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Chi abbia mai masticato un minimo di fisica o chimica, leggendo il titolo di questo articolo, sarebbe tentato dal mettersi le mani nei capelli. Nella scala di temperature utilizzata in fisica, la scala Kelvin (che non è la scala Celsius del termometro che usiamo per misurare la febbre!!), esiste un fondo scala, chiamato zero assoluto, irraggiungibile (equivale a circa -273 gradi Celsius) e non esiste una temperatura massima, che possiamo idealizzare con una temperatura infinita.
Tutto bello fino a questo punto, ma cosa è la temperatura, e cosa significa? In accordo con il significato fisico della parola, la temperatura di un gas è determinata dal movimento caotico delle sue particelle. Più è alta la temperatura, più sono veloci le particelle. Teoricamente, alla temperatura di Zero Kelvin tutte le particelle del gas si fermano e il disordine scompare. In altre parole, non può esistere niente di più freddo dello zero assoluto nella scala Kelvin.
I fisici dell'Università Ludwig-Maximilians di Monaco e dell'MPQ di Garching hanno realizzato in laboratorio un gas atomico che nonostante queste premesse, possiede valori negativi di temperatura sulla scala Kelvin. Una delle consequenze assurde di questo stato è la seguente: nonostante gli atomi del gas si attraggano a vicenda dando origine ad una pressione negativa, il gas non collassa. Teoricamente potrebbero ora essere realizzati motori termodinamici che sfruttando le temperature kelvin negative avrebbero una resa superiore al 100% che, come ben sapete (certo come no XD) per il principio di Carnot (secondo il quale il rendimento termodinamico, o efficienza, è funzione delle temperature tra le quali il motore lavora) sarebbe impossibile in quanto le temperature assolute non possono scedere sotto lo zero.
Infatti, se un motore lavorasse tra le temperature di -1 kelvin e 100 kelvin, il rendimento del motore sarebbe di 1.01, ovvero del 101% ...
Nel dettaglio, per far bollire l'acqua gli dobbiamo somministrare energia (nel nostro caso l'energia è somministrata dal fornello a gas). Quando aumenta la temperatura dell'acqua, le molecole dell'acqua aumentano la loro energia cinetica muovendosi in media più velocemente. Il trucco sta nella parola magica: in media. Quello che accada è che ogni moleca possiede una energia cinetica differente: da molto bassa a molto alta. Ma solo alcune di queste particelle si muovo molto velocemente. In fisica, questa distribuzione di energia è chioamata Distribuzione di Boltzmann.
Quello che i fisici hanno realizzato è un gas in cui questa distribuzione è inveritita: ovvero, molte particelle posseggono alta energia e solo alcune posseggono bassa energia.
Questa inversione della distribuzione di energia indica che le particelle hanno assunto un valore negativo di temperatura. La distribuzione inversa di Boltzmann è caratteristica delle temperature assolute negative.
Il gas non è più freddo dello zero kelvin, attenzione! In realtà è più caldo di qualsiasi temperatura positiva; praticamente la scala delle temperature non finisce con un INFINITO, ma salta alle temperature negative. Se la scala delle temperature fosse stata in passato definita in modo differente, questa apparente contraddizione non esisterebbe.
Probabilmente questi studi aiuteranno a comprendere maggiormente l'universo: così come il gas creato in laboratorio non collassa su stesso, nonostante l'attrazione generata tra gli atomi, l'universo non collassa su stesso sotto la forza di gravità; ed in effetti l'universo è in continua espansione.
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Raggiunte temperature sotto lo zero assoluto postato da Lar (13:12 5/01/13)