Зачем именно абсолютный нуль?

Суббота, 22 Февраля 2025 г. 15:03 + в цитатник

Многие интересные эффекты начинают регистрироваться именно при приближении к экстремально низким температурам. Речь идёт преимущественно об эффектах и явлениях из области квантовой физики. Знаменитый конденсат Бозе-Эйнштейна или существование суперпозиции в квантовом компьютере, сверхпроводимость или сверхтекучесть - во всех этих случаях то или иное свойство проявляется ближе к абсолютному нулю. Но почему именно так?

Мороз и гелий

Холод - это не только неприятная характеристика погоды на улице. В первую очередь мы говорим про состояние термодинамической системы. У "участников" такой системы есть некоторая характеристика, именуемая температурой. По сути температура - это мера энергии движения частичек, входящих в состав системы. Если очень грубо, то в холодный день частицы воздуха перемещаются медленнее, чем в жару.

Тепловое движение частиц

Ну, а абсолютный ноль, как вы вероятно помните называют ещё состоянием тепловой смерти. Атомы перестают двигаться и всё окружающее вещество теряет свою тепловую энергию. Это самая низкая температура, которая может существовать в природе. Хотя последнее утверждение тоже подвергается сомнению.

Но что происходит с физической точки зрения? Почему именно при абсолютном нуле можно говорить про существование конденсата Бозе-Эйнштейна и работе квантовых явлений?

Мы не случайно сказали, что чем ниже температура, тем менее интенсивно движутся частицы и практически не проявляют себя дополнительные тепловые процессы.

По сути макроявления настолько значительнее, чем тот или иной квантовый эффект, что у квантового явления просто не остаётся шансов продемонстрировать себя.

Почему квантовые компьютеры работают только при сверхнизких температурах? Потому что состояние квантовой суперпозиции, в котором должен находиться объект и которое потом должен измерить наблюдатель, разрушается от любого неверного шага. Любое движение частички может разрушить суперпозицию и нечего будет измерять.

Так вот тепловые явления по отношению к квантовым эффектам - это явления макромира. Интенсивное движение частичек легко может разрушить квантовую картину. Тут и запутанность пропадёт, и сверхпроводимости не будет.

Тепловая энергия, связанная с движением частиц, исчезает при абсолютном нуле. Это означает, что в системе больше нет теплового шума или флуктуаций. Энтропия системы при этом достигает своего минимального значения, которое является фундаментальным пределом. Ничто не будет мешать квантовым явлениям.

Получается одна большая квантовая частица

Потому и получается построить такую интересную штуку, как квантовую материю, которая проявляет свойство согласованности состояния для каждой частички. Это мы про конденсат Бозе-Эйнштейна. Ничто не мешает системе вести себя таким образом, тогда как в реальном случае "тепловой шум" помешал бы частичкам быть согласованными.

Отсюда растут ножки и у сверхтекучести. Сверхтекучесть возникает из-за уникального поведения частиц при экстремально низких температурах. При этих температурах частицы в жидкости начинают вести себя как единое целое, а не как отдельные частицы. Это вновь конденсат Бозе-Эйнштейна.

Сверхтекучесть

В этом варианте частицы занимают одно и то же квантовое состояние. Они имеют одинаковую энергию и импульс. Это приводит к макроскопической волновой функции, которая описывает поведение всей системы. Потому и протекает сверхтекучий гелий через стенку сосуда.

Впрочем, проявят себя и не только квантовые эффекты. Например, явление сверхпроводимости к квантовым не относится, но наличие "внутреннего трения" в обычном проводнике при нормальным температурах тоже зависит от энергии частиц этой системы. Ниже температура - ниже трение. Электрический ток сможет проходить практически без сопротивления, поскольку частицы не будут ему "мешать".

Мораль простая - в обычном случае мы не можем наблюдать квантовые явления и связанные интересные эффекты, поскольку квантовое состояние разрушается тепловым движением. Нужно избавиться от него и тогда мы увидим более интересные штуки.

Рубрики:

=ЧТО ПИШУТ В МИРЕ=/О числах в мире
=ЧТО ПИШУТ В МИРЕ=/Научные гипотезы

Метки: числа

<a href="https://www.liveinternet.ru/users/4315980/post509735234/">Р—Р°С‡РµРј РёРјРµРЅРЅРѕ Р°Р±СЃРѕР»СЋС‚РЅС‹Р№ РЅСѓР»СЊ?</a><br/>
	
	
		РњРЅРѕРіРёРµ РёРЅС‚РµСЂРµСЃРЅС‹Рµ СЌС„С„РµРєС‚С‹ РЅР°С‡РёРЅР°СЋС‚ СЂРµРіРёСЃС‚СЂРёСЂРѕРІР°С‚СЊСЃСЏ РёРјРµРЅРЅРѕ РїСЂРё РїСЂРёР±Р»РёР¶РµРЅРёРё Рє СЌРєСЃС‚СЂРµРјР°Р»СЊРЅРѕ РЅРёР·РєРёРј С‚РµРјРїРµСЂР°С‚СѓСЂР°Рј. Р РµС‡СЊ РёРґС‘С‚ РїСЂРµРёРјСѓС‰РµСЃС‚РІРµРЅРЅРѕ РѕР± СЌС„С„РµРєС‚Р°С… Рё СЏРІР»РµРЅРёСЏС… РёР· РѕР±Р»Р°СЃС‚Рё РєРІР°РЅС‚РѕРІРѕР№ С„РёР·РёРєРё. Р—РЅР°РјРµРЅРёС‚С‹Р№ РєРѕРЅРґРµРЅСЃР°С‚ Р‘РѕР·Рµ-РР№РЅС€С‚РµР№РЅР° РёР»Рё СЃСѓС‰РµСЃС‚РІРѕРІР°РЅРёРµ СЃСѓРїРµСЂРїРѕР·РёС†РёРё РІ РєРІР°РЅС‚РѕРІРѕРј РєРѕРјРїСЊСЋС‚РµСЂРµ, СЃРІРµСЂС…РїСЂРѕРІРѕРґРёРјРѕСЃС‚СЊ РёР»Рё СЃРІРµСЂС…С‚РµРєСѓС‡РµСЃС‚СЊ - РІРѕ РІСЃРµС… СЌС‚РёС… СЃР»СѓС‡Р°СЏС… С‚Рѕ РёР»Рё РёРЅРѕРµ СЃРІРѕР№СЃС‚РІРѕ РїСЂРѕСЏРІР»СЏРµС‚СЃСЏ Р±Р»РёР¶Рµ Рє Р°Р±СЃРѕР»СЋС‚РЅРѕРјСѓ РЅСѓР»СЋ. РќРѕ РїРѕС‡РµРјСѓ РёРјРµРЅРЅРѕ С‚Р°Рє?
	
		
	
		РњРѕСЂРѕР· Рё РіРµР»РёР№
	
		&nbsp;
	
		
	
		РҐРѕР»РѕРґ - СЌС‚Рѕ РЅРµ С‚РѕР»СЊРєРѕ РЅРµРїСЂРёСЏС‚РЅР°СЏ С…Р°СЂР°РєС‚РµСЂРёСЃС‚РёРєР° РїРѕРіРѕРґС‹ РЅР° СѓР»РёС†Рµ. Р’ РїРµСЂРІСѓСЋ РѕС‡РµСЂРµРґСЊ РјС‹ РіРѕРІРѕСЂРёРј РїСЂРѕ СЃРѕСЃС‚РѕСЏРЅРёРµ С‚РµСЂРјРѕРґРёРЅР°... <a href="https://www.liveinternet.ru/users/4315980/post509735234/">Р§РёС‚Р°С‚СЊ РґР°Р»РµРµ...</a>

Комментировать

« Пред. запись — К дневнику — След. запись »

Страницы: [1] [Новые]

LiveInternetLiveInternet

-Метки

-Рубрики

-Цитатник

-Ссылки

-Новости

-Видео

-Поиск по дневнику

-Музыка

Зачем именно абсолютный нуль?