (движением). Чем быстрее это колебание и большая плотность атомов, тем выше температура.
Начнем по порядку. Все мы знаем, что все окружающие нас вещества состоят из молекул, в свою очередь молекулы состоят из атомов и не те ни другие практически ни когда не находятся в состоянии покоя. Да, да они всегда находятся в движении, колебании, вибрации, а говоря физическим языком в возбуждении. Даже в веществах с кристаллической молекулярной решеткой, таких как стекло или металл, молекулы вибрируют (двигаются). Одним словом, везде, даже в нашем теле молекулы находятся в определенной стадии возбуждения — движения. Соответственно данное движение молекул и атомов создает температуру, при этом, при одной и той же скорости молекул, но при повышении их плотности температура растет или при понижении их плотности температура падает.
У нас имеется два одинаковых куба, в каждом из которых, находятся молекулы воздуха, при этом, в одном кубе допустим 100 молекул, во втором кубе их 200 и двигаются они с одинаковой скоростью. Исходя из данных условий температура во втором кубе будет выше чем в первом.
С тем что такое температура, и что ее образует мы разобрались, теперь давайте разберемся с тем, почему температура не может опуститься ниже абсолютного нуля, но думаю вы уже и так все поняли.
Абсолютный ноль — это минимальный предел температуры, при котором все внутренние процессы в веществе достигшем этой величины прекращаются. Молекулы и атомы при абсолютном нуле перестают двигаться и полностью замирают.
Именно по этой причине температура не может опуститься ниже абсолютного нуля.
Поняв сказанное выше мы теперь легко можем понять, почему при повышении атмосферного давления, температура окружающей нас среды растет. Потому что при повышении давления плотность молекул воздуха возрастает, а при понижении падает.
Если вы разобрались со всем, что было сказано выше, то для вас не составит труда ответить на один простой вопрос:
Почему лист металла находясь на солнце становиться настолько горячим и может нас обжечь, при том, что воздух нас не обжигает?
Источник
Самая низкая и высокая температура во Вселенной
Абсолютно всем известен факт о том, что минимальный предел температуры это – 273,15 градуса по Цельсию или 0 градусов по Кельвину. Но почему именно эта цифра стала абсолютным нулём? И чем можно характеризовать изменение температуры вещества? Всё дело в энергии, под действием которой происходит непрерывное движение молекул.
При нагревании тела скорость движения его атомов увеличивается, а при остывании, напротив, уменьшается. Когда же их хаотичное движение полностью прекратится, это будет означать состояние термодинамического покоя тела. Иными словами, оно не будет испускать никакой энергии. Это и будет абсолютный минимум температуры, самая низкая температура Вселенной. Но на самом деле, абсолютный нуль – это лишь физическая модель, в точности повторить которую на реальной практике невозможно, поскольку даже при температуре – 273 С атомы всё равно будут немного двигаться. Об этом говорит принцип неопределенности Гейзенберга.
Разобравшись с этим вопросом, на ум сразу же приходит другой: существует ли максимально высокая температура?
Судя по всему, вещество будет нагреваться до тех пор, пока скорость движения частиц не подойдёт близко к скорости света, ведь она максимально возможная. Но не всё так просто. Тело может принимать энергию и после преодоления скоростного предела, но по мнению учёных, в один момент, температура тела перестанет повышаться.
Руководствуясь известными научными фактами, проведём теоретический опыт и попытаемся узнать, что произойдёт, если бесконечно долго нагревать какое-то вещество.
Для эксперимента будем использовать воду
Дело в том, что скорость частиц воды вряд-ли когда-нибудь достигнет около световой скорости, поскольку молекулы воды начнут распадаться на атомы уже после достижения 1000 С. В результате распада образуются атомы кислорода и водорода. А при дальнейшем нагрева воды, атомы начнут терять свою целостность и произойдёт атомный распад вещества. В результате образуются электроны и атомные ядра, то есть ионизированная плазма. При продолжении нагревания до 20 миллиардов градусов, материя распадется на ещё более мелкие частицы, и атомные ядра расколются на нейтроны и протоны.
При достижении отметки в 2 триллиона градусов наиболее прочные связи начнут разрываться, образуя элементарные частицы – кварки и глюоны. Но даже это не минимальная единица существования материи.
Если мы увеличим температуру… ну, не воды, а уже нашей «глюоновой плазмы» в 1000 раз, то получим в итоге однородную радиацию, излучение, такое как свет. Но это ещё не предел. Мы имеем возможность добавить в наш суп ещё немного энергии и увеличить его температуру. Сколько так ещё может продолжаться? Этот процесс кончится когда энергия настолько сожмется в пространстве, что начнется формирование чёрных дыр, которые самоуничтожаться сразу после своего образования.
Науке удалось измерить этот энергетический предел. Он равен 1,416808*10 32 Кельвина. Эта величина названа планковской и она самая высокая температура во Вселенной. Но чисто гипотетически, учитывая масштабы вселенской энергии, мы может продолжать нагревать нашу систему. Но пока точно неизвестно, что может случится при преодолении максимальной точки температурного состояния вещества. Будущее покажет!
Источник
Температурные минимумы во Вселенной
Наш мир поражает разнообразием температурных аномалий. Где-то очень холодно, а где-то – еще холоднее. Давайте посмотрим на наиболее интересные рекорды в отношении минимальной температуры во Вселенной.
1. Минимальная температура в природе
Как бы в земных условиях не пытались приблизиться к абсолютному нулю (т.е. -273,15 С или 0 К), пока ученым не удалось превзойти саму Вселенную. Так вот, наиболее низкий показатель зафиксирован в нашей галактике около «поверхности» сверхмассивной черной дыры Стрелец А*.
Он составил: -273,149 С (это, если округлить, а по подсчетам, там она равна всего 0,000 000 000 001 К).
2. Минимум температуры в лаборатории
Говоря о достижениях человека, отмечу, что они также не скромные. В лаборатории удалось получить значение в двухбиллионную часть Кельвина (2 умноженное на 10 в минус 9 степени). Название этого сооружения сложное и не особо понятное простому человеку: двухступенчатый криостат ядерного размагничивания.
Это сделали ученые из Хельсинского технологического университета в 1989 г.
3. Фон Вселенной
Как выглядел Космос в первые эпохи своего существования мы можем судить только на основании данных, полученных в результате анализа реликтового излучения. Случилось это через 300 тыс. лет после Большого Взрыва.
Что было до этого – нет никакой адекватно проверяемой информации. В это время Вселенная была непрозрачной для фотонов света, поэтому мы ничего конкретного о ней сказать не можем.
Так вот, температура этого фонового излучения сейчас равняется 2,73 К.
4. Гелий
Казалось бы, водород – первый элемент таблицы Менделеева. Следовательно, чтобы этот газ превратить в кипящую жидкость, потребуется максимально низкая температура. Однако, оказалось всё иначе.
Гелий в этом плане удивил всех. Его точка закипания равна 4,25 К. Для сравнения, водород кипит при 20,25 К, а кислород – при 90 К.
5. Самое холодное тело Солнечной системы
Возможно, где-то в облаке Оорта и существует более холодный астероид, но мы его пока не обнаружили. Да и, в целом, говорить о крошечных объектах не так интересно. Поэтому астрономы сравнили крупные и поименованные тела.
Источник
Самая низкая температура во Вселенной: кому ее удалось достичь и зачем?
Ученые уже давно работают над тем, чтобы достичь температуры, которая была бы приближена к абсолютному нулю (это предел для температур, и он равняется — 273,15 по Цельсию, — 459,67 по Фаренгейту). Так как мы можем с уверенностью говорить лишь о тех уголках Вселенной, которые успели хоть сколько-нибудь изучить, то полученные в ходе экспериментов и исследований результаты не могут являться первостатейной истиной, так сказать, вселенского масштаба. Вам это может показаться удивительным, но самая низкая температура во Вселенной, зафиксированная на данный момент, достигнута на Земле!
Земные рекорды
В Технологическом университете Хельсинки группе финских ученых, работавших над этой проблемой в лаборатории низких температур, в ходе изучения свойств сверхпроводимости Родия (редкий металл) в 2000 году удалось добиться температуры, которая лишь немногим выше абсолютного нуля.
Следующий рекорд спустя три года установили ученые Массачусетского Технологического Института в ходе работы над получением сверххолодного газа натрия.
Однако на Земле возможности для экспериментов во многом ограничены, поэтому было принято решение перенести опыты во внеземное пространство, в лабораторию на МКС, где на данный момент были получены результаты, схожие с теми, которых удалось добиться в Финляндии.
К слову, самую высокую температуру зафиксировать удалось тоже на Земле. Она была получена в ходе работы на Большом адронном коллайдере.
Зачем это нужно?
Результаты опытов, безусловно, поражают, и надо отдать должное ученым, но давайте разберемся, зачем все это нужно? Дело в том, что для некоторых квантово-механических явлений необходимы сверхнизкие температуры, например:
- Сверхтекучесть. Говоря простым языком, речь идет о веществе, находящемся в состоянии квантовой жидкости. Обычно при понижении температуры атомы, из которых состоит жидкость, приостанавливаются в движении, а само вещество кристаллизуется. Однако с веществами, характеризующимися малой атомной массой и слабым взаимодействием между атомами (например, жидкий гелий), такого не происходит. В итоге мы получаем некую жидкость, которая способна проходить сквозь узкие щели, не создавая при этом трения. Это свойство гелия было обнаружено П.Л. Капицей в первой половине прошлого века. В ходе экспериментов он заметил, что при максимальном приближении температуры к абсолютному нулю гелий теряет свою вязкость, то есть получается вещество, чья вязкость в 500 раз меньше аналогичной характеристики для воды. Следовательно, это вещество обладает и меньшим сопротивлением. Чтобы лучше понять, что такое вещество, обладающее сверхтекучестью, представьте, будто наливаете в стакан сок. По мере того, как вы пьете сок, можно наблюдать, что на стенках стакана будет оставаться видимый след. С бесцветными жидкостями происходит точно так же, они оставляют после себя тонкий слой на стенках посуды, но невооруженным взглядом этого не заметить. Если же представить, что в стакане сверхтекучий гелий, то никакого следа он не оставит. Состояние сверхтекучести достигается именно при температуре, близкой к абсолютному нулю.
- Сверхпроводимость. Это свойство, которым наделены некоторые материалы со строго нулевым электрическим сопротивлением. Это значит, что материал не сопротивляется движению электронов, следовательно, создается цепь, в которой электроны движутся без остановки и расхода энергии на сопротивление. Такой сверхпроводник мог бы решить множество проблем человечества. Например, можно было бы превратить незаселенную часть Африки в огромную солнечную батарею, а с помощью сверхпроводника энергия могла бы раздаваться на весь мир. Это еще одна причина, по которой исследования низких температур крайне важны для будущего Земли.
- Конденсат Бозе-Эйнштейна. Многие вещества при охлаждении до температуры, приближенной к абсолютному нулю, начинают вести себя как жидкости, а для получения конденсата Бозе-Эйнштейна вещество должно оставаться в состоянии, грубо говоря, газа. С помощью КБЭ могут быть созданы сверхточные детекторы.
Как видите, самая низкая температура во Вселенной — это важный фактор, способствующий развитию технологий, которые с высокой долей вероятности определят наше будущее.
Источник