Science >> Wetenschap >  >> Fysica

Waarom stopt alle moleculaire beweging bij 0 Kelvin?

Alle moleculaire beweging houdt niet op bij het absolute nulpunt. Bij het absolute nulpunt, ook bekend als 0 Kelvin (−273,15 graden Celsius), bezitten de deeltjes van een stof minimale trillingsenergie. Moleculaire beweging op kwantumniveau blijft echter zelfs bij het absolute nulpunt plaatsvinden.

Het idee dat moleculaire beweging volledig ophoudt bij het absolute nulpunt wordt geassocieerd met de klassieke mechanica en het concept van thermische beweging. Volgens de klassieke natuurkunde neemt de kinetische energie van deeltjes af als de temperatuur nul nadert, en vertraagt ​​hun beweging. De kwantummechanica introduceert echter het concept van nulpuntsenergie, dat stelt dat deeltjes zelfs bij het absolute nulpunt een hoeveelheid energie hebben die niet nul is vanwege hun kwantummechanische aard.

In de kwantummechanica zijn deeltjes niet beperkt tot specifieke trajecten, en wordt hun gedrag bepaald door golffuncties. Bij het absolute nulpunt bezetten de deeltjes in een systeem hun energieniveau in de grondtoestand, dat niet-nul-energie heeft. Dit betekent dat deeltjes zelfs op het absolute nulpunt trillen en kwantummechanische fluctuaties vertonen.

Deze kwantumfluctuaties of nulpunttrillingen zijn vooral significant in systemen met lichtdeeltjes, zoals elektronen of heliumatomen. Deze deeltjes hebben hogere nulpuntsenergieën vergeleken met zwaardere deeltjes en blijven enige beweging vertonen bij het absolute nulpunt.

Bovendien is het concept van het absolute nulpunt een geïdealiseerde toestand die experimenteel moeilijk te bereiken is vanwege de invloed van externe factoren zoals elektromagnetische velden en interacties met naburige deeltjes. In de praktijk is het een uitdaging om ultralage temperaturen dichtbij het absolute nulpunt te bereiken, en de effecten van de kwantummechanica worden onder dergelijke omstandigheden duidelijker.

Samenvattend:hoewel de moleculaire beweging aanzienlijk vertraagt ​​naarmate de temperatuur het absolute nulpunt nadert, houdt deze niet volledig op. Kwantummechanische effecten en nulpuntsenergie zorgen ervoor dat deeltjes zelfs bij de laagst mogelijke temperatuur fluctuaties en beweging blijven vertonen.