Cero absoluto
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El cero absoluto es el punto imaginario en el cual una sustancia está tan fría que el movimiento de todos sus átomos cesa.
El cero absoluto propiamente dicho no ha llegado a alcanzarse jamás, ni en la naturaleza, ni en el laboratorio. Pero, aunque los científicos se han acercado mucho, puede que llegar al cero absoluto sea imposible, e incluso aunque pudiéramos alcanzarlo quizá no lo sabríamos puesto que ningún termómetro sería capaz de medirlo.
Cuando medimos la temperatura de algo estamos registrando la energía media de las partículas que lo componen. La temperatura nos indica lo rápido que vibran o se mueven sus partículas. En un gas o un líquido, las moléculas son libres de viajar en cualquier dirección y a menudo chocan unas contra otras. Así que la temperatura está relacionada con la velocidad media de las partículas. En un sólido, los átomos están unidos formando una estructura de rejilla, que se mantiene unida por medio de enlaces electrónicos. Cuando se calienta, los átomos están llenos de energía y se mueven nerviosamente, como en una gelatina, mientras continúan en sus posiciones.
Si se enfría un material, los átomos se mueven menos. En un gas, su velocidad disminuye; en un sólido las vibraciones se reducen. Si la temperatura sigue bajando, los átomos cada vez se mueven menos. Si se enfriara lo bastante, una sustancia podría llegar a estar tan fría que el movimiento de sus átomos cesara por completo. Este hipotético punto de reposo se denomina cero absoluto.
Escala Kelvin
La idea de un cero absoluto fue reconocida en el siglo XVIII al extrapolar un gráfico de temperatura y energía a cero. La energía aumenta de forma continua con la temperatura, y la línea que conecta ambas magnitudes puede proyectarse hacia atrás para calcular la temperatura a la cual la energía alcanza el cero: -273.15 grados Celsius o -459.67 grados Fahrenheit.
En el siglo XIX, Lord Kelvin (William Thomson 1824-1907) propuso una nueva escala de temperatura que comenzaba en el cero absoluto. La escala Kelvin tomaba efectivamente la escala de la temperatura Celsius y la desplazaba. Así pues, el agua en lugar de congelarse a 0 grados Celsius lo hace a 273 kelvin y hierve a 373 kelvin (equivalente a 100 grados Celsius). Los valores superiores de esta escala son fijos, como lo es el punto triple del agua, la temperatura a la cual (a una presión determinada) el agua, el vapor y el hielo pueden coexistir, lo que sucede a 273.16 kelvin (32.02 Fahrenheit o 0.01 Celsius) a baja presión (menos del 1% de la presión atmosférica). Hoy en día, la mayoría de los científicos utilizan el kelvin para medir la temperatura.
En ciertas zonas de Norteamérica y Siberia se pueden alcanzar temperaturas de 10 a 20 bajo cero en invierno y en el Polo Sur se llega incluso a -70 grados Celsius. La temperatura natural más fría que se puede experimentar en la Tierra es de -89 grados Celsius o 184 kelvin, alcanzada en Vostok, en el corazón de la Antártida en 1983.
El entorno más frío que se ha encontrado hasta ahora en el universo está situado en el interior de la nebulosa Boomerang, una nube gaseosa oscura que se encuentra justo un grado por encima del cero absoluto.
Temperaturas muy frías se han alcanzado de forma temporal en el laboratorio, donde los físicos han tratado de aproximarse al cero absoluto durante breves períodos de tiempo. Se han acercado mucho, mucho más que en el espacio exterior ambiente.
En los laboratorios se utilizan muchos refrigerantes en forma de gas líquido, pero están por encima del cero absoluto. Es posible refrigerar el nitrógeno hasta que se vuelve líquido a 77 kelvin (-196 grados Celsius).
El helio líquido es aún más frío, sólo a 4 kelvin, pero todavía muy por encima del cero absoluto. Al mezclar dos tipos de helio, el helio-3 y el helio-4, es posible enfriar la mezcla unos pocos miles de kelvin.
Para alcanzar temperaturas aún más bajas, los físicos necesitan tecnología aún más inteligente. En 1994, en el American National Institute for Standards and Technology (NIST) en Boulder, Colorado, los científicos lograron enfriar átomos de cesio por medio de láseres a 700,000 millonésimas de kelvin del cero absoluto. Nueve años después, los científicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts fueron más allá, llegando a alcanzar las 500 millonésimas de kelvin.
Realmente, el cero absoluto es una idea abstracta. Jamás se ha alcanzado en un laboratorio, ni se ha medido en la naturaleza. Mientras tratan de aproximarse a él, los científicos tienen que aceptar que quizá no sea posible alcanzar con certeza el cero absoluto.