Hvad er den laveste temperatur, der findes?

Dybere end det dybeste kulde: Jagten på det absolutte nulpunkt og videre

Vi oplever kulde i mange former, fra en frisk vinterdag til den iskolde fornemmelse af en isterning. Men hvor koldt kan det egentlig blive? Grænsen for kulde, som vi kender den, er det absolutte nulpunkt, defineret som 0 Kelvin eller -273,15°C. Ved denne temperatur ophører al atomar bevægelse teoretisk set, og dermed også al termisk energi. Det er et fundamentalt punkt i fysikken, der repræsenterer den laveste mulige temperatur.

Men historien slutter ikke her. Selvom det absolutte nulpunkt repræsenterer den nedre grænse for temperatur, har forskere i laboratorier formået at skabe systemer, der udviser temperaturer, der kan beskrives som negative Kelvin. Dette lyder paradoksalt, men det er vigtigt at forstå, at negative Kelvin-temperaturer ikke er “koldere” end det absolutte nulpunkt i traditionel forstand. I stedet repræsenterer de en tilstand med inverteret populationsfordeling.

Normalt befinder atomer sig i lavere energiniveauer, med færre atomer i højere energiniveauer. Jo højere temperaturen er, jo flere atomer befinder sig i de højere energiniveauer. Ved negative Kelvin-temperaturer vendes denne fordeling om. Flere atomer befinder sig i højere energiniveauer end i lavere energiniveauer. Dette skaber et system, der kan betragtes som “varmere” end enhver positiv Kelvin-temperatur, idet det lettere afgiver energi til omgivelserne.

Forestil dig en kop kaffe. Normalt afkøles den, indtil den når rumtemperatur. Men en kop kaffe med negativ Kelvin-temperatur ville afgive energi ekstremt hurtigt og opvarme sine omgivelser på en dramatisk måde.

Denne forskning i ekstreme temperaturer, både nær det absolutte nulpunkt og i det negative Kelvin-område, åbner op for spændende nye muligheder inden for forskellige videnskabelige områder. For eksempel kan det føre til udviklingen af nye materialer med unikke egenskaber, eller give os en dybere forståelse af kvantemekanikken og universets grundlæggende love.

Mens universets koldeste kendte område ligger på omkring 2,7 Kelvin – temperaturen af den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling – fortsætter forskere med at udforske temperaturer langt ud over disse grænser, både mod det absolutte nulpunkt og ind i det fascinerende og paradoksale rige af negative Kelvin-temperaturer. Denne jagt på det ultimative kulde og hinsides fortsætter med at udvide vores forståelse af fysikkens fundamentale principper og åbner op for uanede muligheder for fremtidige opdagelser.