【Gespräche über Physik】Gasmoleküle führen unaufhörlich eine thermische Bewegung aus

Brown’sche Bewegung – kann man das Universum nicht als aus Molekülen bestehend bezeichnen? Besteht es nicht aus Teilchen wie Atomen, Photonen, Neutronen sowie aus Dunkler Materie und Dunkler Energie?

Moleküle bestehen aus Atomen. Atome wiederum bestehen aus einem Atomkern und Elektronen außerhalb des Atomkerns. Der Atomkern setzt sich aus Protonen und Neutronen zusammen

Es ist noch nicht ausreichend präzise. Der Atomkern kann nur Protonen enthalten (H11 Protium)

　Das absolute Null ist die niedrigste Temperatur in der Thermodynamik – doch es handelt sich dabei nur um einen theoretischen Untergrenzwert. Die Einheit der thermodynamischen Temperaturskala ist der Kelvin (K). Das absolute Nullpunkt ist der Nullpunkt, der durch die Kelvin-Temperaturskala (auch einfach Kelvin-Skala genannt, bezeichnet als K) definiert wird. 0 K entspricht ungefähr minus 273,15 Grad Celsius auf der Celsius-Skala – das ist auch 0 Kelvin. Bei dieser Temperatur haben die Moleküle eines Stoffes keine kinetische Energie, doch ihre potenzielle Energie ist nicht null. Daher ist die innere Energie des Stoffes zu diesem Zeitpunkt ebenfalls nicht null. Die Temperatur einer Substanz hängt von der kinetischen Energie ihrer inneren Atome, Moleküle und anderen Teilchen ab. Nach der Maxwell-Boltzmann-Verteilung ist die Temperatur eines Stoffes umso höher, je größer die kinetische Energie der Teilchen ist. Theoretisch erreicht die Materie den absoluten Nullpunkt, wenn die kinetische Energie der Teilchen auf den niedrigsten Wert der Quantenmechanik fällt – darunter kann sie nicht mehr sinken. Allerdings ist das absolute Nullpunkt die niedrigste Temperatur, die nicht erreicht werden kann; in der Natur kann man dieser Temperatur nur unendlich nahe kommen. Wenn man ankommt, dann wird alles zur niedrigsten Form der Bewegung gelangen. Denn in jedem Raum gibt es unweigerlich Energie und Wärme, die ständig miteinander umgewandelt werden, ohne zu verschwinden. Daher gibt es keinen absoluten Nullpunkt, es sei denn, der Raum enthält von Anfang an keinerlei Energie oder Wärme. Bei absolutem Nullpunkt besitzen Atome und Moleküle die minimale Energie, die von der Quantentheorie zulässig ist. 　　Der absolute Nullpunkt wird durch Extrapolation auf der Grundlage der Gesetze ermittelt, denen ideale Gase folgen (also der Gleichung für den Zustand idealer Gase: pV = mRT/M = mrT, wobei r = R/M ist). Auf diese Weise wird, wenn die Temperatur auf -273,15 °C sinkt, das Volumen des Gases auf Null reduziert. Wenn man von der Sichtweise der Molekularkinetik ausgeht, dann wird die durchschnittliche Translationskinetische Energie der Moleküle eines idealen Gases durch die Temperatur T bestimmt. Man kann also auch den absoluten Nullpunkt als „die Temperatur, bei der die Moleküle eines idealen Gases aufhören zu bewegen“ bezeichnen. Beide oben genannten Ansätze sind lediglich eine ideale Herleitung. Tatsächlich weisen alle echten Gase bei Temperaturen nahe -273,15 °C deutliche quantenmechanische Eigenschaften auf; zu diesem Zeitpunkt sind die Gase bereits in flüssiger oder fester Form vorhanden. Kurz gesagt, das Bewegungsverhalten der Gasmoleküle folgt nicht mehr den statistischen Gesetzen der Thermodynamik der klassischen Physik. Durch zahlreiche Experimente sowie durch theoretische Ableitungen unter Berücksichtigung der Korrekturen der Quantenmechanik lässt sich zeigen, dass bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt die kinetische Energie der Moleküle einen konstanten Wert annimmt. Dieser Extremwert wird als Nullpunktsenergie bezeichnet. Das bedeutet, dass bei absolutem Nullpunkt die Energie der Moleküle nicht null ist, sondern einen sehr kleinen Wert aufweist. Der Grund ist, dass alle Teilchen im niedrigsten möglichen Energieniveau befinden, das heißt, alle Teilchen sind im Grundzustand.

......Du Niang hat die Antwort.......

Man hat gelernt, dass Gasmoleküle unaufhörlich eine thermische Bewegung ausführen, wobei die Energie für diese Bewegung von einer Wärmequelle stammt. Die Temperatur in der Natur kann nur unendlich nahe dem absoluten Nullpunkt liegen. Das absolute Nullpunkt existiert nicht. Selbst beim absoluten Nullpunkt ist die Energie der Moleküle nicht null, sondern hat einen sehr kleinen Wert.

Nach dem Prinzip der Schwarzen Löcher würden auch bei absoluter Nulltemperatur keine Moleküle sich bewegen – können Schwarze Löcher also nur Photonen aufnehmen?