האפס המוחלט

האפס המוחלט הוא הטמפרטורה הנמוכה ביותר, 273.15- מעלות צלזיוס, 459.67- מעלות פרנהייט או אפס קלווין. המדען הבריטי, לורד קלווין קבע באופן תאורטי בשנת 1848 כי לא תיתכן טמפרטורה נמוכה מזו. לפי החוק השלישי של התרמודינמיקה, לא ניתן להביא חומר אל האפס המוחלט, אך ניתן לשאוף אליו.

האפס המוחלט הוא טמפרטורה בה החלקיקים מאכלסים את מצב היסוד של המערכת, והאנטרופיה מתאפסת עד כדי אנטרופיה שיורית.

בעת קירור של חומרים מסוימים לטמפרטורה הקרובה לאפס המוחלט, מתגלות תופעות קוונטיות רבות, בהן מוליכות על ונוזליות-על. התפלגות החלקיקים ברמות האנרגיה השונות תלויה בטמפרטורה. שתי ההתפלגויות הנובעות מתורת הקוונטים - פרמי-דיראק ובוז-איינשטיין ישאפו בטמפרטורות גבוהות מספיק להתפלגות בולצמן הקלאסית, או במילים אחרות - האנרגיה הקינטית גבוהה מספיק כך שההפרש בין רמות האנרגיה הבדידות הוא חסר משמעות. בטמפרטורות נמוכות יחסית יתגלה האופי הקוונטי של החלקיקים, ואיתו מגוון תופעות פיזיקליות חדשות.

טמפרטורות שנמדדו קרוב לאפס המוחלט

לא ניתן לקרר חומר לטמפרטורת האפס המוחלט, אבל ניתן להגיע לרמות קרובות אליו.

בספטמבר 2003 הצליחו וולפנג קטרל ושותפיו למחקר במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס לקרר אטומי סידן לטמפרטורה של 450pK או ‎4.5×10^-10 K‎, כלומר פחות מחצי מיליארדית המעלה מעל האפס המוחלט.

בערפילית הבומרנג, הנמצאת בקבוצת הכוכבים קנטאורוס, נמדדה בפברואר 2003 טמפרטורה של 272.15- מעלות צלזיוס, או קלווין אחד מעל האפס המוחלט. זוהי הטמפרטורה הנמוכה ביותר שנמדדה מחוץ למעבדה. הערפילית נמצאת במרחק של כ-5000 שנות אור ממערכת השמש.

מדידת ערכו של האפס המוחלט

ישנן מגוון תופעות התלויות בטמפרטורה של החומר. בחלקן ניתן להניח כי כאשר החלקיקים יפסיקו את תנועתם התופעה תיעלם גם היא, ולכן על ידי אקסטרפולציה ניתן לקבוע את ערכו של האפס המוחלט. דוגמה אחת למדידה ניסיונית כזו היא מדידת רעש תרמי בנגד, שזהו אות חשמלי אקראי הנובע מתנועתם האקראית של האלקטרונים בחומר. עוצמתו של הרעש (ריבוע המתח הנוצר) תלוי לינארית בטמפרטורה.

טמפרטורות מתחת לאפס המוחלט

ערך מורחב – טמפרטורה שלילית

היה נהוג לחשוב שאפס המוחלט היא טמפרטורה שמבחינה תאורטית אי אפשר לרדת מתחת אליה, ומעשית גם לא להגיע אליה ממש, אך תאוריות קוונטיות חדשות טוענות שאין הדבר כך וכמה ניסויים הראו תוצאות שיכולות להתפרש כטמפרטורה מתחת לאפס המוחלט.^[1]