Nejchladnější místa blízké absolutní nule nejsou ve vesmíru, ale tady na Zemi

Datum 13.08.2023

Foto: pikisuperstar, Freepik

Možná vás překvapí, že nejchladnější místa ve vesmíru nejsou ve skutečnosti ve vesmíru, ale na katedrách fyziky mnoha univerzit. Zde vědci v posledních několika desetiletích vymýšlejí způsoby, jak se dostat stále blíže k nejchladnější možné teplotě, tedy absolutní nule, což je -273,15 °C.

Energie, která zůstala po velkém třesku, ohřívá celý vesmír a udržuje ho vysoko nad absolutní nulou. Průměrná teplota vesmíru je 2,74 Kelvina. Některé objekty ve vesmíru jsou překvapivě chladnější než prázdný prostor. Rozpínající se oblak plynu zvaný mlhovina Bumerang se chová jako mezihvězdná lednička. S teplotou přibližně 1 K je to nejchladnější přirozeně se vyskytující místo ve vesmíru.

Lidé však přímo na Zemi dokázali vytvořit ještě větší chlad. V roce 2003 vědci z MIT použili laserové paprsky ke zpomalení atomů sodíku a ochladili je na půl miliardtiny stupně nad absolutní nulu. To je stále světový rekord.

Další tým z Cambridgeské univerzity se také snaží přiblížit k této absolutní nule. Má to však háček: absolutní nuly dosáhnout nelze. Důvodem je množství práce potřebné k odvedení tepla z látky, které se podstatně zvyšuje, čím chladnější se snažíte být. K dosažení nuly kelvinů byste potřebovali nekonečné množství energie. A i kdybyste se tam dostali, kvantová mechanika říká, že atomy a molekuly by stále měly nějaký neredukovatelný pohyb. Atomy a molekuly mají i při absolutní nule nějaký pohyb, tzv. nulové kmity. Absolutní nula tedy není stav bez pohybu, ale stav látky s nejmenším možným množstvím pohybu, které nám dovolí zákony kvantové teorie.

Kvantová mechanika také znamená, že čím blíže se tito vědci přibližují k absolutní nule, tím podivnější jsou vlastnosti látky. Při dostatečně nízkých teplotách se například kapalné helium mění na supratekutou kapalinu, která proudí bez odporu tření. V důsledku toho může samovolně proudit vzhůru a ven z nádoby, prosakovat skrz trhliny tenké jako molekula, zůstat v naprostém klidu, i když rotuje vysokou rychlostí, a – což je pro fyziky nejpřekvapivější – spojit se do jednoho “superatomu”, známého jako Boseho-Einsteinův kondenzát.

K čemu ale potřebujeme vytvořit prostředí s tak nízkou teplotou? Především pro kvantové počítače. Teplo totiž způsobuje chyby v qubitech, které jsou základními stavebními kameny kvantového počítače a když kvantové částice dosáhnou absolutní nuly, je jejich stav přesně znám: zaručeně se nacházejí ve stavu s nejnižší energií. Částice pak již neobsahují žádnou informaci o tom, v jakém stavu byly předtím. Vše, co se s částicí mohlo stát předtím, je dokonale vymazáno. Z hlediska kvantové fyziky spolu tedy ochlazení a vymazání informace úzce souvisí.

Petr Dvořák

Výstava Volty 700 x 200 px

Komentáře k článku (1)

  1. Server by si měl dát pozor, aby nedělal chyby hned v nadpisu.
    “Nejchladnější místa blízké absolutní nule nejsou ve vesmíru, ale tady na Zemi”
    Nemá tam být “blízké” ale “blízká”, jde tu o střední rod.

    Odpovědět

Napsat komentář