Hvad sker der med molekyler, når temperaturen når det absolutte nulpunkt?

1. Molekylær bevægelse:Ved det absolutte nul nærmer molekylernes kinetiske energi sin lavest mulige værdi. Molekyler mister næsten alle deres vibrations-, rotations- og translationsbevægelser. Som et resultat ophører molekylær bevægelse effektivt, og stof når en tilstand kaldet kvantedegeneration.

2. Kvantetilstande:Ved det absolutte nulpunkt indtager molekyler deres lavest mulige kvantetilstande. Kvanteeffekter bliver dominerende, og partikler, såsom elektroner, følger strenge kvantemekaniske regler. De molekylære energiniveauer er på deres minimum, og molekylære orbitaler er optaget på en specifik og ordnet måde.

3. Reduceret entropi:Entropi, et mål for uorden i et system, når sit absolutte minimum ved nul temperatur. Det betyder, at molekyler danner en meget ordnet og organiseret struktur. Molekylære vibrationer og rotationer bidrager ikke til entropi, hvilket resulterer i et perfekt krystallinsk arrangement.

4. Superledningsevne og superfluiditet:Visse materialer udviser ejendommelige egenskaber, når de afkøles til ekstremt lave temperaturer. For eksempel bliver nogle metaller superledere, der mister al elektrisk modstand, mens nogle væsker bliver supervæsker, der viser friktionsfri strømning og nul viskositet.

5. Termodynamiske implikationer:Termodynamikkens tredje lov siger, at når temperaturen nærmer sig det absolutte nulpunkt, når entropien af ​​et rent krystallinsk stof nul. Dette har betydning for forskellige termodynamiske beregninger og fortolkninger af molekylær adfærd ved ultralave temperaturer.

Selvom det teoretisk er muligt at nå det absolutte nulpunkt, er det i praksis utrolig svært at opnå, og kun små mængder af visse materialer er blevet afkølet til så ekstreme temperaturer til eksperimentelle formål. De fleste applikationer i den virkelige verden, såsom kvanteberegning og kondenseret stoffysik, fokuserer på at nå et par tusindedele af en grad over det absolutte nulpunkt.