Mutlak sıfır (Bu 0 Kelvin veya – 273.15 C, – 459.67 F.) bir maddenin sahip olabileceği veya maddeye kazandırabileceğimiz en düşük sıcaklıktır. Daha başka deyişle, maddeyi oluşturan atomların en hareketsiz halidir.
Sınırlayıcı bir sıcaklık olarak mutlak sıfır kavramının birçok termodinamik sonucu vardır. Örneğin, tüm moleküler hareket mutlak sıfırda durmaz (moleküller sıfır noktası enerjisi denilen şeyle titreşir ). Ancak diğer sistemlere transfer için moleküler hareketten (yani ısı enerjisi) hiçbir enerji yoktur. Bu nedenle mutlak sıfırdaki enerjinin minimum olduğunu söylemek doğrudur.
Kuantum mekaniği, maddelere mutlak sıfıra ulaşma izni vermez. Çok yaklaşabilirsiniz der ancak, asla o sıcaklığa ulaştırmaz. Şu ana kadar ulaşılmış en düşük sıcaklık 50 pikoKelvin (pK)’dır. Bu da mutlak sıfırdan yaklaşık olarak 0,000.000.000.1 kelvin daha sıcaktır. Mutlak sıfır noktasında dediğimiz gibi hareket yoktur veya minumumdur. Kuantum mekaniğine göre ise, hiçbir yer tamamen hareketsiz değildir. Kuantum dalgalanmaları nedeniyle her yer sıfır noktası enerjisiyle doludur. hatta tamamen vakumlanmış bir ortam bile boş değildir.
Sıfır noktası enerjisi
Sıfır noktası enerjisi , titreşim enerjisi molekülleri bile muhafaza etmeleri mutlak sıfır arasında sıcaklık . Fizikte sıcaklığın rastgele moleküler hareketin yoğunluğunun bir ölçüsü olduğu bulunmuştur ve sıcaklık mutlak sıfıra düşürüldükçe tüm hareketin durması ve moleküllerin durması beklenebilir. Aslında sıfır noktası enerjisine karşılık gelen hareket asla kaybolmaz.
Sıfır noktası enerjisi , atom altı olayların fiziği olan kuantum mekaniğinin prensiplerinden kaynaklanır . Moleküller tamamen durursa, bileşen atomları tam olarak konumlandırılır. Eşzamanlı olarak kesin olarak belirlenmiş hızlara, yani sıfır değerine sahip olur. Ancak , hiçbir nesnenin aynı anda kesin konum ve hız değerlerine sahip olamayacağı, kuantum mekaniğinin bir aksiyonudur ( bkz. Belirsizlik ilkesi ) bu nedenle moleküller asla tamamen durmazlar.
Mutlak sıfır deneyleri
Dünya üzerindeki en soğuk deney, AB Üniversitesi’nde gerçekleştirildi. Bu deneyde Mark Kasevich ve çalışma arkadaşları ”madde-dalga merceklenme” etkisini kullanarak yaklaşık 100 bin rubidyum atomundan oluşan bir bulutu daha az bir sıcaklığa soğutmayı başardılar. Aslında bu sıcaklıklara kadar inmek yeni bir çalışma alanı oluşturdu. Bu çalışma alanı ultra soğuk atomlar olarak etiketleyebiliriz. Bu atomlar 0 Kelvin’e yakın sıcaklıklarda yani kuantum etkilerinin önemli olduğu sıcaklıklarda incelenirler. Örneğin ; Bose-Einstein Yoğunlaşma çalışmaları bu atomlarla yapılır.
Atomlardan oluşan bir bulutun sıcaklığı atomların sürüklendikleri ortalama hızı ile tanımlanır. Kasevich’in ekibi atomların bu ortalama hızını saniyede 70 mikrometreden daha aza indirmek için bir dizi mercekler kullandı. İşte bu hız da 50 pK geliyor. Bu araştırma ile ilgili makalenin yayınlandığı Physical Review Letters dergisine göre bu sıcaklık “düşük kinetik sıcaklık rekoru” anlamına geliyor.