Гипотеза абсолютного нуля
Немецкий физик и историк науки Фридрих Даннеман в «Истории естествознания» (1921) писал: «В середине ХVIII века математики Даниил Бернулли и Эйлер, а в особенности химик Ломоносов выступили с утверждением, что теплота представляет собой внутреннее движение материи… Наинизшая степень теплоты соответствует, по его утверждению, абсолютному прекращению всякого движения. Высшей степени теплоты нельзя себе представить, так как не существует никаких границ для скорости движения частиц. Ломоносов таким образом совершенно правильно предвидел дальнейшее развитие идей о сущности теплоты».
Исходя из своих научно-философских представлений, с учётом знания экспериментов других исследователей, Михаил Васильевич в «Опыте теории о нечувствительных частицах тел и вообще о причинах частных качеств» (1743) высказал мысль о существовании абсолютной температуры, при которой прекращается внутреннее движение атомов данного вещества: «Величайший холод в теле – абсолютный покой материи; если есть хоть где-либо малейшее движение, то имеется и теплота».
Понятие М.В. Ломоносова об абсолютном нуле температуры – замечательное предвидение, научное открытие
Позже в статье «Размышления о причине теплоты и холода» он вновь упомянул об абсолютной температуре: «Хотя высшая степень холода возможна (т. е. абсолютный нуль. – Р.Б.), однако, по имеющимся данным, таковая на земном шаре нигде не бывает».
В своих рассуждениях Ломоносов исходил из гипотезы атомного строения вещества и эфира как всеобщей среды, пропускающей свет и тепло. В таком случае между атомами присутствует именно эфир, а не какое-то «вещество огня». Движение атомов он предполагал сколь угодно большим:
«Нельзя назвать какую-нибудь столь большую скорость движения, чтобы нельзя было мысленно представить себе другую ещё бо́льшую. Поэтому невозможна и высшая степень теплоты». О высшем пределе температуры имеются только гипотезы и основанные на них расчёты. Ломоносов и вовсе ограничился только ссылкой на воображение. Редкое для него отступление от научного метода.
Вряд ли нет высшего предела теплоты. Какой у него может быть физический смысл? Всё зависит от того, что понимать под понятием «энергия» (считая теплоту мерой расхода энергии). Если исключить фантастический теплород, остаётся вроде бы движение корпускул, химические реакции с выделением тепла, радиоактивный распад…
В общем, это отвечает одному из определений энергии: «Скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой силы перехода движения материи из одних форм в другие для приведения её в состояние покоя». Формулировка из БЭС: «Энергия (от греческого energeia – действие, деятельность), общая количественная мера различных форм движения материи. В физике различным физическим процессам соответствует тот или иной вид энергии: механическая, тепловая, электромагнитная, гравитационная, ядерная и т. д.»
Но в чём суть этой формы движения материи? Понять его помогает соотношение (не Эйнштейна) Е = mc2. То есть материя может полностью перейти в энергию, и наоборот. Масса любого вещества потенциально способна вся перейти в энергию. При каких условиях это возможно?
Вспомним реакцию аннигиляции: частица и античастица, соединяясь, переходят в энергию. Но по современным представлениям, известная нам материя состоит из частиц, тогда как античастицы если существуют, то в виде исключения или где-то в далёком космосе. Масса отрицательной элементарной частицы электрона более чем в тысячу раз больше массы позитрона, которого считают положительной элементарной частицей.
Такие парадоксы сугубо положительного Мира и витающих невесть где античастиц можно избежать, приняв гипотезу строения материи из частиц и античастиц примерно в одинаковом количестве. Тогда в позитроне находится положительная античастица (по отношению к электрону) позитроний… Впрочем, эта гипотеза слабо разработана и требует пересмотра некоторых современных популярных теорий. Поэтому она выглядит сомнительной, хотя может оказаться перспективной.
Однако вернёмся к абсолютному нулю температуры. Корпускулярная гипотеза теплоты привела Ломоносова к верному пониманию этого феномена: «…Движение может уменьшаться до того, что тело наконец окажется в полном покое и никакое дальнейшее уменьшение движения не сможет последовать; следовательно, по необходимости высшая степень холода для тел должна состоять в абсолютном покое частиц».
Понятие об абсолютном нуле температуры – замечательное предвидение, научное открытие. Только в середине ХIХ века английский физик В. Томсон (лорд Кельвин) ввёл в науку понятие абсолютной шкалы температур и абсолютного нуля.