Negatieve absolute temperatuur?

[Ivo]

[b]
Het onderzoek van NASA's nieuwste satelliet, de Microwave Anisotropy Probe (MAP), die 30 juni gelanceerd zal worden, moet antwoord geven op de vraag die de mensheid al duizenden jaren bezig houdt: Hoe begon het allemaal?
De oerknaltheorie is (bijna) onomstreden, maar hoe deze oerknal er precies uit zag weet nog niemand. Er zijn wel vele theorieën over, maar dan houdt het ook op. Bewijs heeft niemand, nog niet.

Men hoopt hier door het meten van de kosmische achtergrondstraling verandering in te brengen. Deze straling is een fossiel, een overblijfsel van de oerknal, en is over het gehele heelal homogeen verdeeld. Nouja, bijna homogeen, want hoewel de straling overal in het heelal overeenkomt met een temperatuur van -2.73 Kelvin zijn er verschillen. Kleine verschillen, fluctuaties van minder dan een miljoenste graad, maar ze zijn te meten, en dat is precies wat de MAP gaat doen.

Men heeft al eerder metingen naar deze fluctuaties gedaan, en daaruit volgde het eerste experimentele bewijs voor de inflatietheorie. Men wil nu met MAP deze fluctuaties nog veel nauwkeuriger gaan meten, en daarmee een 'stralingskaart' van het heelal samenstellen.

MAP zal zijn metingen verrichten vanuit het tweede Lagrange-punt. De 5 zogenaamde Lagrange punten, genoemd naar hun ontdekker Josef Langrange, zijn de punten waarin een object op vaste afstand van 2 om elkaar heen draaiende massa's, in dit geval de aarde en de zon, kan blijven. MAP is het eerste ruimtevaartuig dat naar naar het tweede van die punten, welke viermaal verder weg ligt dan de maan, wordt gestuurd. De komende jaren zullen nog diverse andere ruimtetelescopen zich bij de MAP voegen.

De reis naar het L-2 punt zal zo'n 3 maanden duren. Daarna zal de MAP zo'n 18 maanden bezig met het samenstellen van een kaart van het heelal. Maar ach, de mensheid vraagt zich al tienduizenden jaren af hoe alles begonnen is, die 21 maanden kunnen er ook nog wel bij...

In het artikel wordt een T van -2.73K genoemd. Is dit juist? En als dat zo is, hoe moet ik me dat dan voorstellen?

[EXX]

Dat moet dus volgens mij gewoon 2.73K zijn.

[Lord Daemon]

Dat is niet juist. Nul Kelvin komt overeen met een systeem dat maar 1 realiseringsmogelijkheid heeft (geen entropie). Een lagere temperatuur zou overeenkomen met een systeem dat minder dan 1 realiseringsmogelijkheid heeft... wat een duidelijke absurditeit is, een systeem dat op geen enkele wijze gerealiseerd kan worden is geen syteem.

[Verwijderd]

Ik denk dat het een tikfoutje is . De achtergrondstraling in het heelal is 2,726 Kelvin (0.03% nauwkeurig gemeten).

Lager dan 0 Kelvin (-273.16 graden Celsius) kan voorlopig nog niet. (Maar wie weet wat de toekomst nog brengt aan exotische materialen)

Bye

[Verwijderd]

Negatieve temperatuur bestaat wel: http://math.ucr.edu/home/baez/physics/neg_temperature.html

Maar de temperatuur van achtergrond straling is volgens mij nog ouderwets positief. Die min zal dus wel een drukfout zijn.

[Bigfoot]

Op donderdag 14 juni 2001 14:14 schreef hybridz het volgende:
Negatieve temperatuur bestaat wel: http://math.ucr.edu/home/baez/physics/neg_temperature.html

Maar de temperatuur van achtergrond straling is volgens mij nog ouderwets positief. Die min zal dus wel een drukfout zijn.

Lijkt me een veel te vaag verhaal. Bij 0K zijn is er helemaal geen beweging in de deeltjes, dus hoe kan er nou nog minder beweging zijn dan geen????

[Lord Daemon]

The total energy of the system, in a magnetic field of strength B, pointing down, is (N+ - N-)*uB, where u is the magnetic moment of each atom and N+ and N- are the number of atoms with spin up and down respectively. Notice that with this definition, E is zero when half of the spins are up and half are down. It is negative when the majority are down and positive when the majority are up.

Negatieve energie? Wat de heck?

Ik ga er thuis nog eens mijn Thermische Fysica boek op na slaan...

[Ortep]

Op donderdag 14 juni 2001 14:26 schreef Lord Daemon het volgende:


Negatieve energie? Wat de heck?

Ik ga er thuis nog eens mijn Thermische Fysica boek op na slaan...

Duik ook eens in gas adsorptie in poreus materiaal. Daar kan je via de BET (Brunauer Emmet en Teller) vergelijkingen negatieve drukken tegen komen. De eerste keer dat je dat ziet sta je ook met je mond vol tanden.

Vraag me niet om het hier even te reproduceren het ie me iets te lang geleden dat ik me daar mee bezig hield

[Ivo]

Op donderdag 14 juni 2001 14:26 schreef Lord Daemon het volgende:

[..]

Negatieve energie? Wat de heck?

Ik ga er thuis nog eens mijn Thermische Fysica boek op na slaan...

Wat is E eigenlijk? Ik heb de definitie gelleerd: Het vermogen om W te verrichten. Hoe kan er nu minder dan geen of negatieve W verricht worden?

Btw in de link hebben ze het over een asymptotische stijging van T. Dat betekent toch dat er wel degelijk een maximale waarde van T is. Moet dit echt niet logaritmisch zijn?

[Whaletyr]

Hmmm dan bedenk ik me lager temperatuur gaat alles trager, en toch bewegen electronen zich dan opeens supersnel.

supergeleiding...
Bij t=oK zouden toch ook alle electronen still moeten staan ?

Hmm verwarrend

[Verwijderd]

Ik weet niet de precieze temperaturen voor supergeleiding, maar dat gebeurd nog boven de 0 Kelvin. Ergens rond de 70 Kelvin zeg ik uit 't hoofd (metaal afhankelijk natuurlijk) maar dat is vast wel ergens op te zoeken.

Bye

[Verwijderd]

er bestaat een negatieve massa, dus ook een nagatieve energie, mijn natuurkunde leraar is daar op gepromoveerd....

Een klein beetje onder 0K kan, het absolute nulpunt ligt een paar miljoenste graad onder 0K, dat konden ze toendertij nog niet vasstellen. Maar -2,7 kan niet.

[Felicia]

Dat er bij 0K geen beweging is in atomen lijkt me onwaarschijnlijk (het zou wel moeten maar ja)

Wat ik er van heb begrepen aan mijn bezoek aan de TUE maandje geleden lijkt het er op dat je bij 0K geen beweging zou moeten hebben maar dat de electronen of door magnetische straling of door lichtdeeltjes worden aangezet tot beweging. Zou dit kunnen of ben ik nou fout?

[Verwijderd]

Op Friday 15 June 2001 21:14 schreef wauskes het volgende:
Dat er bij 0K geen beweging is in atomen lijkt me onwaarschijnlijk (het zou wel moeten maar ja)

Wat ik er van heb begrepen aan mijn bezoek aan de TUE maandje geleden lijkt het er op dat je bij 0K geen beweging zou moeten hebben maar dat de electronen of door magnetische straling of door lichtdeeltjes worden aangezet tot beweging. Zou dit kunnen of ben ik nou fout?

Kan vast wel.. maar dan is het daar ook geen 0K meer waarschijnlijk?

[Linchpin]

Op vrijdag 15 juni 2001 21:14 schreef wauskes het volgende:
Dat er bij 0K geen beweging is in atomen lijkt me onwaarschijnlijk (het zou wel moeten maar ja)

Wat ik er van heb begrepen aan mijn bezoek aan de TUE maandje geleden lijkt het er op dat je bij 0K geen beweging zou moeten hebben maar dat de electronen of door magnetische straling of door lichtdeeltjes worden aangezet tot beweging. Zou dit kunnen of ben ik nou fout?

volgens mij is dit de zogenaamde nulpuntsstraling, EM-straling die ook bij 0 K aanwezig is en verantwoordelijk is voor spontane emissie, waarbij een foton vrijkomt door verval van een elektron.

[FCA]

Negatieve temperatuur is wel zeker mogelijk.

Ik heb m'n thermische fysica boek hier niet bij me, maar volgens mij was temperatuur gedefinieerd als 1 gedeeeld door de afgeleide van de entropie naar de tijd.
Bij sommige materialen is die afgeleide onder bepaalde omstandigheden negatief, maar alleen lokaal (entropie moet toenemen). De temperatuur kan alleen nooit precies 0K zijn, want dan zou de verandering van de entropie oneindig zijn.

Trouwen slordig van Diadem zo'n stomme typefout.
En stom dat ik bij het proofreaden het niet zag

[Verwijderd]

Deeltjes bewegen en zijn op zoek naar entropie. Zolang de temperatuur boven het absolute nulpunt is bewegen de deeltjes.
Een negatieve temeratuur ( En nee niet in celsius ) zou dus inhouden dat de deeltjes stil gaan staan en dan nog verder in temperatuur zakken.
De deeltjes zouden dan kunnen krimpen o.i.d. maar bij massaverlies komt er energievrij waardoor dit niet echt waarschijnlijk is.

Het lijkt me dan ook complete onzin om te zeggen dat het mogelijk is om onder het absolute nulpunt te komen. Ook in theorie zou ik het niet kunnen bedenken.
De bestaande theorien betreft bewegen, entropie en temperatuur zou dan compleet onwaar zijn.
Misschien heb ik het volkomen mis hoor en het kan best dat mijn uitlatingen complete onzin zijn maar ik heb toch echt een aantal vakken Theoretische Natuurkunde op universitair niveau succesvol afgerond...

[Ivo]

Ik zit op 4VWO en ik begrijp niet wat die entropie precies inhoudt? Kan iemand dit uitleggen? Ik dacht dat het wat was met systemen die ooit uitelkaar moeten vallen.

[Verwijderd]

Deeltjes zijn altijd op zoek naar meer ruimte om vrij te bewegen..

De exacte definitie van entroptie blijf ik je schuldig.

[FCA]

Deeltjes bewegen en zijn op zoek naar entropie. Zolang de temperatuur boven het absolute nulpunt is bewegen de deeltjes.
Een negatieve temeratuur ( En nee niet in celsius ) zou dus inhouden dat de deeltjes stil gaan staan en dan nog verder in temperatuur zakken.
De deeltjes zouden dan kunnen krimpen o.i.d. maar bij massaverlies komt er energievrij waardoor dit niet echt waarschijnlijk is.

Entropie is gedefiniëerd als de logaritme van het aantal microtoestanden waarin een stof bij een bepaalde macrotoestand (druk, energie, volume) kan verkeren. Omdat iedere microtoestand even waarschijnlijk is, is het waarschijnlijk dat een stof van een toestand met lage entropie naar een toestand met hoge entropie beweegt. Verder is temperatuur gedefiniëerd als de 1 gedeeld door de afgeleide van entropie naar energie.
Dat dat in de meeste gevallen overeenkomt met beweging, is aardig , maar doet voor de theorie niet ter zake. Deeltjes zullen niet gaan krimpen.
Ik zal het vanavond is opzoeken in Thermal Physics, dan kan morgen plaatjes enzo geven

[Verwijderd]

Met beweging is dan toch veel makkelijker voor te stellen..
Dat theoretische gedoe betreft waar een deeltje zich kan bevinden is toch maar heel imaginair..

[Verwijderd]

In de url die je gaf (http://math.ucr.edu/home/baez/physics/neg_temperature.html AFAIK, staan onderaan wat implicaties.

Bepaalde DELEN van een systeem zouden negatieve temperatuur kunnen hebben (dus spin temperatuur), delen die een beperkt aantal energie niveaus bezitten. Maar translationele energie (oftewel energie die in de beweging van deeltjes zit) is onmogelijk negatief te krijgen, omdat je hiervoor elke mogelijke toestand (en dat zijn er VEEL) meer moet bezetten dan een toestand met een lagere energie.

Nog even reageren op iemand die zei dat 0K niet het absolute nulpunt was, maar verkeerd gemeten. Mocht dit ooit zo zijn geweest dan is dat blijkbaar nu opgelost. 0 graden celsius is 273.15 Kelvin bij standaard druk, het tripel punt van water ligt bij 273.16Kelvin... De celsius schaal is gedefinieerd aan de hand van de kelvin schaal en niet andersom.

Daarnaast moet je af van het idee dat bij temperatuur 0K de deeltjes werkelijk stil staan.
Ten eerste geldt dit voornamelijk voor fermionen (deeltjes die aan het pauli principe moeten voldoen, die mogen namelijk maar 1 toestand per deeltje innemen), zo kan het voorkomen dat een deeltje in een metaal op 0Kelvin net zo veel energie heeft als een deeltje in een bosonengas van 50.000Kelvin.

Ten tweede is het onmogelijk om een bosonengas (bosonen voldoen niet aan het pauli principe en mogen dus allemaal in de zelfde lage grondtoestand met impuls (of snelheid) 0 zitten) onmogelijk om snelheid 0 te halen door de onzekerheidsrelatie van heisenberg (\Delta P \Delta = \geq \hbar/2, ofwel als je een deeltjes' plaats 100% nauwkeurig bepaald hebt is zijn snelheid voor 0% bepaald en andersom):

Wieman and Cornell conducted an experiment which cost about $50,000 and confirmed the prediction made by Bose and Einstein. They very carefully got 3000 rubidium atoms to collect in a vacuum bottle, and by collecting them one at a time, were able to control how rapidly they were moving. After many weeks of tedious work, they were able to suppress the movement of these atoms so that the effective temperature of the ensemble was only 20 billionths ( 0.000000020 ) of a degree above Absolute Zero on the Kelvin scale. They essentially created the coldest collection of matter in the universe! In fact, the cosmic background temperature is 2.7 K, and such low temperatures are not predicted to be widespread in the universe for another 1000 trillion years!

Anyway, as predicted by Bose and Einstein, this collection of 3000 atoms blurred together into a 'superatom' for as long as 15 seconds; a phenomenon due to the quantum nature of matter. According to Heisenberg's Uncertainty Principle, you cannot know BOTH the speed and position of a quantum system with perfect precision without sacrificing a precise knowledge of either its speed or position. If you try to determine exactly how fast something is moving, the wave function spreads out in space so that you no longer can know exactly where the particle is at that speed. When you cool a collection of matter as cold as these rubidium atoms, the wave functions of the individual rubidium atoms begin to spread out as their speeds plummet. Eventually the wave functions blend together so that you can no longer determine the positions of any individual atoms no matter what you try to do. In essence, the new system is not a collection of atoms any longer, but is an entirely new form of matter describable by a new wave function.

Zouden deze mensen NOG verder gegaan zijn met koelen, dan zou de plaats van de deeltjes zo onbepaald zijn dat ze uit de opstelling tunnelen en dus niet door de opstelling meer gekoeld kunnen worden. Bij snelheid 0 kan een deeltje uiteindelijk overal met even grootte waarschijnlijkheid zijn.

Hopelijk is dit duidelijk, als ik fouten maak, graag commentaar.

[Verwijderd]

het tripel punt van water ligt bij 273.16 Kelvin...

niet helemaal waar. ook de druk is van belang. Bij bijvoorbeeld 100 atm en 237.16K zijn de 3 fasen echt niet stabiel...

[Verwijderd]

Wat ik geleerd heb in het tweede jaar is nogal in tegenstrijd met jouw opmerking:

Only at one temperature, the triple temperature T_{tr}, may all three phases be present together

Equilibrium Thermodynamics 3rd edition, C.J. Adkins

Kweet niet of je ooit een 3D P-V-T diagram van water hebt gezien, maar das dus 1 specifiek punt, gekarakteriseerd door 1 temperatuur....

edit:
Na nog eens je relaas te hebben gelezen, ga ik er nog iets verder op door:

Inderdaad bij DIE druk zijn de fasen NIET stabiel. Het tripelpunt is gedefinieerd zowel in P, T en V. Het is namelijk 1 punt in het P-V-T diagram van water. Feit is dus wel dat er maar 1 tripelpunt is. Dat er maar 1 temperatuur is waar dat geldt. En dat dit dus een ideaal punt is om de celsius schaal mee te ijken.

[Verwijderd]

Ik denk niet dat je negatieve energie als een echt bestaand fenomeen moet zien, maar meer als een rekentruuk, om complex gedrag te bekijken.

[Verwijderd]

Kweet niet of je ooit een 3D P-V-T diagram van water hebt gezien, maar das dus 1 specifiek punt, gekarakteriseerd door 1 temperatuur....

edit:
Na nog eens je relaas te hebben gelezen, ga ik er nog iets verder op door:

Inderdaad bij DIE druk zijn de fasen NIET stabiel. Het tripelpunt is gedefinieerd zowel in P, T en V. Het is namelijk 1 punt in het P-V-T diagram van water. Feit is dus wel dat er maar 1 tripelpunt is. Dat er maar 1 temperatuur is waar dat geldt. En dat dit dus een ideaal punt is om de celsius schaal mee te ijken.

Klopt... Maar wat ik bedoelde is dat je niet kan zeggen dat in een situatie waarbij de tripelpuntstemperatuur heerst, alle fasen stabiel zijn. Je mist dus nog informatie om de precieze ligging van het tripelpunt te vinden.

P.S. het tripelpunt hangt niet af van V... P en T zijn voldoende om het te definieren.