Solución:
Solución 1:
Hubo una historia en mis días sobre un químico físico al que se le pidió que explicara algún efecto, ilustrado por un cartel en la pared. Hizo eso, después de lo cual alguien notó que el cartel estaba colgado al revés, por lo que el efecto parecía invertido en el signo. Impertérrito, el chico inmediatamente lo explicó al revés, tan convincentemente como lo hizo la primera vez.
Preparar explicaciones en el acto es un deporte respetable, pero tu profesor fue demasiado lejos. ¿Qué pasa con la ley de Charles? Mira, es un gas ley; se trata de gases. E incluso entonces no es más que una aproximación. Para que sea exacto, debe hacer que su gas sea ideal, lo que no se puede hacer. A medida que baja la temperatura, todos los gases se vuelven cada vez menos ideal. Y luego se condensan, y nos queda ocuparnos de líquidos y sólidos, a lo que dicha ley Nunca aplicado, ni siquiera como una aproximación muy pobre. Apelar a esta ley cuando estamos cerca del cero absoluto es tan sensato como descartar cierto mecanismo de reacción con el argumento de que requiere que los átomos se muevan más rápido de lo permitido por el límite de velocidad de la carretera en el estado de Hawái.
El argumento de la energía es aún más ridículo. No tenemos que eliminar toda la energía, solo la cinético energía. La parte $ E = mc ^ 2 $ permanece allí, por lo que la masa nunca va a ninguna parte.
Dicho todo esto, no existe ninguna ley física que prohíba la existencia de materia en el cero absoluto. No es como si su existencia hiciera que el mundo se hundiera con el error 500. Es solo que cuanto más te acercas a él, más esfuerzo se necesita, como con otras cosas ideales (vacío ideal, compuesto idealmente puro, cristal sin defectos, etc. ). En todo caso, estamos haciendo un trabajo bastante decente. Utilizando técnicas sofisticadas como el enfriamiento por láser o el enfriamiento por evaporación magnética, hemos superado durante mucho tiempo el récord de la naturaleza en frialdad.
Solucion 2:
El cero absoluto es un concepto complicado, especialmente una vez que empiezas a ser preciso al respecto. ¡La termodinámica y la mecánica cuántica son un asunto complicado! Intentaré evitar las partes precisas y veré si puedo darte una respuesta que sea más intuitiva que un montón de ecuaciones.
La primera pregunta es qué significa “alcanzar una temperatura de cero absoluto”. Normalmente, cuando expresamos cosas como esta, estamos pensando en términos de termodinámica de equilibrio. En este contexto, nos interesan los objetos a granel que tienen una temperatura uniforme. Podemos ver rápidamente que si hay alguna transferencia de calor entre un objeto “en cero absoluto” y cualquier objeto que no esté en cero absoluto, entonces el primer objeto se calentará a medida que la energía térmica del objeto más caliente fluya hacia él. Esto significa que nuestro objeto en el cero absoluto solo puede permanecer allí si está en aislamiento térmico. No hay una forma conocida de hacer esto (especialmente cuando se trata de calentamiento radiativo), a menos que su objeto en el cero absoluto esté completamente rodeado por otros objetos en el cero absoluto. Esto forma una especie de torre de babel que eventualmente cae cuando algunos objetos externos deben ser sometidos a la radiación de fondo de 3K. El espacio vacío es “más cálido” que el cero absoluto.
¿Qué pasa si consideramos el mundo de la termodinámica del no equilibrio? Este es el estudio de sistemas que actualmente no están en equilibrio. Este es un lugar extraño donde pueden ocurrir algunas cosas que no tienen sentido a primera vista. Uno de ellos son las temperaturas negativas. Las temperaturas negativas ocurren debido a cómo los físicos definen la temperatura: $ frac {1} {T} = frac { text {cambio de entropía}} { text {cambio de energía}} $. Es fácil demostrar que en situaciones de equilibrio (a las que estamos acostumbrados) es imposible tener una temperatura negativa (también señala que si alguna vez estableces T = 0, tendrías un valor indefinido en tu ecuación). Sin embargo, en termodinámica de no equilibrio, podemos considerar compuestos extraños que son metaestable. Puedes pensar en ellos como una pelota perfectamente en la cima de una colina suave. Si la pelota se golpea en cualquier dirección, rodará colina abajo hasta el fondo. Sin embargo, en la parte superior, teóricamente puede permanecer inmóvil (temporalmente).
Hemos acorralado átomos en trampas y los hemos enfriado hasta que estuvieron muy, muy fríos (unas mil millonésimas de kelvin). Luego, activamos un interruptor que hizo girar la trampa. De repente, una posición que era muy estable se convirtió en un equilibrio inestable. Si ejecuta las matemáticas en este estado extraño, ¡resulta que esto implica una temperatura negativa!
Ahora bien, esto sugeriría que, dado que una temperatura pasó de positivo a negativo, debe haber atravesado 0K, lo que demuestra que creamos algo en el cero absoluto. Sin embargo, éste no es el caso. Lo que realmente sucede es que la temperatura se precipita hacia el infinito positivo, alcanza una discontinuidad y luego se envuelve hacia el infinito negativo. Luego se acerca a su temperatura negativa desde el infinito negativo. Entonces, incluso en este caso, no podemos alcanzar el cero absoluto.
La mecánica cuántica también plantea un problema, ya que nunca podría probar que alcanzó el cero absoluto si lo intentara. La energía térmica es energía cinética, que está relacionada con el impulso. Digamos que encontró un enfoque hipotético para alcanzar el cero absoluto. Cuando vaya a probar sus hallazgos, debe probar que el impulso también es 0. Sin embargo, al probar que es cierto, sin error, el principio de incertidumbre establece que no puede saber nada sobre la posición de esas partículas. ¡Pueden estar en cualquier parte del universo!
Solución 3:
Dejando a un lado la mecánica cuántica (me da dolor de cabeza), la segunda ley de la termodinámica evita que se alcance el cero absoluto en la práctica. Para enfriar algo, su calor debe transferirse a algo más frío que él. Dado que nada puede ser más frío que el cero absoluto, no se puede enfriar algo hasta el cero absoluto.
Uno puede acercarse sigilosamente a $ 0 mathrm {K} $ y sorprenderse por su asombro cuántico, pero como explicó Cort, en el cero absoluto, los efectos cuánticos hacen que el concepto de temperatura sea bastante incómodo.
La explicación de su maestro, como señala Iván, se basa en la ley de los gases ideales y no existe tal cosa como un gas ideal, especialmente no cerca del cero absoluto.
Y no nos olvidemos del físico que cayó en una tina de helio líquido. Tiene 0K ahora.
Solución 4:
La respuesta habitual es que es inalcanzable porque el vacío absoluto es inalcanzable porque el estado fundamental del espacio-tiempo en sí tiene una energía distinta de cero. Este estado fundamental que se condensa ocasionalmente es lo que crea las partículas virtuales.
Además, aparte de esta razón fundamental de que el nivel de energía más bajo del espacio-tiempo en sí mismo no es cero, hay muchos neutrinos en todas partes, de los que realmente no puedes protegerte. Una esfera de oro masiva del tamaño de una galaxia podría hacer eso hasta cierto punto, pero desafortunadamente no se puede construir tal cosa debido a la relatividad general (es decir, se convertiría en un agujero negro mucho antes).
Los números extremadamente cercanos a cero son tan difíciles de encontrar como su inverso, es decir, cosas como enormes esferas doradas del tamaño de una galaxia, por lo que incluso sin la razón fundamental que di primero, aún sería imposible porque nuestro universo está lleno de cosas.
Solución 5:
El cero absoluto definitivamente puede existir (ver la edición posterior), y hay al menos una teoría que dice que el cero absoluto será la norma en el universo en un punto.
No se puede observar el cero absoluto. La observación siempre implica interacción. El cero absoluto no implica movimiento alguno. La observación implica que de alguna manera recibes una partícula del objeto observado o envías algunas partículas que de alguna manera te devuelven, o tienes un dispositivo en el otro lado y mides la interacción de tus partículas con las otras partículas.
Si una posición en el espacio es $ 0 mathrm {K} $, significa que nada se mueve, por lo que nada desde allí puede alcanzarlo, a menos que:
Envías una partícula a una posición en el espacio, que esperas que tenga $ 0 mathrm {K} $, pero cuando tu partícula esté allí, el espacio ya no tendrá $ 0 mathrm {K} $, porque tendrá una partícula en movimiento que acaba de enviar y al final observará la temperatura que acaba de producir.
Edición posterior: Supongo que depende de cómo se defina la temperatura. Si considera que algo tiene que existir para que tenga temperatura, entonces $ 0 mathrm {K} $ no puede existir, porque cualquier fluctuación en cualquier campo significa que algo existe y que algo tiene una temperatura superior a $ 0 mathrm {K PS Pero si extiende la definición de temperatura a objetos no existentes, entonces dicho objeto debería tener $ 0 mathrm {K} $