Question:
Pourquoi le zéro absolu est-il impossible à atteindre?
paracetamol
2016-10-13 23:04:41 UTC
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Nous parlions de la troisième loi de la thermodynamique en classe, et mon professeur a mentionné quelque chose que nous avons trouvé assez fascinant:

Il est physiquement impossible d'atteindre un température de zéro kelvin (zéro absolu).

Lorsque nous l'avons pressé pour la justification derrière cela, il nous a demandé de jeter un œil au graphique de la loi de Charles pour les gaz:

enter image description here

Son argument est que lorsque nous extrapolons le graphique à -273,15 degrés Celsius (c'est-à-dire zéro kelvin), le volume diminue jusqu'à zéro ; et " puisqu'aucun morceau de matière ne peut occuper un volume nul ('matière' étant quelque chose qui a une masse et occupe de l'espace), d'après le graphe de la loi de Charles, il est très clair que c'est impossible d'atteindre la température de zéro kelvin ".

Cependant, quelqu'un d'autre m'a donné une explication différente:" Réduire la température d'un corps à zéro kelvin, signifierait supprimer toute l'énergie associée au corps. Maintenant, puisque l'énergie est toujours associée à la masse, si toute l'énergie est enlevée, il ne restera plus de masse. Il n'est donc pas possible d'atteindre le zéro absolu. " / / p>

(Du point de vue de l'ingénieur) Pour refroidir quelque chose à zéro kelvin, vous aurez d'abord besoin de quelque chose qui est plus cool que zéro kelvin.

Modifier 2 : j'ai un problème avec la notion de "pas de mouvement moléculaire" que je semble trouver partout ici (y compris la réponse fantastique de @ Ivan) mais je n'arrive pas à être effacé.

La notion:

Au zéro absolu, tout mouvement moléculaire s'arrête. Il n'y a plus aucune énergie cinétique associée aux molécules / atomes.

Le problème? Je cite Feynman:

À mesure que nous diminuons la température, la vibration diminue et diminue jusqu'à ce que, au zéro absolu, il y ait une quantité minimale de mouvement que les atomes peuvent avoir, mais pas zéro.

Il poursuit en justifiant cela en introduisant le principe d'incertitude de Heisenberg:

Rappelez-vous que lorsqu'un cristal est refroidi à zéro absolu, les atomes ne s'arrêtent pas de bouger, ils «tremblent» encore . Pourquoi? S'ils arrêtaient de bouger, nous saurions où ils l'étaient et qu'ils n'avaient aucun mouvement, ce qui va à l'encontre du principe d'incertitude. Nous ne pouvons pas savoir où ils se trouvent et à quelle vitesse ils se déplacent, alors ils doivent continuellement s'agiter là-dedans!

Alors, quelqu'un peut-il également expliquer la revendication de Feynman? Pour l'étudiant pas si hardcore en physique que je suis (lycéen ici), son argument semble assez convaincant.

Donc, pour être clair; Je demande deux choses dans cette question:

1) Quel argument est correct? Mon professeur ou celui de l'autre?

2) Au zéro absolu, avons-nous un mouvement moléculaire de zéro comme l'indiquent la plupart des sources, ou les atomes continuent-ils "remuer" là-dedans comme le prétend Feynman?

Les deux sont complètement absurdes. Le zéro absolu ** est ** physiquement possible (pas que nous puissions l'atteindre, cependant).
Puisque les systèmes ne peuvent l'aborder que de manière logarithmique, il faudrait se demander sérieusement si c'est physiquement possible.
Les deux explications sont fausses. (a) Il est tout à fait possible de nos jours d'obtenir des températures de l'ordre du milli-kelvin. Ceci est fait pour éliminer le bruit thermique sur les instruments très sensibles. (b) très brièvement, la température est une mesure de l'énergie motrice, la molécule a toujours ce qu'on appelle l'énergie vibrationnelle du point zéro à zéro K, et les cristaux ont un mouvement de réseau (phonons) qui ont également des énergies du point zéro, il n'est donc pas vrai que l'énergie totale est nulle à zéro K. Les atomes ont toujours la même énergie électronique qu'à température ambiante.
L'explication de la loi Charles est très populaire. J'ai lu cette explication dans de nombreux livres en plus de l'entendre de mes professeurs et j'en ai été très convaincu. :(
Un autre que j'ai entendu: * le zéro absolu est impossible car il violerait le principe d'incertitude. *
Un autre: "Il est impossible par une procédure, aussi idéalisée soit-elle, de réduire la température de tout système à zéro en un nombre fini d'opérations finies". ([Wikipédia] (https://en.wikipedia.org/wiki/Third_law_of_thermodynamics#Absolute_zero))
@porphyrin La température n'est pas une mesure de l'énergie motrice. Il s'agit simplement d'un rapport entre dU et dS à V et N. constants. C'est ainsi qu'il peut être [négatif] (https://en.wikipedia.org/wiki/Negative_temperature) dans de nombreux systèmes exotiques et (effectivement) dans certains sont devenus [assez familiers] (https://en.wikipedia.org/wiki/Negative_temperature#Lasers), par exemple. Vous pouvez parfaitement avoir du mouvement à $ T = 0 $. [Un oscillateur harmonique le fait.] (Https://en.wikipedia.org/wiki/Coherent_states)
Je pense que ce que j'ai écrit est correct dans le contexte de la question, mais pas complet dans un sens général. L'énergie moyenne, translation, vibration, rotation est $ = k_BT / 2 $ pour chaque terme d'énergie «au carré» avec $ k_B $ étant la constante de Boltzmann. Cela suppose qu'une distribution de Boltzmann s'applique, c'est-à-dire que chaque niveau d'énergie a une population plus petite que celle immédiatement inférieure en énergie et que le nombre de niveaux est infini. Une inversion de population comme dans le laser ou dans les expériences de RMN pulsée de spin nucléaire est alors décrite comme ayant une température négative mais uniquement pour ces niveaux.
Huit réponses:
#1
+146
Ivan Neretin
2016-10-14 02:58:37 UTC
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Il y a eu une histoire à mon époque sur un physicien chimiste à qui on a demandé d'expliquer un effet, illustré par une affiche sur le mur. Il a fait cela, après quoi quelqu'un a remarqué que l'affiche était suspendue à l'envers, donc l'effet semblait inversé dans le signe. Inébranlable, le gars a tout de suite expliqué l'inverse, tout aussi convaincant que la première fois.

Préparer des explications sur place est un sport respectable, mais votre professeur est allé un peu trop loin. Qu'est-ce que la loi de Charles? Vous voyez, c'est une loi du gaz ; il s'agit de gaz. Et même alors, ce n'est qu'une approximation. Pour être précis, vous devez rendre votre gaz idéal, ce qui ne peut pas être fait. À mesure que vous abaissez la température, tous les gaz deviennent de moins en moins idéaux . Et puis ils se condensent, et il nous reste à traiter des liquides et des solides, auxquels ladite loi ne s'est jamais appliquée, même pas comme une très mauvaise approximation. Faire appel à cette loi lorsque nous sommes proches du zéro absolu est à peu près aussi judicieux que d'exclure certains mécanismes de réaction au motif qu'il faut que les atomes se déplacent plus rapidement que ne le permet la limite de vitesse sur route dans l'État d'Hawaï.

L'argument énergétique est encore plus ridicule. Nous n'avons pas à supprimer toute l'énergie, mais uniquement l'énergie cinétique . La partie $ E = mc ^ 2 $ y reste, donc la masse ne va jamais nulle part.

Cela dit, il n'y a pas de loi physique interdisant l'existence de la matière au zéro absolu. Ce n'est pas comme si son existence provoquait une chute du monde avec l'erreur 500. C'est juste que plus vous vous en approchez, plus cela demande d'efforts, comme avec d'autres choses idéales (vide idéal, composé idéalement pur, cristal sans défauts, etc. ). Si quoi que ce soit, nous y faisons un travail assez décent. En utilisant des techniques sophistiquées comme le refroidissement laser ou le refroidissement par évaporation magnétique, nous avons depuis longtemps dépassé les records de froid de la nature.

Les commentaires ne sont pas destinés à une discussion approfondie; cette conversation a été [déplacée vers le chat] (http://chat.stackexchange.com/rooms/46950/discussion-on-answer-by-ivan-neretin-why-is-absolute-zero-unattainable). Si quelqu'un a besoin d'un contenu de leur part pour être incorporé dans la réponse, je peux les restaurer si nécessaire, ou vous pouvez les recopier à partir du salon de discussion.
Euh, Ivan? Je semble avoir un petit * problème * avec le bit «pas d'énergie cinétique». Pourriez-vous revoir la question? (Je viens de le modifier)
Bien sûr, j'ai beaucoup simplifié les choses; Feynman aussi. Certes, au zéro absolu, les atomes ont encore une certaine incertitude de position, qui ne peut être diminuée davantage en raison du principe de Heisenberg. Qu'elle constitue ou non un mouvement est une question philosophique (c'est-à-dire inutile).
@IvanNeretin Six mois plus tard, un [article] (https://www.nature.com/articles/ncomms14538) a été publié dans "Nature Communications" par des personnes de l'UCL qui affirment que (accéder à [ce site] (https: // futurism.com/its-official-cooling-absolute-zero-mathematically-impossible/)) "vous ne pouvez pas réellement refroidir un système à zéro absolu avec une quantité finie de ressources et nous sommes allés plus loin…. il est impossible de refroidir un système à zéro absolu en un temps fini ... »Cela me semble être en contraste direct avec votre réponse, mais je me trompe peut-être. Pouvez-vous donc clarifier un peu? Merci!
Je viens de dire qu'une matière à zéro absolu n'est ** pas interdite par les lois physiques **; Je n'ai jamais dit que nous pouvions ** l'atteindre **. Au contraire, voyez _ "plus vous vous en approchez, plus cela demande d'efforts" _ part?
@IvanNeretin Pouvez-vous séparer le fait de ne jamais pouvoir faire quelque chose d'une loi physique? Comment sait-on que quelque chose ne peut jamais être fait à moins que l'on ne discute avec d'autres lois physiques ou, en substance, ne découvre une nouvelle loi?
@LinearChristmas Pourquoi, bien sûr, nous pouvons. Un vide idéal est probablement l'exemple le plus simple. Ou imaginez un cristal 100% pur de NaCl, sans impuretés ni défauts. Pour autant que nous sachions, cela persisterait très bien. Bonne chance pour essayer de l'obtenir dans la vraie vie. Même chose avec le zéro absolu.
@IvanNeretin Vous avez parlé d'incertitude de position et demandé si cela peut être interprété comme un mouvement, mais la pertinence réelle est l'incertitude de * momentum *.C'est sans aucun doute un problème pour même * définir * une substance immobile.Vous ne pouvez pas descendre à zéro kelvin car n'avoir aucun mouvement n'est pas une chose qui existe par Heisenberg.Et cela n'est pas du tout abordé par votre réponse.
#2
+70
Cort Ammon
2016-10-14 02:07:20 UTC
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Le zéro absolu est un concept délicat, en particulier une fois que vous commencez à être précis à ce sujet. La thermodynamique et la mécanique quantique sont une affaire délicate! Je vais essayer d’éviter les parties précises, et voir si je peux vous donner une réponse plus intuitive qu’un tas d’équations.

La première question est de savoir ce que signifie «atteindre une température de zéro absolu." Typiquement, lorsque nous formulons des choses comme ça, nous pensons en termes de thermodynamique à l'équilibre. Dans ce contexte, nous nous intéressons aux objets en vrac qui ont une température uniforme. Nous pouvons rapidement voir que s'il y a un transfert de chaleur entre un objet «à zéro absolu» et tout objet non à zéro absolu, alors le premier objet sera réchauffé au fur et à mesure que l'énergie thermique de l'objet plus chaud y pénètre. Cela signifie que notre objet au zéro absolu ne peut y rester que s'il est en isolation thermique. Il n'existe aucun moyen connu de le faire (en particulier en ce qui concerne le chauffage radiatif), à moins que votre objet au zéro absolu ne soit complètement entouré par d'autres objets au zéro absolu. Cela forme une sorte de tour de babel qui finit par tomber lorsque certains objets extérieurs doivent être soumis au rayonnement de fond 3K. L'espace vide est "plus chaud" que le zéro absolu.

Et si nous considérions le monde de la thermodynamique hors équilibre. Il s'agit de l'étude des systèmes qui ne sont pas actuellement à l'équilibre. C'est un endroit étrange où certaines choses peuvent se produire qui n'ont pas de sens à première vue. L'un d'eux est les températures négatives. Les températures négatives se produisent à cause de la façon dont les physiciens définissent la température: $ \ frac {1} {T} = \ frac {\ text {changement d'entropie}} {\ text {changement d'énergie}} $. Il est facile de montrer que dans les situations d'équilibre (celles auxquelles nous sommes habitués), il est impossible d'avoir une température négative (cela indique également que si jamais vous définissez T = 0, vous auriez une valeur indéfinie dans votre équation). Cependant, en thermodynamique hors équilibre, on peut considérer des composés étranges qui sont métastables . Vous pouvez les considérer comme une balle parfaitement au sommet d'une colline lisse. Si la balle est frappée dans n'importe quelle direction, elle roulera vers le bas de la colline. Cependant, au sommet, il peut théoriquement rester immobile (temporairement).

Nous avons enfermé des atomes dans des pièges, et les avons refroidis jusqu'à ce qu'ils soient très très froids (quelques milliardièmes de kelvin). Ensuite, nous avons basculé un interrupteur qui a fait tourner le piège. Soudain, une position très stable est devenue un équilibre instable. Si vous exécutez le calcul sur cet état étrange, il s'avère que cela implique une température négative!

Maintenant, cela suggère que, puisqu'une température est passée de positive à négative, elle doit avoir traversé 0K, ce qui prouve que nous avons créé quelque chose à zéro absolu. Cependant, ce n'est pas le cas. Ce qui se passe réellement, c'est que la température se précipite vers l'infini positif, atteint une discontinuité, puis s'enroule vers l'infini négatif. Il s'approche alors de sa température négative à partir de l'infini négatif. Donc, même dans ce cas, nous ne pouvons pas atteindre le zéro absolu.

La mécanique quantique pose également un problème dans la mesure où vous ne pourrez jamais prouver que vous avez atteint le zéro absolu si vous essayiez. L'énergie thermique est l'énergie cinétique, qui est liée à l'élan. Disons que vous avez trouvé une approche hypothétique pour atteindre le zéro absolu. Lorsque vous allez prouver vos résultats, vous devez prouver que l'élan est également 0. Cependant, en prouvant que c'est vrai, sans erreur, le principe d'incertitude stipule que vous ne pouvez rien savoir sur la position de ces particules. Ils pourraient être n'importe où dans l'univers!

Bonne réponse! Merci d'avoir posté et bienvenue sur Chem.SE!
Je préférerais énoncer l'argument d'incertitude comme suit: observer, de quelque manière que ce soit, que l'objet se trouve à un endroit particulier, est une interaction qui lui donne un élan, et après cette interaction, il y a 0% de chance que l'objet soit à zéro absolu. Cela va de pair avec le premier paragraphe. Même si nous avons théoriquement un objet à zéro absolu, il n'existe que tant qu'il n'a jamais été observé ou interagi avec.
@hobbs C'est vrai. J'étais un peu méfiant à propos de cette façon de le formuler. Étant donné que je commence par une approche hypothétique pour atteindre le zéro absolu, je voulais rester aussi proche des limites mathématiques brutes que possible. Je voulais éviter l'échappatoire naturelle de développer une approche de mesure hypothétique qui pourrait faire le travail.
@CortAmmon assez juste. Je pense juste que "si vous connaissez parfaitement l'élan, alors la position pourrait être n'importe où!" L'argument est l'un de ceux qui sème plus de confusion qu'il n'en vaut. Les gens ne le comprennent pas comme une limite mathématique sur les informations possibles tirées de toutes les mesures possibles, ils imaginent toutes sortes de choses mystiques qui se passent :)
@hobbs Oui, mais la physique quantique est basée sur l'hypothèse que la relation d'incertitude est un concept physique et pas seulement une limite de nos mesures. En réalité, une particule ne peut vraiment pas avoir d'élan défini. Nous ne pouvons pas mesurer l'élan plus exactement parce que nos mesures sont erronées ou affectent la particule d'une manière ou d'une autre, nous ne pouvons pas la mesurer parce qu'elle n'a tout simplement pas d'élan défini. Pour utiliser une analogie, même Dieu ne connaîtrait pas l'élan exact de la particule. Même Einstein avait des problèmes avec cette notion et disait: "Dieu ne joue pas à mourir".
Je pense que vous avez abusé du terme «métastable», ce que vous décrivez est très instable. Il n'a aucune résistance à toute perturbation. Un état métastable est un minimum local d'énergie potentielle, ce que vous décrivez est un maximum local, et je crois que cela s'appelle un * point de selle *.
@luk32 Je suppose que vous pourriez faire cette distinction. Lorsque vous vous approchez du zéro absolu, il y a suffisamment de limites prises pour que la différence devienne moins importante. On pourrait facilement définir un point de selle comme la limite des régions métastables lorsque la région de stabilité s'approche de zéro. En réalité, bien sûr, il y aura des imperfections qui rendront le système instable ou métastable dans le sens que vous mentionnez, où une imperfection crée une énergie minimale locale avec une petite région de stabilité autour d'elle.
Ce sont des termes avec des définitions mathématiques précises et une interprétation physique. Je ne pense pas que l'application compte. Je ne sais pas à quoi ressemblent les fonctions potentielles des gaz à près de 0K. Peut-être que la distinction n'est pas importante, mais ces termes ne perdent pas leur sens. "Soudainement, une position très stable est devenue très métastable." ce que vous décrivez ici est de changer le chant de la fonction potentielle, de sorte que les minima deviennent des maxima, donc à partir d'un état métastable, vous créez un équilibre instable (c'est le nom d'un maximum local, c'est-à-dire le point de selle).
@luk32 Je vois. Je vais changer le terme pour qu'il corresponde à la terminologie de la physique. En génie électrique, ce point est appelé un point métastable, et il est considéré comme métastable en philosophie (voir l'âne de Buridan)
Je le connais de la chimie quantique, et c'est en accord avec la 1ère photo ici https://en.wikipedia.org/wiki/Metastability. Cependant, après votre commentaire, j'ai vérifié [Métastabilité dans l'électronique] (https://en.wikipedia.org/wiki/Metastability_in_electronics), et la toute première phrase met les deux états dans "un sac", donc je vois clairement où vous viens de. Bien que, personnellement, je ne pense pas qu'un système réel puisse être dans un état d'équilibre instable, il est tout simplement impossible de le protéger de toute perturbation. Je suis curieux de savoir pourquoi les ingénieurs en électronique s'en soucient. Je dois lire là-dessus.
@luk32 Nous nous en soucions car, pour nous, la métastabilité signifie que l'état dure pendant une durée indéterminée avant que les perturbations ne tirent la tension d'un côté ou de l'autre, et nous avons beaucoup de circuits qui se comportent mal s'ils sont laissés dans cet état à mi-chemin. Par exemple, les transistors peuvent surchauffer s'ils sont laissés dans une région d'amplification plutôt qu'une région de commutation. En chimie, devoir attendre 1000 fois plus longtemps pour qu'un système finisse par tomber de son équilibre instable n'est peut-être pas un gros problème, mais lorsque vous dépendez des horaires pour que votre circuit fonctionne, cela peut être désagréable.
Ok, donc il faut tellement de temps pour tomber de l'équilibre dans un état stable réel, donc même s'il est instable, pour des raisons pratiques, il est aussi bon que métastable. Merci beaucoup pour l'éxplication. Cela a beaucoup de sens. À votre santé.
Le principe horriblement nommé d'incertitude ne dit pas que vous ne pouvez pas savoir où dans l'univers une particule se trouve à l'élan zéro. Je dis que la particule est répandue dans tout l'univers dans cet état jusqu'à ce qu'elle finisse par se condenser n'importe où dans l'univers. Donc, en pratique, amener une particule VRAIMENT près d'un élan de zéro la ferait simplement partir loin. Bien sûr, il ne vous laissera pas le presser au-delà de son état fondamental, car vous ne pouvez pas le presser, mais demandez-lui simplement de se refroidir un peu plus grâce à des émissaires de photons amicaux créés par votre laser :)
Vous avez beaucoup de bons points ici, mais vous pourriez penser à relier l'argument à nouveau. Un système avec une température négative via la définition de l'entropie transférera en fait de la chaleur à quelque chose à 0K.
#3
+15
Isobutane
2016-10-14 15:17:57 UTC
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Laissant de côté la mécanique quantique (cela me donne mal à la tête), la deuxième loi de la thermodynamique empêche d'atteindre le zéro absolu dans la pratique. Pour refroidir quelque chose, sa chaleur doit être transférée à quelque chose de plus frais que lui. Puisque rien ne peut être plus froid que le zéro absolu, on ne peut pas refroidir quelque chose au zéro absolu.

On peut se rapprocher de $ 0 \ \ mathrm {K} $ et être étonné par son génialité quantique, mais comme Cort l'a expliqué, à zéro absolu, les effets quantiques rendent le concept de température plutôt gênant.

l'explication de votre professeur est, comme Ivan souligne, sur la base de la loi du gaz idéal et il n'y a pas une telle chose comme un gaz idéal, surtout pas proche du zéro absolu.

et il ne faut pas oubliez le physicien qui est tombé dans une cuve d'hélium liquide. Il est 0K maintenant.

«Pour refroidir quelque chose, sa chaleur doit être transférée à quelque chose de plus frais que lui» est tout à fait faux. Par exemple. le congélateur est de loin l'objet le plus cool de mon appartement, mais il n'a aucun problème à fonctionner.
@DmitryGrigoryev Au niveau macro, oui. Cependant, à chaque étape physique en son sein, la chaleur passe du plus chaud au plus froid. Ce qui est plus chaud et ce qui est plus froid est manipulé par la pression. Il ne peut y avoir de plus froid que le zéro absolu, quel que soit le niveau de pression, de dépressurisation ou de dérangement d'une substance; par définition, le plus proche que vous pouvez obtenir est la même température, il n'y a donc jamais de dissipateur thermique disponible pour atteindre abs 0.
@WilliamKappler Heat n'a pas besoin de passer à quelque chose de plus froid. Si vous dilatez un gaz, il refroidit. Un exemple d'un autre effet est une méthode courante pour atteindre ~ 0,3 mK. Vous tirez un vide sur le liquide He3 en faisant évaporer une partie et refroidir le liquide restant He3. Ce n'est évidemment pas le cas que la seule façon de refroidir est de faire passer la chaleur à quelque chose de plus froid, sinon un réfrigérateur aurait besoin d'une sorte de «source froide». Mais ce n'est pas le cas, ils utilisent un compresseur pour refroidir le réfrigérant sans avoir besoin de quelque chose de plus froid.
@Matt Peu importe combien vous décompressez quelque chose, il conservera exactement la même énergie thermique. Le zéro absolu n'a * pas * d'énergie thermique. Vous pourriez vous rapprocher du zéro absolu, mais vous ne pouvez pas l'atteindre en jouant avec la pression. Et c'est en ignorant que vous n'allez pas avoir de phase gazeuse (ou même l'une des 4 phases communes) proche de 0 absolu.
@Matt La source froide du réfrigérateur est la pièce, car la température du liquide de refroidissement peut être augmentée au-dessus de la température ambiante en augmentant la pression. Vous ne pouvez jamais créer une différence de température relative qui refroidira quelque chose à zéro absolu, ce qui est nécessaire pour le transfert de chaleur, sauf si vous avez quelque chose en dessous du zéro absolu. Ce qui n’existe pas vraiment.
@WilliamKappler Je ne propose pas d'arriver au zéro absolu en utilisant l'une des méthodes que j'ai décrites. Je ne suis pas d'accord avec votre affirmation selon laquelle la seule façon de refroidir quelque chose est de laisser la chaleur s'écouler de cet objet vers quelque chose de plus froid. Je l'ai fait en donnant deux exemples pratiques de façons de refroidir quelque chose sans avoir besoin de quelque chose de plus froid: 1) expansion de gaz, 2) changement de phase. Ce sont deux méthodes couramment utilisées pour refroidir les choses. Encore une fois, sans dire qu'ils vous amènent à 0 K, il s'agit simplement de méthodes de refroidissement qui ne reposent pas sur le transfert de chaleur de l'objet à refroidir vers quelque chose de plus froid.
@Matt Je pense que vous manquez tout le point du premier commentaire. Voir: "Au niveau macro, oui. Cependant, à chaque étape physique en son sein, la chaleur passe du plus chaud au plus froid." C'est-à-dire que vous * avez besoin de plus de chaleur et de froid *, mais que vous pouvez générer ceux-ci dans un système de telle sorte qu'il semble que vous déplacez la chaleur de plus froid vers plus chaud. Cela se décompose avec 0 absolu.
L'objet le plus froid de l'univers est le rayonnement de fond 3K. Votre argument implique que nous ne pouvons jamais refroidir quelque chose en dessous de 3K, ce qui est clairement faux.
Mais qu'en est-il d'un gaz parfaitement sphérique et sans friction?
La température la plus froide enregistrée à ce jour est de 0,006 K et ce dans un mètre cube de cuivre, ce qui est quelque chose. http://www.interactions.org/cms/?pid=1034217 Je suis assez chatouillé par le fait qu'ils utilisent l'ancien plomb romain dans cette expérience pour réduire les niveaux de radioactivité.
#4
+8
yeoman
2016-10-15 16:46:34 UTC
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La réponse habituelle est que c'est inaccessible car le vide absolu est inaccessible car l'état fondamental de l'espace-temps lui-même a une énergie non nulle. Cet état fondamental se condensant occasionnellement est ce qui crée les particules virtuelles.

De plus, à part cette raison fondamentale pour laquelle le niveau d'énergie le plus bas de l'espace-temps lui-même est non nul, vous avez beaucoup de neutrinos partout, ce que vous pouvez ' t vraiment vous protéger. Une énorme sphère d'or de la taille d'une galaxie pourrait faire cela dans une certaine mesure, mais malheureusement, vous ne pouvez pas construire une telle chose à cause de la relativité générale (c'est-à-dire que cela deviendrait un trou noir bien avant).

Des chiffres extrêmement proches de zéro sont tout aussi difficiles d'accès que leur inverse, c'est-à-dire des choses comme des sphères dorées massives de la taille d'une galaxie, donc même sans la raison fondamentale que j'ai donnée en premier, ce serait toujours impossible car notre univers est plein de choses

Les commentaires ne sont pas destinés à une discussion approfondie; cette conversation a été [déplacée vers le chat] (http://chat.stackexchange.com/rooms/46885/discussion-on-answer-by-yeoman-why-is-absolute-zero-unattainable).
#5
+6
Andrei
2016-10-14 18:08:39 UTC
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Le zéro absolu peut certainement exister (voir la dernière modification), et il y a au moins une théorie, qui dit que le zéro absolu sera en quelque sorte la norme dans l'univers à un moment donné.

Le zéro absolu ne peut pas être observé. L'observation implique toujours une interaction. Le zéro absolu n'implique aucun mouvement. L'observation implique que vous recevez d'une manière ou d'une autre une particule de l'objet observé ou que vous envoyez des particules qui vous reviennent d'une manière ou d'une autre, ou que vous avez un appareil de l'autre côté et que vous mesurez l'interaction de vos particules avec les autres particules.

Si une position dans l'espace est $ 0 \ \ mathrm {K} $, cela signifie que rien ne bouge, donc rien de là ne peut vous atteindre, à moins que:

Vous envoyez une particule à une position dans l'espace, que vous prévoyez d'avoir $ 0 \ \ mathrm {K} $, mais au moment où votre particule sera là, l'espace n'aura plus $ 0 \ \ mathrm {K} $, car il aura une particule en mouvement que vous envoyé et à la fin vous observerez la température que vous venez de produire.

Plus tard: Je suppose que cela dépend de la façon dont vous définissez la température. Si vous considérez que quelque chose doit exister pour qu'il ait de la température, alors $ 0 \ \ mathrm {K} $ ne peut pas exister, car toute fluctuation dans n'importe quel champ signifie que quelque chose existe et que quelque chose a une température supérieure à $ 0 \ \ mathrm {K } $. Mais si vous étendez la définition de la température à des objets non existants, alors un tel objet devrait avoir $ 0 \ \ mathrm {K} $

Comme le principe d'incertitude, il ne s'agit pas d'observation mais bien plus fondamental.
@yeoman en quoi l'observation n'est-elle pas fondamentale et pourquoi n'est-ce pas une question d'observation?
En mécanique quantique, une particule n'est pas un point volant dans l'espace. Au lieu de cela, c'est une goutte dans l'espace-temps, décrite par l'équation de Schrödinger / Dirac. La tache peut soit être très concentrée autour d'une position spécifique, puis elle est implicitement très floue sur son élan. Ou l'inverse. ou quelque chose entre les deux. C'est une propriété fondamentale de son état, donc une propriété fondamentale de la particule elle-même qui existe avec ou sans mesure.
Pour faire simple, quand quelque chose n'est pas mesurable, il ne peut pas exister. Lorsque vous ne pouvez pas mesurer la position exacte sans interférer avec l'élan, la particule n'a tout simplement pas d'élan défini. Il n'y a pas de variables cachées qui ne peuvent tout simplement pas être mesurées. Pour mettre cela dans une analogie, même Dieu ne connaîtrait pas l'élan exact.
@JannikPitt alors tout le concept d'observation pour moi est complètement soufflé. Comment pouvez-vous observer quelque chose sans aucune interaction? À mon avis, l'observation implique un transfert d'informations. Un transfert signifie que quelque chose qui était autrefois quelque part n'est plus là, mais à une position, à partir de laquelle l'information peut être interprétée pour que les humains lisent à travers l'un de leurs sens. Même si l'observation ne modifie pas activement l'objet, l'objet doit se changer pour que d'autres puissent l'observer. L'objet cependant, imo, existe toujours, même en l'absence d'observation.
#6
+6
ParaH2
2017-03-16 05:31:05 UTC
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Il y a deux jours, une publication a été publiée sur le fait que maintenant la preuve mathématique qu'il est impossible d'atteindre Absolute Zero.

C'est un peu difficile à lire mais c'est une preuve sérieuse.

La publication est là

Bonne lecture!

#7
+5
MariusM
2016-10-14 11:55:37 UTC
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Le zéro absolu est inaccessible. Vous pourriez le faire en théorie selon les lois classiques de la physique, mais c'est la mécanique quantique (y compris l'électrodynamique quantique) qui empêche d'atteindre le zéro absolu. Selon ces lois, il existe une possibilité d'avoir une fluctuation d'énergie même au niveau zéro, ce qui signifie que la température fluctuera également au-dessus de zéro. Et plus la température est basse, plus l'impact des effets quantiques est important. La relativité restreinte (des choses comme $ E = mc ^ 2 $) n'a pas d'importance ici.

Si quoi que ce soit, c'est la théorie classique qui nous empêche d'atteindre le zéro absolu, et la théorie quantique offre un faible espoir qu'elle _peut_ être réellement réalisée, ne serait-ce que dans un sens limité. Voyez, si l'énergie est infiniment divisible, alors vous pouvez aspirer la moitié de la chaleur restante, puis la moitié du reste, puis encore la moitié du reste, et ainsi de suite. Mais si l'énergie va en minuscules portions discrètes, c'est une autre histoire.
Cela est vrai pour n'importe quelle température, pas seulement pour le zéro absolu. Toute valeur de température donnée est inaccessible exactement en raison des fluctuations.
Veuillez ne pas appeler l'état fondamental "niveau zéro" lorsque le point entier est qu'il a une énergie non nulle: D
Cet argument n'a aucun sens.L'énergie du point zéro de tout système QM est certainement * finie *, alors que nous pouvons refroidir n'importe quel objet infiniment proche de zéro K.
#8
-1
Li Zhi
2016-10-26 03:02:57 UTC
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Feynman a raison. Arrêtez-vous et réfléchissez un instant. Que signifie être «à zéro absolu» si nous acceptons la proposition selon laquelle le zéro absolu est impossible à obtenir? Supposons que le zéro absolu est impossible à obtenir. Laquelle de ces affirmations est la plus fausse: 1. Au zéro absolu, il n'y a pas de mouvement. ou 2. Au zéro absolu, il n'y a pas de masse. Les deux sont également faux; puisque le prédicat est faux, les déclarations sont, logiquement, dénuées de sens. (Ce qui signifie que les deux affirmations sont également vraies. Mais alors que # 1 a souvent été utilisé, je n'utiliserais certainement pas # 2 à moins que je ne veuille être bombardé de fruits pourris. # 1 est "assez proche" pour être un "utile "(si faux) explication alors que # 2 n'a aucune justification physique.). Classiquement, les lois de la thermodynamique sont empiriques. Ils sont ce qu'ils sont parce qu'ils sont. Pas de "pourquoi" là-bas. Cependant, on peut les dériver de la mécanique statistique classique (qui a été inventée de nombreuses années après l'acceptation de la 2e loi) ou encore mieux après l'invention de la mécanique quantique (1925 après) et son application à la mécanique statistique. La température est une propriété de grandes populations de particules quantiques, un atome n'a pas de température (définie classiquement). Donc, pour comprendre pourquoi cette population ne peut pas avoir une température de 0 K, nous devons comprendre comment la température est dérivée des propriétés de la mécanique quantique des particules dont le système est composé. C'est un cours semestriel à l'université, et pas d'introduction! Si vous comprenez l'explication de Feynman, acceptez-la (même si ce n'est pas parfait - il était, après tout, destiné aux étudiants de première année d'université sans aucune exposition préalable à la mécanique quantique)

Je ne suis pas sûr de ce que veut dire Feynman ici. L'état quantique le plus bas d'un système fini est définitivement accessible. À ce stade, nous ne pouvons plus retirer d'énergie du système et nous sommes à une température thermodynamique nulle. Bien sûr, tout objet macroscopique est pratiquement infini, en termes de description quanto-mécanique exacte.


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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