Atom mencapai suhu rekaman, lebih dingin dari nol absolut

Nol absolut sering dianggap sebagai suhu paling dingin. Tetapi sekarang para peneliti menunjukkan bahwa mereka dapat mencapai suhu yang lebih rendah untuk area aneh ‘suhu negatif’.

Anehnya, cara lain untuk melihat suhu negatif ini adalah dengan membuatnya lebih hangat dari ketakterbatasantelah menambahkan peneliti.

Kemajuan yang tidak biasa ini dapat menyebabkan mesin baru yang secara teknis dapat menjadi lebih dari 100 persen efektif, dan cahaya pada teka -teki seperti energi gelapSubstansi misterius yang tampaknya memisahkan alam semesta kita.

Suhu suatu objek adalah ukuran dari seberapa banyak atomnya bergerak – semakin dingin objek, semakin lambat atomnya. Pada suhu nol kelvin yang tidak mungkin secara fisik, atau minus 459,67 derajat Fahrenheit (minus 273,15 derajat Celcius), atom akan berhenti bergerak. Karena itu, tidak ada yang bisa lebih dingin dari nol absolut Pada skala Kelvin.

Suhu negatif bizarro

Untuk memahami suhu negatif yang sekarang telah dirancang oleh para ilmuwan, orang dapat menganggap suhu seperti yang ada pada skala yang sebenarnya merupakan loop, bukan linier. Suhu positif membentuk satu bagian dari loop, sedangkan suhu negatif adalah bagian dari yang lain. Jika suhu berada di bawah nol atau di atas tak terhingga pada wilayah positif dari skala ini, mereka berakhir di area negatif. (Apa itu? Jawab Fisika Dasar Anda -Pertanyaan)

Dengan suhu positif, atom cenderung mencakup kondisi berenergi rendah sebagai kondisi berenergi tinggi, sebuah pola yang dikenal sebagai distribusi Boltzmann dalam fisika. Jika suatu objek dipanaskan, atom -atomnya dapat mencapai tingkat energi yang lebih tinggi.

Pada nol absolut, atom akan mencakup kondisi energi terendah. Pada suhu yang tak terbatas, atom akan menempati semua kondisi energi. Suhu negatif kemudian merupakan kebalikan dari atom suhu positif mungkin menempati kondisi berenergi tinggi sebagai kondisi berenergi rendah.

“Distribusi Boltzmann terbalik adalah karakteristik suhu absolut negatif, dan itulah yang telah kami capai,” kata peneliti Ulrich Schneider, seorang ahli fisika di Universitas Munich di Jerman. “Tetap saja, gasnya tidak lebih dingin dari nol Kelvin, tetapi lebih hangat. Bahkan lebih panas daripada pada suhu positif apa pun – skala suhu tidak berakhir pada tak terbatas, tetapi melompat ke nilai negatif.”

Seperti yang bisa diharapkan, objek dengan suhu negatif bertindak dalam banyak cara aneh. Misalnya, energi biasanya mengalir dari objek dengan suhu positif yang lebih tinggi ke mereka yang memiliki suhu positif yang lebih rendah – yaitu, objek yang lebih hangat memanaskan objek yang lebih dingin, dan objek yang lebih dingin menjadi lebih hangat hingga mencapai suhu yang sama. Namun, energi akan selalu mengalir dari objek dengan suhu negatif ke mereka yang memiliki suhu positif. Dalam hal ini, objek dengan suhu negatif selalu lebih hangat daripada mereka yang memiliki suhu positif.

Hasil aneh lain dari suhu negatif harus dilakukan entropiyang merupakan ukuran betapa tidak teraturnya suatu sistem. Jika objek dengan energi pelepasan suhu positif, itu meningkatkan entropi hal -hal di sekitarnya, membuatnya bertindak lebih kacau. Namun, ketika objek dengan suhu negatif melepaskan energi, entropi mereka benar -benar dapat menyerap.

Suhu negatif tidak mungkin, karena biasanya tidak ada batas atas untuk berapa banyak atom energi yang dapat dimiliki, sejauh yang saat ini disarankan. (Ada batasan pada kecepatan apa yang bisa mereka pindahkan – menurut teori relativitas Einstein, tidak ada yang bisa dipercepat Kecepatan lebih cepat dari cahaya.)

Eksperimen fisika aneh

Untuk menghasilkan suhu negatif, para ilmuwan telah menciptakan sistem di mana atom memiliki batasan pada berapa banyak energi yang dapat mereka miliki. Mereka pertama kali mendinginkan sekitar 100.000 atom hingga suhu positif dari beberapa sirip nanokel, atau miliar kelvin. Mereka mendinginkan atom -atom di ruang vakum, yang mengisolasi mereka dari pengaruh lingkungan yang mungkin secara tidak sengaja memanaskan. Mereka juga menggunakan jaringan balok laser dan medan magnet untuk mengontrol dengan sangat tepat pada bagaimana atom -atom ini dibawa, yang membantu mendorongnya ke dunia suhu baru. (Turnal Fisika: 7 Temuan Pemikiran)

“Suhu yang telah kami capai adalah nanokelvin negatif,” kata Schneider kepada LiveScience.

Suhu tergantung pada berapa banyak atom yang bergerak – berapa banyak energi kinetik yang mereka miliki. Web Laser Beams menciptakan variasi jutaan noda cahaya cahaya yang dipesan dengan sempurna, dan dalam jadwal ‘jadwal optik’ ini masih bisa bergerak, tetapi energi kinetiknya terbatas.

Suhu juga tergantung pada berapa banyak atom energi potensial, dan berapa banyak energi yang terletak pada interaksi antara atom. Para peneliti menggunakan jadwal optik untuk membatasi seberapa banyak energi potensial yang dimiliki atom, dan mereka menggunakan medan magnet untuk mengontrol interaksi antara atom dengan sangat hati -hati, membuatnya menarik atau menjijikkan.

Suhu terkait dengan tekanan – semakin hangat sesuatu, semakin memanjang di luar, dan semakin dingin, semakin menarik ke dalam. Untuk memastikan bahwa gas ini memiliki suhu negatif, para peneliti juga harus memberikan tekanan negatif, sementara dengan interaksi antara atom sampai mereka saling menarik lebih dari mereka saling mendorong ke bawah.

“Kami menciptakan keadaan suhu absolut negatif pertama untuk partikel yang bergerak,” kata peneliti Simon Braun di Universitas Munich di Jerman.

Jenis mesin baru

Suhu negatif dapat digunakan untuk membuat mesin panas yang mengubah energi panas menjadi pekerjaan mekanis, seperti mesin pembakaran-yang lebih dari 100 persen efektif, sesuatu yang tampaknya tidak mungkin. Mesin seperti itu pada dasarnya tidak hanya akan menyerap energi dari zat yang lebih hangat, tetapi juga lebih dingin. Dengan demikian, pekerjaan yang telah dilakukan mesin bisa lebih besar dari energi yang diambil hanya dari zat yang lebih hangat.

Suhu negatif juga dapat membantu menyala di salah satu Teka -teki terbesar dalam sains. Para ilmuwan mengharapkan perjalanan gravitasi materi untuk menunda perluasan alam semesta Big BangAkhirnya membawanya ke pemberhentian mati atau bahkan membalikkannya untuk ‘kerenyahan besar’. Namun, perluasan alam semesta tampaknya lebih cepat, dipercepat pertumbuhan yang disarankan oleh kosmologi, mungkin karena energi gelap, zat yang masih belum diketahui yang dapat membentuk lebih dari 70 persen kosmos.

Dengan cara yang sama, tekanan negatif gas dingin yang diciptakan oleh para peneliti harus menyebabkannya runtuh. Namun, suhu negatifnya mencegahnya melakukannya. Dengan demikian, suhu negatif dapat memiliki paralel yang menarik dengan energi gelap yang dapat membantu para ilmuwan memahami misteri ini.

Suhu negatif juga dapat menjelaskan Kondisi materi yang eksotisMenghasilkan sistem yang biasanya tidak stabil tanpa mereka. “Pemahaman yang lebih baik tentang suhu dapat menyebabkan hal -hal baru yang belum kita pikirkan,” kata Schneider. “Jika kamu mempelajari dasar -dasarnya dengan sangat teliti, kamu tidak pernah tahu di mana itu bisa berakhir.”

Para ilmuwan menetapkan temuan mereka dalam edisi 4 Januari dari Jurnal Science.

Ikuti LiveScience di Twitter @Livescience. Kami juga aktif Facebook & Google+.

Hak Cipta 2013 Ilmu HidupPerusahaan TechMedianetwork. Semua hak dilindungi undang -undang. Materi ini tidak dapat dipublikasikan, disiarkan, ditulis ulang atau didistribusikan kembali.