Neden bir cisim 0 Kelvin'den (-273.15 °C) daha fazla soğutulamıyor? Mutlak sıfır sınırı neden var?

Sıcaklık atomların ve moleküllerin hareket enerjisiyle ilgilidir. 0 Kelvin (mutlak sıfır) noktası, atomların ve moleküllerin hareketinin tamamen durduğu teorik bir sıcaklıktır ve bu nokta -273.15 °C’ye eşittir. Bu nedenle sıcaklık bu noktadan daha aşağıya inemez. Sıcaklığı artırmak için enerji eklemek gerekir ve bu pratik olarak sınırsızdır çünkü enerji eklemeye devam ettikçe sıcaklık artar. Ancak sıcaklığı düşürmek için enerjiyi çıkarmak gerekir ve bu, mutlak sıfır noktasına yaklaştıkça giderek zorlaşır çünkü atomların hareketini tamamen durdurmak imkansızdır. Günümüzde çok düşük sıcaklıklara ulaşmak için kullanılan teknolojiler oldukça karmaşıktır ve enerji tüketimi yüksektir. Bu nedenle -300 °C gibi aşırı düşük sıcaklıklara ulaşmak pratik olarak mümkün değildir.

Peki neden atomların hareketini tamamen durduramayız? Kuantum mekaniğinde, Heisenberg'in Belirsizlik İlkesi, bir parçacığın konumunu ve momentumunu aynı anda kesin olarak ölçmenin imkansız olduğunu belirtir. Bu ilkeye göre, bir atomun tam olarak durduğunu söylemek mümkün değildir çünkü durduğu anda momentumunun belirsizliği sonsuz olur. Bu da atomun hareketinin tamamen durdurulamayacağı anlamına gelir.^[1]

^[1]Fiziksel olarak mutlak 0 noktasına inmek imkansızdır.

Katı bir cismin etrafla ısı alışverişini kesmek imkansızdır çünkü mükemmel yalıtım da imkansızdır dolayısıyla asla mutlak 0'a inemez.

Başka bir nedeni ise termodinamiğin 2. yasasıyla ilişkilidir.Isı alışverişi yapan iki madde varsa sıcak olandan soğuk olana doğru net ısı alışverişi gerçekleşir.Buna göre bir maddenin sıcaklığını mutlak 0'a düşürmek için mutlak 0'dan daha düşük sıcaklıkta bir maddeye ihtiyaç vardır.Mutlak 0'da var olabilen en düşük sıcaklık olduğuna göre bu mümkün değildir.

Diğer bir neden Heisenberg Belirsizlik İlkesidir.Biliyorum alakasız konular gibi ancak şöyle açıklayabiliriz : bir parçacığın konumundaki belirsizlik ∆x , momentumundaki belirsizlik ise ∆p olsun.Heisenberg Belirsizlik İlkesi ∆x∆p çarpımının hiçbir zaman h/4π'den küçük olmadığını söyler(h Planck Sabiti).Bir maddenin ısı enerjisi almaması için parçacıklarının belirli konumlarda hareketlerinin olmaması gerekir.Bu durumda da hepsinin momentumu 0 olacaktır.Bu durumdan parçacıklarda ki belirsizlik sonlu bir sayıya momentumunda ki belirsizlik ise 0 olur.0 ile sonlu bir sayının^[1] çarpımı da 0'eşit olur bu durumda ∆x∆p çarpımı h/4π'den küçük olur çünkü 0'a Heisenberg Belirsizlik İlkesi ise bu durumun gerçekleşemeyeciğini söylediğine göre bu mümkün olamaz.

Gördüğümüz gibi bir maddenin sıcaklığını sıfıra düşürmek imkansızdır.Günümüz imkanlarında mutlak 0'a çok yakın sıcaklıklar elde edilse de mutlak 0'a inmek imkansızdır.^[1]