Cos’è lo zero assoluto

La scienza è… piena di zeri. La luce ha massa zero. I neutroni hanno carica zero. Un punto matematico ha lunghezza zero. Questi zeri possono essere poco familiari, ma seguono una logica coerente. Tutti rappresentano l’assenza di una certa qualità: massa, carica elettrica, distanza. E poi c’è lo zero assoluto.

Lo zero assoluto rappresenta la temperatura più fredda possibile, che non è nemmeno lo zero sulle scale di temperatura usate dagli scienziati. È meno 273,15 gradi sulla scala Celsius, o meno 459,67 gradi Fahrenheit. Ma come può esistere una temperatura più bassa?

La chiave per decodificare lo zero assoluto è capire cos’è la temperatura. È semplicemente una misura della velocità con cui si muovono gli atomi o le molecole di una sostanza – o, per essere più precisi, l’energia cinetica media di quelle particelle.

Gli atomi che si muovono velocemente colpiscono forte, cosa che noi percepiamo come una temperatura elevata. Quando un oggetto caldo tocca un oggetto freddo, gli atomi più veloci e caldi trasmettono parte della loro velocità a quelli più lenti e freddi. L’oggetto caldo si raffredda. L’oggetto freddo diventa più caldo.

Ora lo zero nello zero assoluto ha senso: lo zero assoluto è la temperatura alla quale le particelle di una sostanza sono essenzialmente immobili. Non c’è modo di rallentarle ulteriormente, quindi non può esserci una temperatura inferiore. Tutto smette di muoversi allo zero assoluto? Non proprio. Gli atomi non sono del tutto fermi, ma oscillano a causa di effetti legati alla fisica quantistica. E, naturalmente, l’attività all’interno di ogni atomo continua indipendentemente da quanto freddo faccia. Gli elettroni continuano a muoversi, così come i protoni e i neutroni.

Guillaume Amontons, un inventore francese che perse l’udito nell’infanzia e non andò mai all’università, capì il concetto di base nel 1702. I suoi esperimenti dimostrarono che la pressione dell’aria è proporzionale alla temperatura, e dedusse che c’era una temperatura minima alla quale la pressione sarebbe scesa a zero. Fece anche una stima di quella temperatura, meno 240 gradi C – notevolmente vicino al valore reale. Successivamente, nel 1848, il fisico scozzese-irlandese William Thomson, meglio conosciuto come Lord Kelvin, estese il lavoro di Amonton, sviluppando quella che chiamò una scala di temperatura “assoluta” che si sarebbe applicata a tutte le sostanze. Ha fissato lo zero assoluto come 0 sulla sua scala, liberandosi degli ingombranti numeri negativi.

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