Kísérletben lépték át az abszolút nulla fokot

Mi a hõmérséklet:
Alapvetõ tapasztalatunk, hogy az anyagokat különbözõ hõmérsékletûnek érezzük. Az is alapvetõ tapasztalat, hogy a különbözõ hõmérsékletû anyagok hõmérséklete idõvel közeledik egymáshoz. Ez alapján definiáltuk már régen a hideg és a meleg fogalmát, illetve a hõt, ami áramlik közöttük, a meleg felõl a hideg felé. Ebbõl már logikailag következik, hogy a a különbözõ anyagok hõmérséklete idõvel spontán kiegyenlítõdik. Erre alapozva vezették be a termodinamikai egyensúly és a mérhetõ hõmérséklet definícióját:
- Egy rendszer termodinamikai egyensúlyban van, ha benne hõáramlás nem tapasztalható.
- Egy rendszer hõmérséklete egyenlõ, a vele termodinamikai egyensúlyban lévõ hõmérõ hõmérsékletével.
- A hõmérõ egy olyan eszköz, amely valamilyen, a hõmérsékletével arányos jelet produkál.
Ami itt fontos, hogy a hõmérséklet termodinamikai egyensúlyra van definiálva. Ha egy rendszerben hõ áramlik, akkor a rendszernek nincs hõmérséklete!
Egy hideg vízzel feltöltött kádba ha meleg vizet engedek, akkor annak a kádnak nem lesz hõmérséklete egészen addig amíg be nem áll a termodinamikai egyensúly. A kádban lévõ víz egy részének lehet, de az egésznek nem.
(Megjegyzés: Mivel a termodinamikai egyensúly csak végtelen idõ alatt áll be, ezért a gyakorlatban kevésbé vagyunk szigorúak, és a közel termodinamikai egyensúlyban lévõ rendszerekre is értelmezünk hõmérsékletet. Éles határ viszont nincs! Ez a hõmérséklet elvi problémája.)

De hát infrahõmérõ is van!
Miután Newton elkészítette az elsõ spektrométert, majd elkezdték vizsgálni a tárgyak által kibocsátott elektromágneses sugárzás spektrumát, rájöttek, hogy annak egy része függ a test hõmérsékletétõl. Azt is észrevették, hogy ha egy nagy üregen van egy pici rés, akkor az onnan kilépõ sugárzás már csak a hõmérséklettõl függ. Ezt elnevezték feketetest sugárzásnak (azért így, mert a pici lyuk mindennél feketébbnek látszott). Ezen alapszik az infra hõmérés. Ezzel viszont megint az a baj, hogy csak a fekete testre igaz. A többinél az ilyen mérés csak közelítõ adatot ad. Ez nem a mérõberendezés problémája, hanem elvileg lehetetlenség hétköznapi tárgyak hõmérsékletét pontosan megmérni ilyen módon. Éppen ezért csak távmérésre szokták használni, ahol nincs szükség nagy pontosságra. (A pontosságáról annyit, hogy egy hétköznapi hõmérõ általában pontosabb.)

Nagyon sok más hõmérõt is készítettek, gyakorlatilag minden hõmérséklet függõ fizikai effektust kalibrálás után fel lehet használni hõmérséklet mérésére. Például: ilyen pl. a fémek ellenállása amivel néhány kelvinig le lehet menni, vagy a például az NMR jel kiszélesedése, ami majdnem egy milliomod kelvinig jó. Minden hõmérõre igaz, hogy a saját hõmérsékletét méri, amely termodinamikai egyensúlyban azonos a mért rendszer hõmérsékletével. Amennyire problematikás a hõmérséklet fogalma, annyira jól mûködik a gyakorlatban, ugyanis az összes mérõmûszer a mérési hibahatárán belül ugyanazt a hõmérsékletet mutatja, feltéve, hogy elegendõ idõt várunk, hogy a termodinamikai egyensúlyt elegendõen megközelítsük. A pontosságot pedig precíz mûszerekkel gyakorlatilag tetszõlegesen növelhetjük. (Elvi határok mûszertípusonként azért vannak.)

Ez a hõmérséklet (vagy inkább klasszikus hõmérséklet), aminél el kell fogadnunk, hogy nem minden esetben tudunk egy rendszerhez hõmérsékletet definiálni. Vannak akiknek ez a megkötés nem tetszik, és szeretnének valamifajta hõmérsékletet definiálni egyensúlytól messze esõ állapotra is. Erre ad lehetõséget a statisztikus fizika. A statisztikus fizika képes leírni a termodinamikai egyensúly állapotát, és visszaadja a hagyományos hõmérséklet értékét. Viszont a statisztikus fizika nem korlátozódik az egyensúlyi állapotra, így ilyen megközelítéssel tetszõleges rendszerre lehet hõmérsékletet definiálni. Tudtommal egységes definíció nem egyensúlyi rendszerek hõmérsékletére nincs. Ami még fontos, hogy ez hagyományos módon nem mérhetõ. Meg lehet mérni különbözõ fizikai mennyiségeket, ezekbõl ki lehet számolni a rendszeren belül az energia eloszlását a különbözõ "szabadsági fokok" között (ezt nevezik populációnak), majd ebbõl számolni valamiféle hõmérsékletet. Az ilyen, statisztikus fizikával számolt hõmérsékletnek egy valamit kell tudnia: termodinamikai egyensúlyban a hagyományos hõmérsékletet kell visszaadnia. Más megkötés nincs. Éppen ezért nem csak negatív, hanem KOMPEX értékû hõmérsékletet is lehet definiálni! (Yang-Lee theory to the complex temperature plane) Na erre varjatok gombot!

Miért nem mérhetõek hagyományos hõmérõvel ezek a hõmérsékletek?
Azért, mert a hõmérõ mindig a saját hõmérsékletét fogja mutatni, ami csak termodinamikai egyensúlyban egyenlõ a mérendõ rendszer hõmérsékletével. Az infra hõmérõ alkalmatlan pontos hõmérsékletmérésre. A kialakult populáció számolható más mérésbõl, majd a populációból számolható hõmérséklet.

Miért rossz a cím?
A hõmérséklet egy folytonos változó. A cikkben szereplõ "átlépni" szó úgy is lehet értelmezni, hogy csökkentették a hõmérsékletet, elérték a 0°K-t, majd negatív tartományba mentek. Ez nem igaz. Le van írva világosan, hogy mit csináltak. Hagyományos hûtéssel levitték a hõmérsékletet egy 0°K-hez közeli értékre, de nem 0°K-re. A rendszer ekkor termodinamikai egyensúlyban volt. Ezután lézerekkel megszüntették a termodinamikai állapotot, és létrehoztak egy olyat, amilyenhez statisztikus fizikai alapon negatív hõmérséklet tartozik. Miért nem a 0°K átlépése ez? Azért, mert közben nem közeledett a hõmérséklet (még a statisztikus fizika alapján számolt se!) a 0°K-hez, így értelemszerûen át sem léphette azt. Ehelyett megkerülte. Ez egy pongyola megnevezés. Nem csak itt, hanem a Nature-ben is. Sajnos a Nature egy populáris lap, és a tudósok sokszor pongyolán fogalmaznak benne.

Na jó, de hol érdekes az az egész hõmérsékletdefiníciósdi, nem csak tudományos faszverés? A hagyományos hõmérséklet akkor jó, ha a rendszer közel van a termodinamikai egyensúlyhoz. Minél közelebb van, annál jobban közelíti az ezzel számolt adat a mértet, tehát a valóságot. A technikai fejlõdéssel viszont oda jutottunk, hogy egyre több eszközünk egyre távolabb kerül a termodinamikai egyensúlytól, így egyre nagyobb lesz az a hiba amit akkor ejtünk amikor a termodinamikai egyensúlyban definiált hõmérsékletet alkalmazzuk az ilyen eszközök mûködésének leírására. Az elsõ ilyen eszközünk a lézer volt. De ilyen eszköz lesz lassan az összes informatikai eszközünk is, hála a miniatürizálásnak. Minél nagyobb mennyiségû adatot préselünk bele minél kisebb rendszerbe, annál távolabb kerül az az termodinamikai egyensúlytól. És ilyen eszközök lesznek a reménybeli kvantumszámítógépek is.

Én elõbb megmértem a hõmérsékletet. Nem gáz?

Ebben semmi új nincs, ezt populációinverziónak hívják. Úgy látszik csak igen kevesen értik a hõmérséklet fogalmát. A cikk is próbálja elmagyarázni (elég botrányosan), hogy a hõmérséklet kicsit bonyolultabb mint a középiskolában tanult fogalom (és szó sincs "újradefiniálásról"). Lézerrel "mérik" a hõmérsékletet (nem úgy mint a hõmérõvel), lásd részletesen itt:

Populációinverzió

Ja igen, a cikkben az új dolog, hogy képesek az atomok között fellépõ kölcsönhatások mesterségesen létrehozni (és nem a negatív Kelvin).

Valami infrás cuccal miért ne lehetne mérni?

Nekem is ez a gondom h akkor ezt hogyan is mérték, mert hõmérõvel biztosan nem. Én is inkább számítási hibára tippelek, vagyis h most érték el az abszolút 0-t.

Valószínûleg valami hülyeséget.

ÕÕõõ mit is mondtam olyan fél-1 éve amiért ki lettem röhögve?

"tulajdonképpen nemcsak -273nál állhat meg a részecskék mozgása hanem akár elõbb is ha olyan az adott anyag így akár bármeddig le tudják tolni a hõmérsékletet amíg találnak olyan anyagot aminek a részecskéi nem állnak meg teljesen ezen a hõmérsékleten"

Nem érted a hõmérséklet fogalmát. Az az abszolút nulla, ahol leáll a mozgásuk. Nem úgy, ahogyan megáll egy vonat, hanem a részecskéik nem rezegnek.

ez a hír már egyszer-kétszer mintha lett volna

Nyilván a 0 Kelvint elérni nem lehet, valamennyi (infinitézimálisan kicsi) energiája a részecskéknek mindig marad... viszont infinitézimális mértékben megközelíteni meg lehet a 0 K állapotot.
Itt pedig a sokrészecskés rendszer összenergiájának a rendszert alkotó részecskéken való egyenlõtlen, tehát nem statisztikus (de valamilyen mintázat szerinti) eloszlásáról van szó egyébként. Így lehet babrálni az összenergiával az entrópia értékétõl függetlenül...

Legalábbis valami ilyesmit értettem ebbõl.

lehet rosszúl tudom, de a 0K soha senk nem érte el. Ez egy elméleti szám, ami valamilyen számolással jött ki. Tehát az, hogy most túllépték lehet annyit jelent, hogy az elõzetesen meállapított 0K nem -273.15 hanem mondjuk -274fok a való életben.

Engem egy dolog van ami erdekel? Mivel fogjak ezt a homersekletet merni? :P

Igen, máglyára az összes tudóssal!
Hisz a tudományoknak semmit sem köszönhetünk, és külömben is sosem hódiccsuk megazûrt!<#wilting>

Ráadásul azok a területek akik igen jól használják a statisztikai számítésokat mind csalók, hisz az egy hülyeség, nem mûködik, mert csak!

Azt ugye tutod, hogy a PC-dben is van olyan elem, amin statiszikus fizikai alapokon nyugszik...?

+1

tulajdonképpen nemcsak -273nál állhat meg a részecskék mozgása hanem akár elõbb is ha olyan az adott anyag így akár bármeddig le tudják tolni a hõmérsékletet amíg találnak olyan anyagot aminek a részecskéi nem állnak meg teljesen ezen a hõmérsékleten

Gratulálok, már megint sikerült alulmúlnod magadat. Bár hiányolok a végére valami elbaszott statisztikát fikázó böfögést, de így is sikerült bebizonyítanod, hogy agyhalottként is lehet élni.

Tehát azt mondod, hogy ha egyeneletes elszolás lenne, akkor minden részecske az abszolút 0-án lenne. A kísérlet azt csinálta, hogy átrendezte az eloszlást, és több részecske volt a '0' szint alatt megfelelõ állapotnak? Tehát arról van szó, hogy az eloszlás megváltozatásával minimális mértékben igazolható, hogy az aboszlút '0' statiszikai termodniamikával nézve picit alacsonyab?

Mert ez alapján tényleg nem igaz az, amit valaki felvezett, hogy a fizikakönyveket lehet bezúzni...

Lehet hogy "idétlen" kvantummechnaikai szemmel, csak éppen praktikus, mert lehet vele mûszakulag dologzni...

Pedig most igaza van.

Ez pont olyan, mintha azt mondanám, hogy a hõtágulás segítségével lehûtök egy gázfelhõt. Mintha azt állítanám, hogy azért, mert egy fémrúd összemegy a hidegben, ha valamit összenyomunk, akkor hidegebb lesz.

Gyakorlatilag egy kvázi stabil állapotba hozzák az atomokat és úgy hûtik le. Bármit csinálnak, a bevitt/kivett energiánál több jön ki a rendszerbõl, amit épp úgy lehet mínusz végtelennek, vagy plusz végtelennek értelmezni, mert meghaladja a külsõleg bevitt/kivett energiát.

Gyakorlatilag játék a hõmérséklet mögött álló matematikával, mert a nullponti energia szintje alá nem megy a rendszer.

Azonban tényleg érdekes hatása lehet a kozmológiára, ahogy az a cikkben is volt. Ha a sötét anyag ilyen metastabil/kvázistabil de normál anyag, az elég érdekes lehet. Olyan mint a túlhûlt víz, egy pillanat alatt minimális energia hatására megindulhat a "kristályosodás", a normál anyag kicsapódása.

Ha pl van egy gravitációs lencse, de ez torzít, az egyik kép egy távoli objektumról más idõt mutat, és a késõbbi képen egyszercsak látunk megjelenni megmagyarázhatatlanul valami anyagot az pl bizonyíték lehet.

Itt egy újabb példa arra, hogy semmi sem lehetetlen, csak vagy "highly unlikely"..., vagy speciális körülmények szükségesek hozzá. :) (ez esetben utóbbi)

kösz, csaba. a cikk követhetelen volt.

minden, amiben statisztikát használnak, féltudomány
csakhogy a mai tudomány olyan szinten el van szállva magától, hogy kb nulla esély van, hogy a tudósok megértsék ezt...

Attól függ ki mondja. Ha Egely mondja, akkor igen, ha egy nagyobb tekintély akkor nem!
<#papakacsint>

Nekem elsõre az Egey féle, definiáljuk újra az energiát úgy hogy az ne maradjon meg, metódus ugrott be. Õ kihasználta, hogy a hõmérséklet termodinamikai egyensúlyra van definiálva, és egy nem termodinamikai egyensúlyban lévõ rendszert negatív hõmérsékletõnek nevezett el. De ez így elég parasztvakítás. Ezt úgy szét fogja szedni a tudományos közélet, mint foxi a labtörlõt.

Azért remélem feltûnt mindenkinek, hogy ez a faszi egyszerûen újradefiniálta a hõmérsékletet, és nem egyszerûen lement 0 fok alá. Kérdés, hogy van-e valami haszna, illetve ellentmondás mentesen használható-e.
Sokkal érdekesebb maga a kísérlet, amiben stabil populáció inverziót hoztak létre. A többi egyenlõre csak rizsa.

Ilyenrõl szó nincs, még egy vacak "antimikrohullámú" hûtõre sincs kilátás.
A komolyabb hozzászólásokból azt szûröm le, lehet hogy a hõmérséklet fizikai értelmezésével leírásával van baj és nincs is különösebb értelme az egésznek.

Ebbõl is látszik, hogy a hõmérséklet egy nagyon idétlen mennyiség. Fenomenologikusan az ember hõérzete alapján lett bevezetve (és a legtöbb ember így is értelmezi), de valójában a mögöttes fizikai folyamatok megismerésével kiderül, hogy a hõmérséklet klasszikus képzete csak egy viszonylag szûk értelmezése a valós fizikai folyamatoknak. Egy valós fizikai tartalommal bíró állapotjelzõbõl (jelen esetben az energia) valami elcseszett függvénnyel származtatunk egy mennyiséget, aztán csodálkozunk, hogy teljesen képtelen skálán mozog. Az energia növekedésével a nulláról indulva véges energiabefektetéssel elmegy a végtelenbe, aztán hirtelen átcsap a mínusz végtelenbe, és felmegy a nullára. Nem éppen egy könnyen kezelhetõ és értelmezhetõ mennyiség.

Zéró Bomba! Szarráfagyasztja a bolygót a magig! KELL! :D

Rendben van kísérletezünk, de mire?
Milyen újítások, milyen anyagkísérletekre lesz jó ez? Mert gondolom erre használják majd.

Hogy érthetõbb legyen, arról van szó, hogy a statisztikus fizikán alapuló termodinamika feltételezi, hogy normális körülmények között egy sokrészecske-rendszer teljes energiája az egyes részecskéken a valószínûségszámítás alapján következõ Boze-Einstein vagy Fermi-Dirac eloszlást követi. Az ebbõl számolt termodinamikai hõmérséklet pedig visszaadja a szokásos tapasztalati hõmérsékletet.
Azonban ha a fentebb említett természetes eloszlást sikerül valahogyan eldeformálni, vagy mint a lézerek esetében az ellenkezõjére változtatni, akkor az ilyen rendszerekben számolt termodinamikai hõmérséklet már nem lesz olyan szemléletes makroszkopikus mennyiség, mint a hagyományos hõmérséklet.
A statisztikus fizika elõnye tehát az a hagyományos termodinamikával szemben, hogy extrém statisztikus eloszlások esetében, amelyek távol vannak a hagyományos termodinamika által tárgyalt makroszkópikus állapotoktól, még olyan esetekben is tárgyalhatók maradnak, még akkor is, ha a mindennapi tapasztalatoknak ellentmondani látszanak is...

ps: Jeget meggyujtani ugy lehet, hogy metant tartalmazo vizet fagyasztunk meg es amikor olvadasnal kiszabadul a metan, az meggyujthato, de mivel a lang tovabb olvasztja a jeget, ezert folyamatos az utanpotlas. A cikkhez persze semmi koze, mint ahogy a kepnek sem, de egy erdekes jelenseg. A metan hidratok egyebkent egy potencialis foldgaz forraskent ismertek.

http://en.wikipedia.org/wiki/Methane_clathrate

Elõször is ez nem új dolog, hiszen köztudott, hogy a lézerekben a belsõ állapot is negatív termodinamikai hõmérsékleten van az elektronok populáció inverziója miatt.
A termodinamikai hõmérséklet reciproka ugyanis az entrópia belsõ energia szerinti parciális deriváltja, amelynek elõjele lehet negatív is, ha pl. az entrópia változással ellentétes irányban változik a belsõ energia, amely állapotot a lézer akkor éri el, amikor az elektronbetöltöttség megfordul, azaz kialakul a populáció inverzió.
Mivel a jellemzõ paraméter a termodinamikai hõmérséklet reciproka, ezért ez a negatív átmenet az 1/T=0 értéknél fordul át negatívba, amely itt valóban végtelen T-t jelent...

A cikkben egy dolgot nem emlitenek, hogy relativ homersekletekrol van szo. Tehat a kiserlet magat a 0 pontot tolja el, igy valojaban az osszes atom az abszolut nulla folott van, de az entropia valtozasuk olyan, mintha nemelyik alatta lenne, mig masok folotte. Ezt reszben a relativ mozgasi energia megszuntetesevel erik el, persze igy is marad abszolut mozgasi energiajuk, mivel pl. az egesz kiserlet mozog a Folddel egyutt, az atomok csak egymashoz kepest allnak es csak az atlaghoz viszonyitva magasabb es alacsonyabb a homersekletuk 0-nal.

Nekem kicsit furcsa amikor a legmagasabb pozitív hõmérsékletet említi, mert egy részecske energiáját a végtelenségig lehetne növelni nem? És a legmagasabb hõmérséklet akkor lenne ha az összes részecske energiája kvázi végtelen. Vagy rosszul gondolom?

Mi az a második kép? Annyira lehûlt hogy már lángra kapott? Lehetséges volna egy olyan állapot amikor annyira hideg hogy, hideg lánggal ég( avagy a környezet videlkedik úgy mintha égne?)? :D bolond vagyok.

Azert a tankonyvekhez nem nagyon kell nyulni, leven evtizedes fizikakonyvekben is emlitik mar a negativ homersekletet. A termodinamika harmadik torvenye ettol fuggetlenul nem veszti ervenyet.

te egy ilyen: mindenhova beugató-gyökérzet lehecc

Yeeah! Tankönyveket bezúzni, a fizika tanárom meg jön egy sörrel. 4 éve erre várok. :P

Egy kis olvasni való.:
http://math.ucr.edu/home/baez/physics/ParticleAndNuclear/neg_temperature.html
Itt normálisabban le van írva.

Ekkora barmot!

Ekkora baromságot!