т. XVII · МСК
Физика

При абсолютном нуле (-273°C) квантовые частицы продолжают колебаться в нулевой точке.

При абсолютном нуле (-273°C) квантовые частицы продолжают колебаться в нулевой точке.
Даже при температуре абсолютного нуля (0 Кельвина, или −273,15°C) квантовые частицы не замирают полностью. Согласно принципу неопределённости Гейзенберга, сформулированному в 1927 году, невозможно одновременно точно знать положение и импульс частицы. Это фундаментальное ограничение означает, что частица всегда обладает минимальной энергией колебания, называемой нулевой энергией или энергией нулевой точки. Без этой остаточной энергии координата и скорость частицы были бы одновременно определены, что противоречило бы квантовой механике. Понимание нулевой энергии стало ключевым для объяснения загадочных явлений в криогенике. Сверхпроводимость — способность некоторых материалов пропускать электрический ток без сопротивления при охлаждении ниже критической температуры — невозможно объяснить классической физикой. Аналогично, сверхтекучесть жидкого гелия, когда он движется без трения и поднимается вверх по стенкам сосуда, прямо следует из квантовых колебаний нулевой точки. В обоих случаях макроскопические квантовые эффекты становятся видны именно потому, что тепловые колебания подавлены. Эта концепция имеет практическое значение. Криогенные технологии, использующие жидкий азот и гелий, применяются в магнитно-резонансной томографии, физических исследованиях сверхпроводящих материалов и экспериментах с конденсатом Бозе-Эйнштейна. Нулевая энергия также объясняет стабильность атомов: без квантовых флуктуаций электроны упали бы в ядро из-за электромагнитного притяжения.

Часто спрашивают

Правда ли, что при абсолютном нуле (-273°C) квантовые частицы продолжают колебаться в нулевой точке?

Даже при температуре абсолютного нуля (0 Кельвина, или −273,15°C) квантовые частицы не замирают полностью. Согласно принципу неопределённости Гейзенберга, сформулированному в 1927 году, невозможно одновременно точно знать положение и импульс частицы. Это фундаментальное ограничение означает, что частица всегда обладает минимальной энергией колебания, называемой нулевой энергией или энергией нулевой точки. Без этой остаточной энергии координата и скорость частицы были бы одновременно определены, что противоречило бы квантовой механике. Понимание нулевой энергии стало ключевым для объяснения загадочных явлений в криогенике. Сверхпроводимость — способность некоторых материалов пропускать электрический ток без сопротивления при охлаждении ниже критической температуры — невозможно объяснить классической физикой. Аналогично, сверхтекучесть жидкого гелия, когда он движется без трения и поднимается вверх по стенкам сосуда, прямо следует из квантовых колебаний нулевой точки. В обоих случаях макроскопические квантовые эффекты становятся видны именно потому, что тепловые колебания подавлены. Эта концепция имеет практическое значение. Криогенные технологии, использующие жидкий азот и гелий, применяются в магнитно-резонансной томографии, физических исследованиях сверхпроводящих материалов и экспериментах с конденсатом Бозе-Эйнштейна. Нулевая энергия также объясняет стабильность атомов: без квантовых флуктуаций электроны упали бы в ядро из-за электромагнитного притяжения.

К какой категории относится этот факт?

Этот факт относится к категории «Физика». В этом разделе собраны другие удивительные факты по той же теме.

🎮 Сыграть в «Факт или вымысел?»