Chladnější než nejchladnější - o atomech, které mají zakázanou teplotu
V běžném životě hraje teplota důležitou roli. Rozhodujeme se, jak se obléknout, když je venku zima, na který stupeň zapneme vařič, abychom si uvařili jídlo, jak teplou vodu napustit do vany.
Námi vnímaná teplota je závislá na vlastnosti nejdůležitější chemické sloučeniny – vody. Stupnice, která odpočítává běžnou teplotu, byla původně odvozena od teploty tání ledu, což byla nula stupňů Celsia. Chladnějšímu stavu říkáme záporná teplota.
Kromě běžně používané Celsiovy stupnice existuje ještě jiné, univerzálnější označení teploty. Za nulu se v ní považuje stav, při kterém se přestávají pohybovat atomy nebo molekuly ochlazené látky. Dostala název Kelvinova stupnice.
Pohyb molekul a atomů
Běžná hmota se skládá z atomů nebo molekul. Tyto malé autonomní jednotky nejsou vidět pouhým okem – a proto není pouhým okem vidět ani jejich pohyb. Přitom se jedná o velice zajímavý jev. Ne všechny atomy nebo molekuly, které se nacházejí ve stejném systému (předmětu), mají stejnou energii a tím i osobní rychlost.
Maxwellovo-Bolzmanovo rozdělení
V každém systému se nachází zároveň rychlé i pomalé molekuly (případně volné atomy). Pod dlouhým názvem Maxwellovo-Bolzmanovo rozdělení se skrývá fyzikální jev, kterým se řídí jejich rychlost.
V určitém systému se zároveň nachází malé množství pomalých molekul (na obrázku jsou v levé části obrázku), větší množství molekul s průměrnou rychlostí a také malé množství molekul s velice vysokou rychlostí (na obrázku jsou vidět v pravé části).
Čím vyšší teplotu má systém, tím více rychlejších molekul obsahuje. Křivka se posouvá směrem doprava k vyšším rychlostem (viz obrázek).
Při teoretické teplotě 0 Kelvinů je rychlost všech částí (molekul nebo volných atomů) nula a žádná křivka neexistuje.
Menší rychlost než nulová logicky nemůže existovat, je tedy nasnadě, že nemůže existovat ani menší teplota než nula Kelvin.
V roce 2013 se přesto takové teploty podařilo dosáhnout. Jak se to povedlo?
Velký malý trik a záporná absolutní teplota
Vědci z mnichovské univerzity a Max-Planckova-Institutu pro kvantovou optiku v Garchingu použili malý trik.
V laboratoři vytvořili atomární plyn. Použili zhruba sto tisíc atomů, které umístili do vakua. Tyto atomy ochladili na teplotu kolem miliardtiny Kelvinu. Díky vakuu byly atomy izolovány od okolního prostředí.
Atomy vědci zachytili v optických pastích, vytvořených laserovými paprsky. Ty přitom vytvořily tzv. optickou mřížku, do níž se atomy uložily. Atomy v této optické mřížce se mohly pohybovat jen díky tunelovému jevu. Díky němu se jejich pohyb omezoval ovšem jen na určité body. Mohly tunelovat jen od jedné pozice v mřížce do druhé. Přitom byla omezena i jejich rychlost.
Právě ono zmíněné omezení maximální rychlosti atomů v systému se pak stalo základem experimentu, který vědci provedli. V tomto speciálně vytvořeném systému se jim podařilo obrátit Maxwellovo-Bolzmanovo rozdělení rychlosti atomů. Největší energii a tím i rychlost měla naprostá většina z nich.
Vědci tak dosáhli takové vlastnosti, jakou by měl systém ochlazený na negativní teplotu, aniž by ho skutečně museli na negativní teplotu ochladit. Jejich systém díky experimentu „přeskočil“ stav absolutní nulové teploty, aby přijal takové vlastnosti, které by měl teoretický systém s teplotou nižší než absolutní nula.
K čemu celé tohle úsilí?
Experiment má zajímavé důsledky.
Negativní absolutní teplota vede ke zdánlivě absurdním stavům. Aparát, pracující s tímto jevem, by mohl například dosahovat vyšší účinnost než 100 %. Přitom by samozřejmě nepopíral známé fyzikální zákony. Mohl by ale čerpat energii jak z teplejšího, tak z chladnějšího stavu systému.
Super-chladný stav, kterého dosáhli vědci v laboratoři, také vykazuje jednu kosmologicky zajímavou vlastnost. Atomy se sice navzájem přitahují, jak je to u hmoty běžné, plyn ale přesto nekolabuje, tedy nezahušťuje se. Tato vlastnost připomíná chování tzv. temné hmoty, hmoty, ze které se skládá většina vesmíru a kterou se zatím nepodařilo prokázat našimi přístroji. Temná hmota se projevuje pouze svou gravitací, kterou v kosmických měřítkách ovlivňuje běžnou, nám známou hmotu.
Podaří se zkonstruovat podobný systém při vyšších pozitivních teplotách? To by mělo za následek dosažení ještě nižší absolutní teploty. Nechme se překvapit tím, co přinese budoucnost.
Dana Tenzler
Alkohol v jídle - kolik se ho vypaří během vaření?
Odpařuje se alkohol, který se přidává do jídla, během vaření natolik, aby byl výsledný pokrm vhodný pro děti? O alkoholu v potravinách. (délka blogu 4 min.)
Dana Tenzler
Barvy v kuchyni (8) - průmyslová modrá
Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví potraviny? Jakými přírodními nebo umělými barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? (délka blogu 3 min.)
Dana Tenzler
Barvy v kuchyni (7) - přírodní modrá
Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví potraviny? Jakými přírodními nebo umělými barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? (délka blogu 3 min.)
Dana Tenzler
Barvy v kuchyni (6) - průmyslová zelená
Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví potraviny? Jakými přírodními nebo umělými barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? (délka blogu 3 min.)
Dana Tenzler
Barvy v kuchyni (5) - přírodní zelená
Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními nebo umělými barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? (délka blogu 3 min.)
Dana Tenzler
Barvy v kuchyni (4) - průmyslová červená
Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními nebo umělými barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? (délka blogu 3 min.)
Dana Tenzler
Barvy v kuchyni (3) - přírodní červená
Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními nebo umělými barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? (délka blogu 3 min.)
Dana Tenzler
Barvy v kuchyni (2) - průmyslová žlutá
Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními nebo umělými barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? (délka blogu 3 min.)
Dana Tenzler
Barvy v kuchyni (1) - přírodní žlutá
Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? První díl seriálu o barvách.
Dana Tenzler
Čokoládoví velikonoční zajíčci
Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, odkud se vlastně vzali velikonoční zajíčci a vajíčka z čokolády, kterých jsou před velikonocemi plné obchody? (délka blogu 3 min.)
Dana Tenzler
První lidé, kteří přišli do Evropy - nové datování hornin
Nedávno proběhla médii zpráva o tom, že lidstvo začalo osídlovat Evropu z východu kontinentu. Jak ale vědci určili stáří vzorků? Na datování pomocí radioaktivních izotopů uhlíku totiž byly moc staré. (délka blogu 5 min.)
Dana Tenzler
Umělé zatmění Slunce
ESA se chystá vytvořit (s pomocí dvou satelitů) první umělé zatmění Slunce. Nový převratný experiment na oběžné dráze Země. (délka blogu 3 min.)
Dana Tenzler
Budoucnost života na Zemi (4) - vliv Měsíce
Poslední díl malého seriálu o budoucnosti života na Zemi. Může naši planetu zachránit vliv Měsíce? Shrnutí a statistika počítačových simulací. (délka blogu 3 min.)
Dana Tenzler
Budoucnost života na Zemi (3) Záchrana díky cizí hvězdě?
Planeta Země se nyní nachází v obyvatelné zóně Slunce. Taková zóna existuje kolem každé hvězdy. Planeta se v ní ale nemusí udržet věčně. (délka blogu 5 min.)
Dana Tenzler
Budoucnost života na Zemi (2) Klima na budoucím superkontinentu
Jak se vyrovnají savci se změnami klimatu na budoucím superkontinentu Pangea Ultima? Už dnes známe jejich budoucí strategii. (délka blogu 3 min.)
Dana Tenzler
Budoucnost života na Zemi (1)
To, že se naše planeta nachází v obyvatelné části Sluneční soustavy, považujeme za samozřejmé. Samozřejmé to ale není. V budoucnosti proběhnou změny, které život na Zemi vyhubí. Seriál blogů o budoucím vývoji Země. (délka 4 min.)
Dana Tenzler
?Podaří se další přistání na Měsíci? Intuitive Machines
Dalším účastníkem nového závodu o Měsíc je americká soukromá firma Intuitive Machines. Její sonda se dnes bude pokoušet o měkké přistání na Měsíci. (délka blogu 2 min.)
Dana Tenzler
Objev první temné galaxie
Vědci nedávno zveřejnili objev zvláštní galaxie. Pozorovali ji v rádiové oblasti elektromagnetického spektra. Přitom si všimli, že v ní nejspíš ... úplně chybí hvězdy. (délka blogu 2 min.)
Dana Tenzler
Vulkány na Jupiterovu měsíci Io
NASA zveřejnila nové snímky nejbližšího Jupiterova měsíce - Io. Zachytila je vesmírná sonda Juno, která se už nejspíš blíží ke konci své aktivní činnosti. (délka blogu 3 min.)
Dana Tenzler
Satelit CUTE a jeho průzkum „horkých Jupiterů“
Maličký satelit s velikostí krabice od bot (třídy cube 6U, tedy 6x10x10x10 cm) se věnuje zajímavému průzkumu. Doplňuje naše znalosti o zvláštním typu exoplanet, který se nevyskytuje ve Sluneční soustavě. (délka blogu 3 min
předchozí | 1 2 3 4 5 6 7 ... | další |
- Počet článků 968
- Celková karma 19,25
- Průměrná čtenost 1331x