Физики умеют охлаждать вещество до температур, при которых законы классической ...

Дата публикации: 09-07-2026 01:22:00

Физики умеют охлаждать вещество до температур, при которых законы классической механики перестают работать. Абсолютный ноль — это минус 273,15 °C, температура, при которой теоретически прекращается любое тепловое движение атомов. Однако достичь её принципиально невозможно: третий закон термодинамики запрещает, а квантовая механика добавляет свои ограничения. Но учёные научились подбираться к этому пределу настолько близко, что материя начинает вести себя необычным образом.
В 2021 году немецкие исследователи охладили облако газа до 38 пикокельвинов — это 0,000000000038 градуса выше абсолютного нуля. Такие температуры позволяют наблюдать квантовые эффекты, которые в обычных условиях незаметны. При сверхнизких температурах атомы теряют индивидуальность и объединяются в единое квантовое состояние — бозе-эйнштейновский конденсат. Это пятое состояние вещества, отличное от твёрдого, жидкого, газообразного и плазмы. Впервые его получили в 1995 году, а в 2001 году за это открытие присудили Нобелевскую премию. Сейчас конденсаты создают регулярно, но каждый раз это технически сложный эксперимент.
В конденсате атомы движутся синхронно, образуя гигантскую квантовую частицу, которую можно изучать практически невооружённым глазом. Одно из проявлений такой квантовой согласованности — сверхтекучесть: жидкость течёт без трения. Если налить сверхтекучий гелий в стакан, он самостоятельно выберется наружу по стенкам, вопреки гравитации. С точки зрения классической физики это нарушение законов, но квантовая механика такое поведение допускает. Жидкий гелий становится сверхтекучим при температуре около 2 кельвинов и используется для охлаждения магнитов в МРТ и ускорителях частиц.
Ещё более удивительный эффект — замедление времени при температурах, близких к абсолютному нулю. Речь не о метафоре: химические реакции, которые длятся наносекунды, растягиваются на минуты. Учёные могут наблюдать каждый этап молекулярного взаимодействия в реальном времени. Это позволяет изучать переходные состояния, которые обычно невозможно зафиксировать. Такие исследования открывают новую эру в химии — понимание механизмов реакций на квантовом уровне.
Практическое применение сверхнизких температур связано с квантовыми компьютерами. Кубиты — их основные элементы — работают только при температурах, близких к абсолютному нулю, иначе квантовая когерентность разрушается. Google, IBM и Microsoft строят криогенные системы, охлаждающие процессоры до милликельвинов. Стоимость охлаждения одного чипа достигает миллионов долларов, но без этого квантовые вычисления невозможны.
Главная проблема — изоляция. Любое тепловое воздействие, даже фотон света или космическое излучение, разрушает хрупкое квантовое состояние. Поэтому лаборатории строят глубоко под землёй, тщательно экранируя оборудование от внешних помех. Рекорд по минимальной температуре был установлен в космосе: на МКС в эксперименте Cold Atom Lab удалось охладить атомы до долей нанокельвина. В невесомости отсутствует конвекция, и атомы не падают под действием гравитации, что позволяет создавать более стабильный конденсат.
Однако абсолютный ноль остаётся недостижимым из-за принципа неопределённости Гейзенберга. Если бы атомы полностью остановились, их положение было бы известно точно, но тогда импульс стал бы неопределённым. Нулевой импульс — тоже точное значение, что противоречит квантовой механике. Поэтому всегда остаётся остаточная энергия — так называемые нулевые колебания. Даже в полной пустоте при абсолютном нуле частицы постоянно возникают и исчезают из-за квантовых флуктуаций вакуума. Это явление подтверждено экспериментально: эффект Казимира демонстрирует, что две пластины в вакууме притягиваются друг к другу именно благодаря флуктуациям.
Практическая польза от этих исследований пока ограничена, но технологии быстро развиваются. Одна из главных целей физиков — создание сверхпроводников, работающих при комнатной температуре. Такие материалы произвели бы революцию в энергетике: передача электричества без потерь, магниты, не требующие затрат энергии, повсеместный транспорт на магнитной подушке. Пока сверхпроводимость требует охлаждения жидким азотом или ещё более низких температур, что дорого и сложно. Однако прогресс есть: недавно найден материал, который становится сверхпроводящим при -23 °C. Это всё ещё холодно, но гораздо теплее, чем жидкий азот. Возможно, через два десятилетия сверхпроводники станут обыденностью.
Абсолютный ноль — это граница, за которой классическая физика уступает место квантовой. Мы научились охлаждать вещество почти до этого предела и наблюдать удивительные явления. Остаётся понять, как использовать эти знания для создания технологий, которые изменят наш мир.

Схожие новости

#	Наименование новости	Тональность	Информативность	Дата публикации
1	Остановка света и квантовая криптография В 1999 году команда Лене ...	5	7	27-06-2026
2	Seven exotic quantum phases predicted in ultracold magnetic atoms, including topological superconductivity	0	7	25-06-2026
3	✅Ключевое отличие: обычный ИИ решает задачи методом проб и ошибок ...	7	8	28-06-2026
4	A new quantum computer sets a high watermark for accuracy. Are we on the verge of a big breakthrough?	6	7	24-06-2026
5	Как квантовый компьютер изменит нашу жизнь: без формул и заумных ...	5	7	28-06-2026
6	⚡ Правительство США хочет получить полезный #квантовыйкомпьютер к 2028 году ...	5	7	02-07-2026
7	🌊 КВАНТОВАЯ ВОДА. УЧЁНЫЕ В ТУПИКЕ, А МЫ — НА ...	5	8	29-06-2026
8	Физики создали новую форму квантовой материи в лаборатории	5	7	29-06-2026
9	Интересная гипотеза о квантовом перерождении человека Как вы думаете, как ...	2	6	06-07-2026

Классификация: Наука. Схожих патентов: 0. Схожих новостей: 9. Тональность: 5. Информативность: 7. Источник: vk.com.