afrikanbo в О вечном двигателе или испорченном телефоне
Бытовым термометром умеют пользоваться все и помногу раз в жизни интересовались о прогнозе погоды, справлялись о температуре больного, наблюдали за температурой в духовке, где запекается утка, охлаждали вино... При этом на практике для измерения температуры используются различные термометры.
Следующий этап познания в мире температур наступает на школьных уроках физики. Оказывается, что молекулы (например, идеального газа) движутся с разными скоростями, но так, что согласно некоему принципу, данному природой свыше, эти скорости (энергия движения молекул) подчиняются простому экспоненциальному закону e-kT, а нам привычная температура Т характеризует только среднюю энергию движения молекул. При этом молекул с меньшей энергией всегда много больше, чем молекул с большой энергией.
Чуть позже это знание справедливо обобщили на другие виды энергии. Например, на заселение энергетических уровней тех же двигающихся в объеме газа молекул. Действительно, чем выше энергия уровня, тем реже он заселяется и вероятность его заселения подчинена тому же экспоненциальному закону.
Но иногда возникают ситуации, когда искусственно надо заселить высокие энергетические уровни атомов или молекул. Например, такое происходит в лазерах (иначе лазер не будет излучать энергию). Понятно, что чем больше атомов переходят на высокоэнергичные уровни, тем меньше остается атомов, находящихся на низкоэнергичном уровне - растет значение температуры Т. Согласно экспоненциальному закону при бесконечно высокой температуре, все уровни будут заселены равновероятно, независимо от их энергии. Если и дальше продолжать искусственно переводить атомы в состояния с более высокой энергией, то формально сложится ситуация, когда атомов с более высокой энергией больше, чем с низкой. А это значит, что в экспоненциальном законе значение температуры Т поменяло знак с "+" на "-". Т.е, ситуация стала похожа на абсурд - тело с отрицательной температурой "более горячее", чем тело с высокой, но положительной температурой. Понятно, что такую ситуацию можно получить только если число атомов и их энергетических уровней ограничено, иначе мы бы имели дело с бесконечным количеством атомов, каждый из которых обладает бесконечной энергией.
То, что в системах, подобных лазерам можно получать формально отрицательные значения Т было известно давно. На ощупь, если бы можно было такую систему атомов потрогать, то зачастую она была бы горячей, хуже раскаленной сковородки. Поэтому никому в здравом рассудке не приходило в голову связать отрицательный знак температуры с ее опусканием ниже абсолютного нуля, определенного лордом Кельвином в 1848.
В самом начале 2013 журнал Science опубликовал статью немецких исследователей, которым удалось получить отрицательный знак Т не для дискретных энергетических уровней, а для энергии движения атомов. Казалось бы это невозможно, т.к. энергия движения атомов интуитивно не ограничена. Но авторам этой статьи под названием "Negative Absolute Temperature for Motional Degrees of Freedom" это удалось сделать с помощью оптической ловушки, которая ограничивала свободу движения атомов.
Недобрую службу в этой истории оказал журнал Nature, опубликовав статью "Quantum gas goes below absolute zero. Ultracold atoms pave way for negative-Kelvin materials." и привязав формальный отрицательный знак Т в экспоненциальном законе к понжению температуры ниже абсолютного нуля. Тут есть, где разгуляться фантазии!
Следующий шаг на пути в глубокую лженауку сделали русскоязычные издания: "Физики опустили температуру калия ниже абсолютного нуля". Тут уже к делу подключились и инноваторы-модернизаторы и сколковские изобретатели вечных двигателей. Действительно, мы знаем, что тело со знаком "-" перед буквой Т всегда будет отдавать энергию любому другому телу с положительной температурой. А, если так, то мы изобрели двигатель с термодинамическим циклом в чуровские 146% эффективности и даже больше. Ведь в этом цикле "ооочень холодное" (с температурой ниже абсолютного нуля) тело будет по всем законам физики закачивать свою энергию в оочень горячее тело, а горячее, как обычно, отдавая нам свою энергию в сети Чубайса, будет остывать до околонуля и ниже, и таким образом, бесконечно воспроизводить вечный паровой двигатель, который будет работать без подпитки энергией извне.
Любопытно обратить внимание, чем мракобеснее псевдонаучная публикация, тем чаще в ней встречаются магические слова "квантовый" или "нано". Жить во времена, когда масса жуликов прикрываются умными словами и забавно и интересно.