Международная космическая станция станет полюсом вселенского холода

Специалисты Национального управления США по аэронавтике и исследованию космического пространства отправили на орбиту Земли лабораторию, которая способна заморозить частицы вещества практически до температуры абсолютного нуля. Продержаться как можно дольше в таком состоянии им поможет невесомость.

Утром 21 мая (по московскому времени) со Среднеатлантического регионального космопорта в штате Вирджиния стартовала ракета "Антарес", которая доставит Cold Atom Laboratory ("Лабораторию холодных атомов", CAL) на Международную космическую станцию.

Благодаря системе магнитов и лазеров в недрах лаборатории должен образоваться конденсат Бозе-Эйнштейна, то есть вещество в таком состоянии, когда его частицы охлаждены до температуры миллиардной доли градуса по Кельвину.

Это практически равно абсолютному нулю или нулю по Кельвину (-273,15 градуса по Цельсию), который, как гласят законы термодинамики, недостижим.

Оборудование космической лаборатории позволяет ученым проводить эксперименты на протяжении 6,5 часов в сутки и делать это удаленно, без помощи астронавтов МКС.

Приблизиться к невозможному

По достижении абсолютного нуля хаотичное движение частиц полностью прекращается. Возможность понаблюдать за поведением частиц в условиях, близких к абсолюту, представляет большой интерес для ученых.

Благодаря микрогравитации на орбите частицы смогут продержаться в состоянии крайне низкой температуры до 10 секунд. На Земле подобное состояние длится всего долю секунды.

Минимальная температура в космосе, которую можно встретить в его удаленных районах, - 2,7 градуса по Кельвину (или -270,45 градуса по Цельсию). НАСА заявило, что в ходе орбитального эксперимента будет создана точка с самой холодной температурой во Вселенной. Пребывание CAL на орбите приближает нас к невозможному, следует из слов ученых НАСА.

Впрочем, приблизиться к невозможному удавалось и в земных условиях.

В ЦЕРНе (CERN - Европейский совет ядерных исследований в Женеве) функционирует Большой адронный коллайдер (БАК), магниты которого охлаждены до 1,9 градуса по Кельвину (‑271,3 градуса по Цельсию).

А в 2000 году ученые из Хельсинкского технологического университета сумели охладить вещество до температуры лишь на 10 миллиардных долей градуса выше абсолютного нуля.

Однако у орбитальной лаборатории есть большое преимущество перед земными - невесомость.

Эксперимент НАСА важен еще и потому, что конденсат Бозе-Эйнштейна представляет собой сверхтекучий тип жидкости. Физики надеются глубже изучить его природу.

"Суперхолодные" атомы в CAL, возможно, также расскажут ученым нечто новое о гравитации и работе законов квантовой физики, о явлении сверхпроводимости и, может быть, даже о сути загадочной темной материи.

В поисках абсолютного нуля

Об абсолютном нуле ученые говорили серьезно еще в XVII веке.

Словосочетание primum frigidum встречается уже в трудах Фрэнсиса Бэкона, а в 1665 году натурфилософ и физик Роберт Бойль сформулировал понятие абсолютного нуля.

Позже об этом явлении будут дискутировать многие физики - в том числе Сатьендра Нат Бозе (в честь которого был назван бозон) и Альберт Эйнштейн.

Некоторое время назад ученые из Университетского колледжа Лондона смоделировали достижение абсолютного нуля с помощью математической модели (работа была опубликована в 2017 году в Nature Communications).

Ученые пришли к выводу, что для достижения нуля по Кельвину необходим безграничный резервуар, куда будет уходить тепло, добытое из охлаждаемого вещества. А число операций по его охлаждению будет равно бесконечности.

И даже в открытом космосе невозможно снизить температуру до абсолютного нуля. Было бы ошибкой считать, что там царит полный, совершенный вакуум. Даже в том, что принято называть космическим вакуумом, найдутся какие-нибудь частицы, а значит, в нем есть движение, кинетическая энергия и поэтому - тепло.