Nejchladnější místo ve vesmíru: zkoumání fyziky extrémně nízkých teplot
Hledání absolutní nuly
Fyzici byli dlouho fascinováni konceptem absolutní nuly, nejnižší možné teploty, při které ustane veškerý atomový pohyb a nezůstane žádná tepelná energie. Ačkoli je absolutní nula nedosažitelná, vědci dosáhli pozoruhodného pokroku v dosažení extrémně nízkých teplot, které nabízejí jedinečné poznatky o chování hmoty.
Fyzika extrémně nízkých teplot: nová hranice
Fyzika extrémně nízkých teplot je studium hmoty při extrémně nízkých teplotách, obvykle blízkých absolutní nule. Při těchto teplotách se atomy a dokonce i světlo chovají neobvyklým způsobem a projevují se jevy jako supravodivost a superfluita.
Bose-Einsteinovy kondenzáty (BEC)
Jedním z nejzajímavějších vývojů ve fyzice extrémně nízkých teplot je vytvoření Bose-Einsteinových kondenzátů (BEC). BEC vznikají, když oblak atomů vstoupí do stejného kvantového stavu a chová se jako jediná entita. To umožňuje vědcům studovat vlastnosti hmoty na základní úrovni.
Supravodivost a superfluita
Pod určitými teplotami se některé materiály stávají supravodivými a ztrácejí veškerý elektrický odpor. Jiné materiály se stávají suprakapalinami, které mohou proudit bez tření malými kanály. Tyto vlastnosti mají potenciál k revoluci ve využívání energie a zpracování dat.
Nejnižší teplota na Zemi
V roce 2003 fyzici z Massachusettského technologického institutu dosáhli rekordní teploty 810 biliontin stupně nad absolutní nulou. Tato extrémní zima byla dosažena zachycením atomů sodíku v magnetickém poli a použitím laserových paprsků ke zpomalení jejich pohybu.
Zpomalení světla na plížení
Dalším pozoruhodným úspěchem ve fyzice extrémně nízkých teplot je schopnost zpomalit světlo téměř k zastavení. Vysláním laserového paprsku přes BEC se vědcům podařilo snížit rychlost světla na několik kilometrů za hodinu. To otevřelo nové možnosti pro studium povahy světla a vývoj pokročilých optických technologií.
Další výzkum extrémně nízkých teplot
Kromě BEC zkoumají vědci také jiné metody, jak dosáhnout extrémně nízkých teplot. Ve Finsku fyzici použili magnetická pole k manipulaci s jádry atomů rhodia a dosáhli teplot ještě nižších, než jakých bylo dosaženo s BEC.
Limity chlazení
I když vědci neustále posouvají hranice fyziky extrémně nízkých teplot, uznávají, že absolutní nula je nakonec nedosažitelná. Zákony termodynamiky určují, že by bylo zapotřebí nekonečné množství času a energie k odstranění veškerého tepla z látky.
Aplikace fyziky extrémně nízkých teplot
Výzkum prováděný ve fyzice extrémně nízkých teplot má dalekosáhlé důsledky pro různé obory, včetně:
- Supravodivost: vývoj nových materiálů, které mohou vést elektřinu bez odporu při pokojové teplotě, což vede k efektivnějšímu přenosu a ukládání energie.
- Kvantové počítače: využití vlastností BEC k vytvoření kvantových počítačů s výrazně zvýšenou výpočetní kapacitou.
- Optické technologie: využití pomalého světla ke zvýšení rychlosti přenosu dat a vývoji nových optických zařízení.
Závěr
Průzkum fyziky extrémně nízkých teplot neustále přináší průkopnické objevy o povaze hmoty a světla. Ačkoli absolutní nula zůstává nepolapitelným cílem, poznatky získané z těchto studií mají potenciál změnit naše chápání vesmíru a otevřít cestu k revolučním technologiím.
