Nie ma ujemnych temperatur? Porozmawiajmy o wyso-

[cs137]

kich.

Pan McZornba obnażył moja ignorancję, dowodząc niezbicie, że nie ma ujemnych
temperatur bezwzględnych. Przy okazji terz obnazył ignorancję i idiotyzm
całego tłumku autorów podręczników i prac w periodykach naukowych, bo autorzy
ci też utrzymywali, że ujemne temperatury bezwzględne są.

No, dobrze - jak nie ma, to nie ma.

To pogadajmy w takim razie o temperaturach wysokich.

Dziś umiemy oziębiać małe probki gazu (małe = miliony atomów) do jakiś
niesamowicie nisklich temperatur, przy pomocy tzw. ochładzania laserowego
("laser cooling"). Duzych klawałków metalu już nie umiemy oziębiać do
temperatur ultra-niskich, ale stosujac kaskadę metod: najpierw oziębianie w
tzw. "lodówce He3-He4", znanej bardziej jako "dilutiom refrgerator", do kilku
mK, póżniej metodą adiabatycznego rozmagesowywania spinów atomowych schodzi
sie ponizej miliKelvina, a następnie przez adiabatyczne rozmagnesowywanie
spinów jądrowych schodzi sie w rejon picoKelvinów.

Ciekawe jednak, ze to tylko atomy w takim oziębionym do niewiarygodnie niskich
temperatur kawałku metalu bedą miały taka temperature

[mrzorba]

1. W skali mikro prawie wszystko zachowuje sie inaczej niz w skali
makro.
2. Bledy pomiaru. Nie moze byc bezposredniego pomiaru temperatury
owego "gazu elektronowego", wiec...

[cs137]

mrzorba napisała:

> 1. W skali mikro prawie wszystko zachowuje sie inaczej niz w skali
> makro.

To jest bardzo poważneodkrycie! Powinien Pan to natychmiast wszem i wobec
obwieścic, bo do tej pory ludzie żyja w pełnej nieswiadomości tego faktu.


> 2. Bledy pomiaru. Nie moze byc bezposredniego pomiaru temperatury
> owego "gazu elektronowego", wiec...

Ale mozna zmierzyć energie tych elektronów, a energia w sposób prosty przelicza
sie na temperaturę: 1 eV to zgrubsza 11000 K.

Energię np. molekuł gazu, jak wodór, hel, potrafimy zmierzyć z ogromna precyzją,
no i wyniki tych pomiarów przeliczone na temperature zgadzaja sie co do joty z
temperaturą zmierzoną termometrem.

[latarnick]

##Ale mozna zmierzyć energie tych elektronów##

jakimze to termometrem? i jak przystawic ten termometr do ciala
elektronu, ktorego nikt nigdy jeszcze na oczy nie widzial

[mrzorba]

1. Pewnie, ze nie moje, ale ty Acan, jak widac, o tym nie wiesz, a
jak wiesz, to nie zrozumiales, a jak nawet kiedys przypadkiem
zrozumiales, to zapomniales zes rozumial (takie moje wariacje na
temat tzw. Prawa Lema)... ;)
2. Zakladajac, ze formulka wedlug ktorej sie przelicza jest
prawidlowa, ale ona zaklada stalosc zwiazku miedzy energia a
temperatura, a wiadomo, ze w naturze to praktycznie nie ma takiej
stalosci, bowiem wszystkie zaleznosci sie zmieniaja ze zmiana skali
zjawiska... Co sie sprawdza dla skali makro (bzeposrednio
obserwowalna), najczesciej zawodzi w skali mikro (subatomowej) i
supermakro (kosmicznej)...

[wj_2000]

Związek energii z temperaturą jest znacznie ciekawszy niż to wynika
z teorii klasycznej. Dla gazu doskonałego KLASYCZNEGO (dla
uproszczenia mówmy o
jednoatomowym) srednia energia jest zaiste proporcjonalna do
temperatury. Ale po uwzględnieniu kwantowej identyczności cząstek,
występują gwałtowne zmiany zachowania. Inaczej zachowuje się gaz
obiektów bez spinu (jak atomy helu), a inaczej gaz obiektów ze
spinem (neutrony, elektrony, hel(3), etc.
W tym pierwszym przypadku, poniżej pewnej temperatury znacząca część
atomów (w granicy temeratury zerowej, wszystkie) przechodzi w stan
podstawowy i energia
tych nielicznych (będąca rzędu kT na jedną cząstkę) szybko maleje,
bo cząstki w ruchu stanowią malejący procent całości.
Dla cząstek ze spinem, zasada Pauliego powoduje, że stan o
najniższej energii całości (czyli o temperaturze 0) jest całą
drabiną stanów o energiach od zera do tzw, poziomu Fermiego. Ta
całkowita energia może być duża, a i ciśnienie może być duże (zależy
od liczby cząstek na jednostkę objętości). Przy lekkim podgrzaniu,
tylko nieliczne elektrony z okolicy poziomu Fermiego NIECO podwyższą
swoją energię. (Przy okazji poniżej poziomu pojawią się wolne
miejsca "dziury").
Gaz bliski takiego stanu nazywa się gazem zdegenerowanym. Gwiazda
neutronowa to taki zdegenerowany gaz neutronowy. Ciśnienie
(równoważące POTWORNĄ grawitację) jest praktycznie ciśnieniem gazu o
temperaturze 0. (Nawet milion kelwinów nie zwiększy znacząco tego
ciśnienia). Podobnie białe karły to zdegenerowany gaz elektronowy.
Materia jest tak ściśnięta, że "zwykłe" siły sprężyste jakie się
pojawiają gdy ściskać żelazo są małe w porównaniu z ciśnieniem
Fermiego.

Temperatura jest subtelnym pojęciem. Gaz bozonów, w którym 99% jest
w stanie nadpłynnym, mimo że na jeden atom będzie wypadało energii
tyle że nam się wydaje, że ma temperaturę 1/100 kelwina, będzie
promieniował tak, jakby miał cały kelwin. Zetknięty z rozrzedzonym
gazem klasycznym o temperaturze kelwina nie będzie go ani grzał ani
ziębił. Ma naprawde 1 kelwin, a w przeliczeniu zgodnym z KLASYCZNĄ
zasadą ekwipartycji, ma pozornie tylko 1/100 kelwina.

Odwrotnie jest z gazem fermionów. Ogromna energia i ciśnienie, a
temperatura ZERO! Bo to i tak stan najniższy. A niższy nie może być
bo dla elektronów o dużych energiach "nie ma miejsca" na poziomach
niskich, wskutek zasady Pauliego.

+0 K, …, +300 K, …, +∞ K, -∞ K, …, -300

[mrzorba]

www.pbs.org/wgbh/nova/zero/hot.html

[mrzorba]

Mialo byc w tytule:
+0 K, …, +300 K, …, +∞ K, -∞ K, …, -300 K, …, -0 K
ale Michnik mi ukradl koncowke... ;)

[cs137]

Drogi Wujo (t),

To, co napisałes, wie najwyżej jeden zawodowy fizyk (badź reprezentant zblizonej
nauki, np. chemii fizycznej) na dziesięciu. Choć moze to być zbyt
optymistyczne oszacowanie. Wiec odgaduje, że masz mechanikę statystyczną "w
małym palcu".

Alez mozna to uproscic

[andrew2008]

Bardzo ladny wywod wj, ale wiecej o stanie Kosmosu oraz o
kosmicznych temperaturach ekstremalnych mozna powiedziec na
podstawie empirii i rozumowania racjonlnego:
1) Osobliwosc Black Hole - Brak temperatury (brak materi)
2) Osobliwosc pierwotna(czas 0) - Brak temperatury(brak materii)
W warunkach istniejacego materialnego kosmosu temperatura jest
tylko jednym z parametrow stanu materii.
Nie moze istniec temperatura nieskonczona we wszechswiecie
materialnym - granica nieprzekraczalna to "samodestrukcja materii".
Nigdzie w kosmosie nie zaobserwowalismy "samo-destrukcji materii".
Zaobserwowalismy natomiast calkowita "destrukcje materii" przez
grawitacje.

[mrzorba]

... wprowadzajac cuda, duchy i bozkow typu Jehowy... :(

A co ma piernik do wiatraka?

[andrew2008]

A co ma piernik do wiatraka?

Pauli zbyt cienki bolek aby zakazywać przyrodzie

[hetman_twardowski]

Wie pan co się dzieje, gdy jest łamany ten zakaz Pauliego?

No, i właśnie dlatego gwiazda neutronowa,
a zwłaszcza twory złożone ze zdegenerowanych elektronów
nie mają szans istnieć, czy nawet zaistnieć.

Co to jest supernowa, na czy polega ten błysk?

[mrzorba]

Suprenowa to jak Pan Bog bawi sie w puszczanie zajaczkow...

[hetman_twardowski]

<img src="www.boingboing.net/images/redsquarenebula.jpg" alt="Super" />
www.boingboing.net/images/redsquarenebula.jpg