【Trò chuyện về vật lý】Các phân tử khí liên tục chuyển động một cách không ngừng để tạo ra nhiệt

Chuyển động Brownian. Vũ trụ không thể nói là được tạo thành từ các phân tử chứ? Chẳng phải nó được tạo thành từ các hạt như nguyên tử, photon, neutron, cùng với vật chất tối và năng lượng tối sao?

Phân tử được tạo thành từ các nguyên tử. Nguyên tử lại được cấu tạo từ hạt nhân và các electron bao quanh hạt nhân. Hạt nhân thì được tạo thành từ proton và neutron

Chưa đủ chính xác. Nhân nguyên tử có thể chỉ chứa proton (H11 – deuteri)

　Nhiệt độ tuyệt đối là nhiệt độ thấp nhất trong lý thuyết nhiệt động lực học, nhưng đó chỉ là giá trị tối thiểu mang tính lý thuyết mà thôi. Đơn vị của thang đo nhiệt độ lý thuyết là Kelvin (K). Nhiệt độ tuyệt đối chính là điểm zero được xác định bởi thang đo nhiệt độ Kelvin (còn gọi là thang đo nhiệt độ Keltvin, ký hiệu là K). 0 K tương đương với -273,15 độ C theo thang đo nhiệt độ Celsius; tức là 0 độ Kelvin. Ở nhiệt độ này, các phân tử của vật chất không có năng lượng động học, nhưng năng lượng tiềm năng vẫn còn, do đó năng lượng nội bộ của vật chất vẫn không bằng 0. Nhiệt độ của chất phụ thuộc vào năng lượng động học của các hạt như nguyên tử, phân tử bên trong nó. Theo phân bố Maxwell-Boltzmann, năng lượng động học của các hạt càng lớn thì nhiệt độ của chất càng cao. Về mặt lý thuyết, nếu năng lượng động học của các hạt giảm xuống mức thấp nhất theo quy luật cơ học lượng tử, thì vật chất sẽ đạt đến nhiệt độ tuyệt đối, và không thể thấp hơn nữa. Tuy nhiên, nhiệt độ âm tuyệt đối là mức nhiệt độ thấp nhất không thể đạt được; trong tự nhiên, nhiệt độ chỉ có thể tiến gần đến mức đó mà thôi. Nếu điều đó xảy ra, thì mọi thứ sẽ chuyển sang trạng thái vận động ở mức tối thiểu. Bởi vì trong bất kỳ không gian nào cũng luôn tồn tại năng lượng và nhiệt lượng, và chúng liên tục chuyển hóa lẫn nhau mà không bao giờ biến mất. Vì vậy, nhiệt độ âm tuyệt đối là không tồn tại, trừ khi không gian đó ngay từ đầu đã không chứa bất kỳ năng lượng hay nhiệt nào. Ở nhiệt độ tuyệt đối, các nguyên tử và phân tử có mức năng lượng thấp nhất mà lý thuyết lượng tử cho phép. 　　Nhiệt độ tuyệt đối được xác định thông qua phương pháp suy diễn, dựa trên các quy luật mà khí lý tưởng tuân theo (tức là phương trình trạng thái của khí lý tưởng: pV = mRT/M = mrT, trong đó R = M/m). Bằng phương pháp này, khi nhiệt độ giảm xuống -273,15℃ thì thể tích của khí sẽ giảm xuống còn bằng không. Nếu xét từ góc độ lý thuyết chuyển động phân tử, năng lượng động học trung bình của các phân tử khí lý tưởng được xác định bởi nhiệt độ T. Vì vậy, có thể coi nhiệt độ tuyệt đối là “nhiệt độ mà ở đó các phân tử khí lý tưởng ngừng chuyển động”. Cả hai cách lý luận trên đều chỉ là những suy luận lý tưởng mà thôi. Trên thực tế, mọi chất khí thực sự khi nhiệt độ tiến gần đến -273,15℃ đều sẽ thể hiện những đặc tính lượng tử rõ rệt; vào lúc này, chất khí đã chuyển sang trạng thái lỏng hoặc rắn từ lâu rồi. Tóm lại, chuyển động của các phân tử khí không còn tuân theo các quy luật thống kê nhiệt động lực học trong vật lý cổ điển nữa. Thông qua nhiều thí nghiệm cũng như các phép suy luận dựa trên lý thuyết đã được điều chỉnh theo cơ học lượng tử, người ta nhận thấy rằng ở gần nhiệt độ tuyệt đối, năng lượng động học của các phân tử sẽ tiến tới một giá trị cố định. Giá trị cực này được gọi là năng lượng điểm zero. Điều này cho thấy rằng ở nhiệt độ tuyệt đối, năng lượng của các phân tử không phải là không, mà chỉ có giá trị rất nhỏ mà thôi. Lý do là vì tất cả các hạt đều ở trạng thái có năng lượng thấp nhất có thể, tức là tất cả chúng đều ở trạng thái cơ bản.

......Độ Nương có câu trả lời.......

Đã học rồi: các phân tử khí liên tục chuyển động một cách không ngừng, và năng lượng để thực hiện chuyển động này đến từ nguồn nhiệt. Nhiệt độ trong tự nhiên chỉ có thể tiến gần về mức không tuyệt đối một cách vô hạn. Nhiệt độ tuyệt đối là thứ không tồn tại. Ngay cả ở nhiệt độ tuyệt đối, năng lượng của các phân tử vẫn không bằng không; mà chỉ có giá trị rất nhỏ mà thôi.

Theo nguyên lý hố đen, ngay cả ở nhiệt độ bằng không tuyệt đối thì các phân tử vẫn sẽ chuyển động. Vậy thì hố đen chỉ có thể chứa các photon mà thôi sao?