Springen naar inhoud

- - - - -

Absolute nulpunt niet meer absoluut?


  • Log in om te kunnen reageren

#1

Ger

    Ger


  • >5k berichten
  • 16444 berichten
  • Technicus

Geplaatst op 06 januari 2013 - 10:19

William Thomson, beter bekend als Lord Kelvin, stelde in de 19e eeuw vast dat geen enkel materiaal kouder kan worden dan "het absolute nulpunt" (-273°C), aangezien de deeltjes van het materiaal dan geen energie en dus geen beweging meer hebben. Een goede eeuw later ontstonden al theoriën dat dit niet altijd op zou hoeven te gaan, maar daar is nooit bewijs voor geleverd.

Tot nu.

Ulrich Schneider, natuurkundige aan universiteit van München is er samen met zijn team in geslaagd een test te creëren waarbij temperaturen onder het absolute nulpunt zijn gemeten. Ze hebben een ultrakoud kwantumgas bestaande uit kaliumatomen bewerkt met lasers en magnetische velden.

Lees verder op Nature (en)
"Knowledge speaks, but wisdom listens."
- Jimi Hendrix -

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Wien Ee

    Wien Ee


  • >1k berichten
  • 3133 berichten
  • VIP

Geplaatst op 06 januari 2013 - 12:48

Het kan: kouder dan het absolute nulpunt

Onderzoekers melden dat ze voor het eerst een systeem hebben gecreëerd met een temperatuur onder het absolute nulpunt. Doorgaans geldt dat punt, minus 273 graden celsius of nul kelvin, als het koudst denkbare.

Geplaatste afbeelding
Artists impression of thermal distributions: For positive temperatures (blue balls) most atoms occupy low energy states and only a few atoms have high energies. For negative temperatures (red balls), the distribution is inverted and most atoms occupy high energy states. The vertical axis represents energy.

In het nog koudere systeem ontstaan bizarre eigenschappen, schrijven fysici. Zo is de druk niet positief, zoals in gewone gassen, maar negatief. Ook is de viscositeit negatief: een object of signaal dat erdoor vliegt wordt niet afgeremd door wrijving, maar versneld.
In een normaal gas neemt de beweeglijkheid van moleculen af naarmate het kouder wordt. Bij minus 273 graden celsius staan de moleculen stil, en is verdere afkoeling niet mogelijk. In dit speciale geval is dat omgekeerd doordat de materie zich in een zogeheten bose-einsteintoestand bevindt. De atomen verliezen daardoor hun individuele eigenschappen en vormen één samenhangend geheel.

'Behoorlijk opwindend'
Het experiment vormt de eerste rechtstreeks bevestiging van een idee dat fysicus Allard Mosk van de Universiteit Twente in 2005 beschreef, en waaraan de onderzoekers uitgebreid refereren. 'In theorie wisten we al wel dat negatieve absolute temperaturen mogelijk zijn. Maar dat ze het nu echt realiseren in een gasachtig systeem, is behoorlijk opwindend', zegt Allard Mosk opgetogen.
Op zichzelf is een temperatuur onder het absolute nulpunt voor fysici niet vreemd, omdat zij temperatuur zien als een getal dat de energieverdeling in een gas wiskundig beschrijft. In een gewoon gas is er een minimum-energie en geen maximum. Maar in andere fysische systemen - doorgaans vooral in vaste stoffen waarin de magnetische eigenschappen van atomen een rol spelen - kan dat omgekeerd zijn. In 2005 rekende Mosk voor dat ook een stelsel van plukjes bose-einsteingas in een rooster van kruisende lasers juist een maximumenergie heeft.

Stabiel
De metingen van de onderzoekers laten zien dat materie onder het absolute nulpunt redelijk stabiel blijft en zich thermodynamisch verder normaal gedraagt. Het gegeven van een negatieve druk biedt mogelijk nieuwe aanknopingspunten voor de kosmologie, waar een raadselachtig soort anti-zwaartekracht het universum uit elkaar lijkt te drijven.


Lees meer:
Atoms at negative absolute temperature – the hottest systems in the world
Negative Absolute Temperatures - Frequently asked questions
NWT


Wetenschappelijke publicatie:
S. Braun, et al.: Negative Absolute Temperature for Motional Degrees of Freedom


Bron:
Volkskrant

Veranderd door confusie, 31 januari 2013 - 08:10
afbeelding hersteld

Heb je interesse in journalistiek? Wij zoeken versterking! Speurwerk, deel van het team, meer weten: klik.

#3

Michel Uphoff

    Michel Uphoff


  • >5k berichten
  • 5383 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 06 januari 2013 - 14:50

Voordat er door sensatiebeluste media alweer een verkeerd beeld ontstaat, een quote uit de door Confusie aangehaalde faq van dezelfde wetenschappers:

Is your system really colder than zero Kelvin?

No! Nothing can be colder than absolute zero (0 K)!
Negative absolute temperatures (or negative Kelvin temperatures) are hotter than all positive temperatures - even hotter than infinite temperature.


De kop in de VK "Het kan: kouder dan het absolute nulpunt" is onjuist.

Veranderd door Michel Uphoff, 06 januari 2013 - 17:04

Motus inter corpora relativus tantum est.

#4

Wien Ee

    Wien Ee


  • >1k berichten
  • 3133 berichten
  • VIP

Geplaatst op 06 januari 2013 - 20:43

Het is mijn indruk dat het door de onderzoekers nogal sensationeel is gebracht.

In een ideaal gas zou de snelheidsverdeling zo zijn:

Geplaatste afbeelding

De maat voor temperatuur is gedefinieerd.

... the thermodynamic temperature of any bulk quantity of matter is the measure of the average kinetic energy ...




Als ik het allemaal goed begrijp is de snelheidsverdeling van de deeltjes in hun experiment anders dan die van gasmoleculen in een ideaal gas. Namelijk, zoals de rechter grafiek hieronder:

Geplaatste afbeelding


Als ze dan de gemiddelde energie uitrekenen, komt die hoog uit. Die gemiddelde energie is hoger dan haalbaar zou zijn met een ideaal gas.

Invullen in de definitie voor temperatuur, veroorzaakt dan blijkbaar een minteken. (welke definitie ze precies gebruiken wordt me niet helemaal duidelijk).

Ik vind het wat misleidend dat ze spreken van een negatieve absolute temperatuur. Het zou mooier zijn als ze hadden geconcludeerd dat ze een temperatuur hadden gemeten die hoger is dan theoretisch mogelijk. En dat ze daaraan direct een discussie hadden gekoppeld over hoe temperatuur wordt gedefinieerd.

Veranderd door confusie, 06 januari 2013 - 22:39

Heb je interesse in journalistiek? Wij zoeken versterking! Speurwerk, deel van het team, meer weten: klik.

#5

physicalattraction

    physicalattraction


  • >1k berichten
  • 3104 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 07 januari 2013 - 09:22

Er is natuurlijk ook de definitie die de temperatuur relateert aan entropie en warmte overdracht.

"Temperature is a measure of the tendency of an object to spontaneously give up energy to its surroundings. When two objects are in thermal contact, the one that tends to spontaneously lose energy is at the higher temperature."
LaTeX
Bron: Hyperphysics

Dit lijkt me een betere definitie dan "hoeveelheid kinetische energie" om te begrijpen wat een negatieve absolute temperatuur inhoudt.

#6

eendavid

    eendavid


  • >1k berichten
  • 3751 berichten
  • VIP

Geplaatst op 09 januari 2013 - 17:30

Een negatieve temperatuur is niet nieuw (LASERs vormen het bekendste voorbeeld van systemen met negatieve temperatuur), en ontstaat inderdaad wanneer er populatie-inversie is zoals in de rechtergrafiek van confusie. Zie hier voor een uitgebreide bespreking.

#7

Wien Ee

    Wien Ee


  • >1k berichten
  • 3133 berichten
  • VIP

Geplaatst op 10 januari 2013 - 09:09

The most universal definition of temperature is due to Boltzmann. The system has temperature LaTeX

if the probability of the arrangement (microstate) LaTeX of the physical system is given by


LaTeX

Als ik het goed begrijp passen ze bovenstaande formule toe.

In hun experiment hebben ze het aantal vrijheden van beweging van de atomen sterk ingeperkt; LaTeX is dan een klein getal. De energie LaTeX is hoog. Vervolgens rolt er een negatief getal voor T uit de formule.

Begrijp ik het zo goed?

Veranderd door confusie, 10 januari 2013 - 15:03

Heb je interesse in journalistiek? Wij zoeken versterking! Speurwerk, deel van het team, meer weten: klik.

#8

eendavid

    eendavid


  • >1k berichten
  • 3751 berichten
  • VIP

Geplaatst op 10 januari 2013 - 22:50

Je hebt de definitie van physicalattraction nodig om het fijne ervan te begrijpen. Ik heb gisteren nog wat rondgekeken op het www, en deze uitleg is zeer goed.

Veranderd door eendavid, 10 januari 2013 - 22:50






0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures