16 de enero de 2009

¿Qué es el cero absoluto?

En Física hay un término que se utiliza frecuentemente, y es el de cero absoluto. Pero ¿sabemos lo que es? La definición más sencilla quizá sea la de "es la temperatura teórica más baja posible", y corresponde a aquella a la que las partículas, según la mecánica clásica, carecen de movimiento.

Pero ¿porqué se dice que es una temperatura teórica? Pues porque según la mecánica cuántica, el cero absoluto debe tener una energía residual, llamada energía de punto cero, para poder así cumplir el principio de indeterminación de Heisenberg.

El cero absoluto es el punto de partida de la escala de temperatura de Kelvin (también para otra mucho menos conocida que es la de Rankine), y corresponde a -273,15 grados en la escala que utilizamos cotidianamente en nuestra vida diaria, que es la escala Celsius. Y ¿cuál es la temperatura mínima que se ha alcanzado jamás? Pues, según Smithsonian magazine, este récord lo ostenta Wolfgang Ketterle, un investigador del Massachusetts Institute of Technology (MIT) que en el año 2003 consiguió enfriar un paquete de átomos de sodio a una temperatura de 810 trillonésimas de grado Kelvin.

Otro lugar donde se alcanzarán temperaturas próximas al cero absoluto será en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), ese enorme acelerador de partículas que fue inaugurado recientemente en el que han trabajado más de 2.000 físicos de 34 países diferentes, donde se prevén temperaturas próximas a los 1,9 K ó 272 ºC bajo cero cuando termine de enfriarse.

Si queréis saber más acerca del cero absoluto, pinchad aquí.

12 comentarios:

JOSE MANUEL MONTILLA GARCÍA dijo...

En esa pagina web he leido que no se puede yegar al cero absoluto.

¿Por qué?

Dani dijo...

Hola José Manuel. Voy a intentar responderte.

Primero de todo te diría que porque esa temperatura se caracteriza por la ausencia de movimiento, y eso es algo que aún no se ha encontrado.

Aparte, el tipo que ideó esta escala, Lord Kelvin, descubrió que por cada grado que disminuye la temperatura de un gas, su volumen también disminuye, y haciendo los cálculos le salió que cuando el gas alcanzara la temperatura de -273.15 grados Celsius, su volumen sería cero, cosa que está muy bien decirla, pero es imposible de obtener.

Y, por último, los trabajos de Einstein sobre la equivalencia materia/energía dicen que en el momento en que la materia alcanzase el cero absoluto desaparecería, ya que al quedarse sin energía (por no tener movimiento) también se quedaría sin materia.
En realidad, lo que ocurre cuando enfriamos un conjunto de átomos a una temperatura muy cercana al cero absoluto (cosa que ya se ha hecho) es que se forma un condensado de Einstein-Bose o un condensado de Fermi, que son extraños estados en los que la materia se comporta como si fuera una partícula subatómica gigante.

JOSE MANUEL MONTILLA GARCÍA dijo...

Es decir que la desaparicion del universo es posible, porque segun la teoria de que el universo podria estar expandiendose infinitamente y su temperatura desciende a medida que se expande, podria llegar el punto en el que alcanzase los -273.15 Cº y desapareciera la materia.

Es un suponer porque tampoco es que este muy enterado sobre la expansion del universo.

Dani dijo...

Correcto, José Manuel, muy bien.

Según la teoría del Big Bang, a medida que el Universo se expande dejarían de formarse estrellas y eĺ Universo se haría cada vez menos denso, por lo que su temperatura media se acercaría al cero absoluto. En ese punto la teoría predice un escenario que denomina "muerte térmica". Es más, si realmente existe la descomposición del protón (que se convierte en partículas menos masivas emitiendo radiación), todo el hidrógeno, que es la forma de materia más abundante del Universo, desaparecería a muy largo plazo, dejando solo radiación.

Pero ya sabes que esto no es religión (que aporta dogmas), sino ciencia (que aporta indicios, hipótesis y teorías), por lo que al ser una teoría, en el futuro puede refrendarse o refutarse.

JOSE MANUEL MONTILLA GARCÍA dijo...

Gracias por resolver mis dudas sobre este tema, que es muy interesante.

He visto la pagina de saber curioso, que tambiem hay muchas cosas de este tipo.

Otra pagina muy buena es "Muy INteresante" que tambien tiene una revista, y hablan sobre muchas cosas de cultura en general y cientifica.

Saludos y gracias.

Raúl Granado Hermosín 4ºB dijo...

Enhorabuena por el blog.

A ver si hacen una entrada sobre el Gran Colisionador de Hadrones, el telescopio Hubble, la materia oscura o los agujeros negros.
Tambien estaría bien que pusieran proyectos que podamos realizar en casa para vivir en persona lo que sucede, poder observarlo,...

Gracias

JOSE MANUEL MONTILLA GARCÍA dijo...

Apoyo tu opinion raúl, tambien podriais poner alguna entrada sobre el vacio y los muchos efectos que tiene, me gustaria mucho.

Departamento de Ciencias Naturales dijo...

Tomamos nota de vuestra sugerencias. Nos ponemos a ello inmediatamente. Gracias por vuestros comentarios.

Darío Rodríguez 3ºA dijo...

Hola. No soy muy aficionado a esto de la ciencia, pero hace tiempo si encontre un apartado sobre ello en internet. De ahí saqué opiniones, como que la humanidad aún no ha llegado a ella, y festeja cada milécima que se aproxima a esta temperatura, ... el detalle de lo del espacio, como bien a dicho Jose Manuel, ...
Este pequeño debate me a parecido muy interesante y curioso, gracias a Dani y Jose Manuel.
Y por supuesto al artículo.

José Manuel Rodríguez Ramírez dijo...

Puesto que estáis bastante interesados en este tema intentaré resumir lo que sé por si os puedo aclarar algo. De haberlo sabido os lo hubiera dicho antes.
En cuanto al cero absoluto lo primero que debéis tener en cuenta es que la temperatura es una magnitud física, y por tanto, una propiedad de la materia, por lo que si no hay materia, no hay temperatura, es decir, donde hay vacío, no hay temperatura, no es que sea 0 K, simplemente si no hay materia, no hay espacio, no hay tiempo, no hay temperatura.
Pero ¿qué es el vacío?, la ausencia no solo de materia, también de energía (equiparables como ya sabéis desde Einstein), se conoce que aún en el más absoluto vacío sigue existiedo una radiación de fondo, lamada radiación de fondo 3K, que es una de las bases que afirma la formación del universo a partir del Big-Bang, pues esa radiación sería como el ruido de fondo que ha quedado de esa gran explosión.
Que el cero absoluto sea la menor temperatura teórica alcanzable constituye el tercer principio de la termodinámica, y como todos los principios (como los de la dinámica) es algo teórico pero que se ha observado siempre, y es capaz de explicar fenómenos relacionados. En realidad el cero absoluto constituye una asíntota (no se si habéis visto el concepto en matemáticas), es decir, se alcanzaría solo en el infinito. Por otro lado también existe la teoría, como bien dijo Dani, de que aún en el cero absoluto las partículas permanecerían en un estado de vibración, puesto que de no ser así se imcumpliría otro principio, el de incertidumbre de Heissemberg.
En cuanto a la desaparición del universo por enfriamiento, me parece una idea algo ilógica, pensad que la mayor parte del universo es vacío, y su expansión afecta a la distancia de separación entre los cuerpos celestes, no a una "dilatación" del vacío, puesto que no hay materia. Actualmente las teorías apuntan a que puede que en un futuro la densidad (no la temperatura)disminuya (misma masa, mayor volumen) hasta que llegue un punto en el que las fuerzas gravitatorias superen a la inercia del Big Bang(energía cinética), a partir de ese momento el universo empezaría a contraerse, es decir formando continuos ciclos de expansión y contracción. El valor límite de esta densidad se conoce, pero no puede saberse cual es el valor real en el universo puesto que depende de la cantidad de antimateria que haya. Si fuera así, pensad que llegaría un punto en el que la velocidad de contracción sería tan grande que no dejaría escapar nada de allí, ni siquiera la luz (actualmente también en la expansión en así, mientras más lejos se encuentra algo, a más velocidad va, por eso no se ve de noche el cielo totalmente brillante lleno de estreelas, solo se ven aquellas estrellas cuya velocidad de alejamiento con respecto a nosotros es menor que la velocidad de la luz, pensad en ello). Pues bien, si se invierte el proceso se convertiría en un universo en contracción que no dejaría escapar nada, y ¿qué es eso?, suena a un agujero negro ¿no?, pues se piensa que en nuestro universo podrían existir universos en contracción (agujeros negros), y que el nuestro podría ser a la vez otro en el futuro.
Igualmente se cuestiona la estabilidad del protón, toda la materia conocida está formada de protones, por lo que queda demostrado que son estables, sin embargo, teóricamente debería ser inestables.
En cuanto a la antimateria debéis pensar que aunque existe y se han conseguiedo partículas de antimateria, éstas son un concepto meramente matemático que aparecen de modo que se cumplan los principios de conservación de carga y energía, basícamente, nada de ciencia ficción.
Espero que os sirva de algo.
Preguntad más si os ha interesado.

Departamento de Ciencias Naturales dijo...

Relacionado con lo que dice José Manuel en su extenso e interesantísimo comentario, "se piensa que en nuestro universo podrían existir universos en contracción (agujeros negros)", hoy ha aparecido una noticia relacionada con ello:
¿Está todo hecho de mini agujeros negros?
(http://www.cienciakanija.com/2009/05/18/%C2%BFesta-todo-hecho-de-mini-agujeros-negros/)

Segismundo dijo...

Hola. ¿si fuésemos más allá del cero absoluto con la desaparición de la amteria podría aparecer la antimateria? o sea ¿la antimateria está relacionada con todo esto o es otra cuestión aparte? Felicitaciones por este blog que permite a los curiosos hacer preguntas así y gracias por si me respondeis.