Zero absolut

 Conceptes bàsics:

• -Temperatura: (Entre d’altres possibles definicions) Mesura de l’energia de les partícules d’un cos. Quan major és l’energia de les partícules, major calor irradien i per tant més temperatura presenta el cos.

Quan un cos s’escalfa, les partícules constituents d’aquest, s’exciten augmentant d’energia i, si s’arriben a determinades temperatures, propicien un canvi d’estat. Aquest és un dels principis de la teoria cinético corpuscular, molt aplicable en el cas de l’aigua; Quan l’aigua es troba en estat sòlid, és a dir gel, i s’escalfa fins a que aquesta assoleix els 0ºc, passa a convertir-se en líquid, de manera semblant si l’escalfem fins a aconseguir els 100ºc on, a pressió d’1 atmosfera, es converteix en gas (vapor). Com ja advertíem, aquest és un clar exemple del fet de que l’augment de temperatura i l’augment d’energia d’una partícula estan relacionats.
D’aquest principi físic en podem extreure dues conclusions que no deixen de ser una sola vista del dret al en revés;

Si augmenta la temperatura d’un cos també ho fa l’energia de les seves partícules, i també, si augmenta l’energia de les partícules d’un cos també ho fa la seva temperatura.

Inclús encara en podríem extreure una tercera i una quarta (relacionades entre si) que es fan òbvies al llegir les dues anteriors conclusions; són aquelles que afirmen que si la temperatura disminueix també ho fa l’energia de les partícules i viceversa.

Es pot escalfar un cos fins que assoleixi temperatures infinites ja que en principi les seves partícules poden moure’s en infinites velocitats. No obstant, podem refredar un cos fins a infinites temperatures sota zero?

Deixant-nos emportar per la resolució de la primera pregunta podríem arribar a respondre que sí. No obstant, utilitzant el sentit del seny obtindríem una resposta lògica a aquesta qüestió, la qual ens indicaria que aquest fet no es pot donar:

Una partícula pot moure’s a grans velocitats i sempre podrà doblar aquesta fita o triplicar-la, quadruplicar-la... en fi, és com el comptar números; ens hi podríem passar l’eternitat fent-ho i mai trobaríem un límit o fi. En canvi, si la qüestió és que una partícula deixa de moure’s ràpid i comença a rebaixar velocitat (el que succeeix quan refredem un cos), arribarà un punt en que no ho podrà fer més ja que es trobarà totalment quieta. No hi ha cap velocitat més petita ni insignificant que el 0. En aquest cas no valdrien ni 0,00001 ni 0,00000001 i així infinitament; ha de ser un zero absolut!

Quina temperatura presenta un cos el qual les seves partícules no es mouen (és a dir, que pràcticament no presenten energia)?

Aquesta inquietant pregunta fou contestada en el segle XVIII al extrapolar un gràfic de temperatura-energia. L’energia augmenta de forma continua amb la temperatura, i la línia que connecta ambdues magnituds pot projectar-se cap enrere per a observar quina temperatura correspon a un nivell d’energia nul, la qual és de -273,15 graus centígrads. Aquesta fita s’anomena zero absolut, i sí, és la temperatura més baixa que un cos pot assolir. Per tant, veiem que quan es tracta de fred i no pas de calor, sí que existeix un límit. Hi ha una escala de temperatures corresponent al zero absolut que s’anomena escala de Kelvin i es mesura en Kelvins (K). En aquesta escala el zero absolut, o sigui -273,15 graus centígrads, correspon amb el zero, per tant, la

temperatura de fusió de l’aigua es 273,15 K i la de ebullició a 373,15 K.

Existeix a la natura cap cos que presenti aquesta baixa temperatura?

Els científics opinen que en el nostre món no hi ha cap ésser viu, cos, objecte, etc. ni escenari que presenti aquesta baixa temperatura. De fet, el registre més baix de tota la història que s’ha donat en el planeta Terra fou el de -89º centígrads (o això es suposa). Inclús aquesta marca es troba a molta distància del zero absolut.

Sintèticament s’ha arribat mai al zero absolut?

Que a la natura no s’hi pugui trobar cap tipus de matèria amb aquesta temperatura no significa que al laboratori no s’hi pugui donar. Fa més de vint anys que els científics experimentals proven d’apropar-s’hi al màxim en els laboratoris. En l’any 1994, en un institut tecnològic dels Estats units, van arribar a les 700.000 milionèsimes de grau centígrad per sobre del zero absolut. I encara més, nou anys més tard, en un altre laboratori també dels EEUU, van aconseguir sobreposar-se a tan sols 500.000 milionèsimes de grau del zero absolut.

Tot i que s’ha estat molt a prop, cap laboratori ha arribat mai al zero absolut. De fet, se suposa que ni en el mateix univers hi ha cap punt on s’hi pugui donar aquesta temperatura, ja que tot ell està immers en radiació de microones de fons (producte de l’acció del Big Bang), que aporta aquella energia suficient per la qual la temperatura mitjana de l’univers es trobi a 2,7 graus centígrads per sobre del zero absolut. És per això que el zero absolut és una fita físicament impossible en el nostre univers.