Buzz
Theo lý thuyết, ranh giới của nhiệt độ thấp nhất trong vũ trụ được gọi là 'độ lạnh tuyệt đối', có giá trị là 0 K, tương đương với -273,15 độ C.
Trên cơ sở lý thuyết, chúng ta có thể suy luận về giới hạn nhiệt độ trong vũ trụ. Về phía nhiệt độ cao, khối lượng tối đa của các hạt vi mô sẽ di chuyển với tốc độ ánh sáng, và đây chính là giới hạn của nhiệt độ cao, với giá trị là 10 ^ 32 K, gọi là nhiệt độ Planck - tương ứng với nhiệt độ của các lỗ đen khi chúng bốc hơi hoặc với nhiệt độ của vũ trụ ngay sau Sự kiện Big Bang.
Theo lý thuyết, ranh giới của nhiệt độ thấp nhất trong vũ trụ được gọi là 'độ lạnh tuyệt đối', có giá trị là 0 K, tương đương với -273,15 độ C.
Để chứng minh sự tồn tại của độ lạnh tuyệt đối, con người đã tiến hành nhiều thử nghiệm trong một khoảng thời gian rất dài. Câu chuyện về giới hạn này cũng rất thú vị trong góc nhìn khoa học. Khi khái niệm này được đề xuất, không ai có thể tiến hành các thử nghiệm gần đến giá trị nhiệt độ này.
Tuy nhiên, khái niệm cụ thể về độ lạnh tuyệt đối không phải là một sự hình thành đột ngột. Thay vào đó, nó được nhiều thế hệ nhà khoa học nghiên cứu, quan sát và rút ra kết luận. Ngay từ năm 1702, nhà vật lý người Pháp Guillaume Amonton đã đặt ra câu hỏi liệu có giới hạn cho sự lạnh giá hay không.
Ông đã cải tiến một loại nhiệt kế sử dụng không khí và thủy ngân. Thể tích của không khí sẽ thay đổi theo nhiệt độ, dẫn đến việc một phần của thủy ngân chuyển động để hiển thị trên thang đo. Giá trị nhỏ nhất của nhiệt kế này có giới hạn, được xác định là điểm 0 (theo tính toán hiện đại, khoảng -240 độ C).
Cho đến cuối thế kỷ 18, nhiều nhà khoa học đã nỗ lực khám phá giới hạn nhiệt độ thấp này. Năm 1785, Jacques Charles, một nhà khoa học người Pháp đã phát hiện mối liên hệ giữa nhiệt độ và thể tích của một chất khí khi áp suất không đổi.
Trong các thí nghiệm của mình, ông nhận thấy rằng khi thể tích không đổi, mỗi giảm 1 độ C thì áp suất của chất khí sẽ giảm đi 1/273 áp suất của nó ở 0 độ C. Theo quy tắc này, khi nhiệt độ khí giảm xuống còn -273 độ C, áp suất trở thành không - môi trường chân không.
Sau đó, nhà khoa học người Anh William Thomson (hay còn gọi là Nam tước Kelvin thứ nhất) đã đưa ra định nghĩa chính thức đầu tiên dựa trên việc tổng hợp và suy luận từ những người tiền nhiệm về khái niệm độ không tuyệt đối - được hiểu là trạng thái mà bên trong vật liệu có thể giảm xuống đến 0 và dừng hoàn toàn chuyển động của các phân tử.
Một trong những mục tiêu cuối cùng trong lĩnh vực nhiệt động lực học là một cuộc chiến lớn thách thức độ không tuyệt đối. Và hiển nhiên, mục tiêu này cũng không thể đạt được trong một sớm một chiều.
Nhân vật quan trọng đầu tiên trong cuộc đua này là Michael Faraday. Đến năm 1845, ông đã thu được nhiều dạng khí lỏng khác nhau thông qua quá trình nén sơ cấp. Với công nghệ của mình vào thời điểm đó, ông có thể đạt được nhiệt độ thấp nhất là -130 độ C.
Tuy nhiên, trong thời gian đó ông vẫn chưa thể lỏng hóa một số khí như oxy, nitơ và hydro. Nguyên nhân là do giới hạn về lý thuyết vào thời điểm đó, nên Faraday tin rằng những khí này là 'khí vĩnh viễn' và không thể nén thành trạng thái lỏng.
Vào cuối những năm 1870, nhà khoa học người Pháp Louis Paul Cailletet đã dẫn đầu trong việc sản xuất oxy lỏng và nitơ lỏng, có thể đạt được nhiệt độ thấp tương ứng là -183 độ C và -196 độ C. Để thực hiện điều này, Louis Paul Cailletet đã áp dụng hiệu ứng Joule-Thomson.
Người quan trọng tiếp theo là một nhà hóa học và vật lý học người Scotland - James Dewar, người sẽ thử thách hydro, loại 'khí vĩnh cửu' cuối cùng vào thời điểm đó.
Các nhà khoa học vào thời điểm đó dự kiến có thể sản xuất hydro lỏng ở ít nhất là -250 độ C. Nhiệt độ này là một thách thức không thể vượt qua với công nghệ và thiết bị của thời kỳ đó, vì vậy Dewar đã phải phát minh ra thiết bị mới để tiến hành nghiên cứu này.
Kế hoạch của ông là sử dụng một loại khí có thể nén và lỏng ở nhiệt độ phòng, sau đó để nó phát triển và thu về nhiệt độ thấp hơn để lỏng hóa khí khác khó lỏng hơn.
Qua nhiều giai đoạn, có thể đạt tới nhiệt độ đủ thấp để lỏng hóa hydro. Nhưng để thực hiện điều đó, Dewar buộc phải chế tạo ra thiết bị và dụng cụ mới phục vụ nghiên cứu, điều này đòi hỏi rất nhiều kinh phí. Vì vậy Dewar đã trình diễn một số tính chất độc đáo của khí lỏng trong phòng thí nghiệm của Hiệp hội Hoàng gia và sử dụng các thí nghiệm để thu hút sự chú ý của các nhà đầu tư.
Tuy nhiên, thí nghiệm không suôn sẻ, vào năm 1886, một vụ nổ khủng khiếp xảy ra trong phòng thí nghiệm ở London, Dewar đã vô tình trộn oxy lỏng với ethylene lỏng và gây ra vụ nổ, điều này sau đó đã khiến sự nghiệp khoa học của ông gần như chấm dứt.
Tuy nhiên, sau đó, Dewar đã thành công trong việc sản xuất 20 cm³ hydro lỏng thông qua dòng chảy nhiều tầng của metyl clorua-ethylene-oxy-hydro. Khi đó, bể chứa có áp suất 180 atm (atmosphere) và nhiệt độ đạt -205 độ C.
Dewar sau đó đổ hydro lỏng vào ống giãn nở và theo dõi nhiệt độ của nhiệt kế giảm dần, cuối cùng, ông đã đạt được kỷ lục mới là -252 độ C, coi như hoàn thành thử thách bất khả thi của người tiền nhiệm Faraday.
Tuy nhiên, ngay sau khi thí nghiệm thành công, một loại khí mới đã được khám phá - khí trơ heli.
Tiếp theo, nhà vật lý người Hà Lan Heike Kamerlingh Onnes tiếp tục nghiên cứu này và xây dựng một nhà máy sản xuất hydro lỏng từ thiết bị của Dewar và tạo ra heli lỏng một cách đáng kinh ngạc, đạt đến nhiệt độ thấp -269 ° C (4,2 K).
Ở nhiệt độ gần bằng không tuyệt đối này, nhiều chất sẽ thể hiện trạng thái chưa từng có, bao gồm cơ học chất lỏng, điện từ và các tính chất liên quan khác, điều này cũng giúp Onnes đoạt giải Nobel Vật lý vào năm 1913.
Tuy nhiên, cho đến nay, vẫn chưa có ai có thể thực hiện thí nghiệm để đạt được độ không tuyệt đối lý thuyết - giá trị là 0 K, được chuyển đổi sang đơn vị nhiệt độ thông thường là -273,15 độ C.
