Độ 0 tuyệt đối được định nghĩa trên mặt lý thuyết là 0 Kelvin, tương đương khoảng âm 273.15 độ C - nhiệt độ lạnh nhất có thể, nơi các nguyên tử lạnh tới mức bị di chuyển chậm lại. Xưa giờ người ta luôn tìm cách để đạt được tới 0 tuyệt đối nhưng mới đây, một tuyên bố chính thức từ các nhà khoa học đã khẳng định rằng điều đó là hoàn toàn bất khả thi.
Vào năm 1906, một nhà hóa học người Đức là Walther Nernst đã đề xuất ý tưởng về một hệ thống giúp đạt được độ 0 tuyệt đối. Tới 1912, ông bổ sung thêm "nguyên lý không thể đạt được”, trong đó chỉ ra rằng độ 0 tuyệt đối là không thể đạt tới. Kết hợp các nguyên lý này lại, ông hình thành nên định luật nhiệt động lực học thứ 3 vốn cho rằng “trạng thái của mọi hệ không đổi ở nhiệt độ không tuyệt đối”. Định luật này vẫn còn gây tranh cãi trong nhiều thập kỷ qua.
Tuy nhiên, một nghiên cứu công bố mới đây bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học London đã đưa ra kết luận một lần và mãi mãi về độ 0 tuyệt đối, chính thức chấm dứt tranh cãi trong nhiều năm qua. Một cách đơn giản thì ở 0K, một hệ sẽ có chuyển động ở mức tối thiểu nhưng không phải là hoàn toàn không chuyển động. Nguyên nhân của điều này là do nguyên lý bất định của Heisenberg vốn chỉ ra rằng “chúng ta sẽ không bao giờ có thể xác định được chính xác cả vị trí lẫn xung lượng của một hạt vào cùng một lúc.” Có thể vẫn còn một biên độ nhiệt cực nhỏ. Vậy câu hỏi đặt ra là liệu một hệ nội chuyển nhiệt có thể đạt tới độ 0 tuyệt đối? Câu trả lời theo nghiên cứu mới là không.
Trong nghiên cứu, 2 nhà khoa học là Jonathan Oppenheim và Lluís Masanes đã tìm được lời giải đáp cho câu hỏi nêu trên bằng cách chỉ ra rằng việc đạt tới 0K là bất khả thi về mặt vật lý. Một cách đơn giản, quá trình làm lạnh một hệ thống về cơ bản là “xúc” toàn bộ nhiệt ra khỏi hệ đó và vứt vào môi trường xung quanh. Tuy nhiên, quá trình làm lạnh cũng có giới hạn, thí dụ như mất bao nhiêu bước mới có thể “xúc” nhiệt ra khỏi hệ và kích thước của môi trường xung quanh hệ. Bạn chỉ có thể đạt tới độ 0 tuyệt đối khi bạn có vô hạn số bước giảm nhiệt và có môi trường xung quanh cũng vô hạn.
Nói cách khác, các nhà khoa học nhấn mạnh việc đạt độ 0 tuyệt đối trong một khoảng thời gian hữu hạn là bất khả thi. Đồng thời, người ta chỉ có thể thiết lập mối quan hệ giữa thời gian và nhiệt độ thấp nhất có thể đạt được, nói cách khác là tốc độ làm lạnh. Kết luận này được đưa ra bằng cách áp dụng các lý thuyết của cơ học lượng tử, xem quá trình làm lạnh như một đối tượng ước tính và cuối cùng chính thức chấm dứt tranh cãi suốt gần 1 thế kỷ qua về 0K.
Vào năm 1906, một nhà hóa học người Đức là Walther Nernst đã đề xuất ý tưởng về một hệ thống giúp đạt được độ 0 tuyệt đối. Tới 1912, ông bổ sung thêm "nguyên lý không thể đạt được”, trong đó chỉ ra rằng độ 0 tuyệt đối là không thể đạt tới. Kết hợp các nguyên lý này lại, ông hình thành nên định luật nhiệt động lực học thứ 3 vốn cho rằng “trạng thái của mọi hệ không đổi ở nhiệt độ không tuyệt đối”. Định luật này vẫn còn gây tranh cãi trong nhiều thập kỷ qua.
Tuy nhiên, một nghiên cứu công bố mới đây bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học London đã đưa ra kết luận một lần và mãi mãi về độ 0 tuyệt đối, chính thức chấm dứt tranh cãi trong nhiều năm qua. Một cách đơn giản thì ở 0K, một hệ sẽ có chuyển động ở mức tối thiểu nhưng không phải là hoàn toàn không chuyển động. Nguyên nhân của điều này là do nguyên lý bất định của Heisenberg vốn chỉ ra rằng “chúng ta sẽ không bao giờ có thể xác định được chính xác cả vị trí lẫn xung lượng của một hạt vào cùng một lúc.” Có thể vẫn còn một biên độ nhiệt cực nhỏ. Vậy câu hỏi đặt ra là liệu một hệ nội chuyển nhiệt có thể đạt tới độ 0 tuyệt đối? Câu trả lời theo nghiên cứu mới là không.
Trong nghiên cứu, 2 nhà khoa học là Jonathan Oppenheim và Lluís Masanes đã tìm được lời giải đáp cho câu hỏi nêu trên bằng cách chỉ ra rằng việc đạt tới 0K là bất khả thi về mặt vật lý. Một cách đơn giản, quá trình làm lạnh một hệ thống về cơ bản là “xúc” toàn bộ nhiệt ra khỏi hệ đó và vứt vào môi trường xung quanh. Tuy nhiên, quá trình làm lạnh cũng có giới hạn, thí dụ như mất bao nhiêu bước mới có thể “xúc” nhiệt ra khỏi hệ và kích thước của môi trường xung quanh hệ. Bạn chỉ có thể đạt tới độ 0 tuyệt đối khi bạn có vô hạn số bước giảm nhiệt và có môi trường xung quanh cũng vô hạn.
Nói cách khác, các nhà khoa học nhấn mạnh việc đạt độ 0 tuyệt đối trong một khoảng thời gian hữu hạn là bất khả thi. Đồng thời, người ta chỉ có thể thiết lập mối quan hệ giữa thời gian và nhiệt độ thấp nhất có thể đạt được, nói cách khác là tốc độ làm lạnh. Kết luận này được đưa ra bằng cách áp dụng các lý thuyết của cơ học lượng tử, xem quá trình làm lạnh như một đối tượng ước tính và cuối cùng chính thức chấm dứt tranh cãi suốt gần 1 thế kỷ qua về 0K.
Tham khảo IFS
