En una escala progresiva, el cero absoluto es el nombre atribuido al cero de la temperatura termodinámica (0 Kelvin) y puede definirse como la más baja temperatura teórica que puede lograrse.
En teoría, sería la temperatura a la cual la entropía alcanzaría su valor mínimo que, según la interpretación clásica, la energía cinética y térmica mutuamente equivaldría a cero. Así, es la temperatura a la cual la energía cinética de los átomos y moléculas es mínima. El cero absoluto es equivalente a-273.15 °C (en la escala Celsius), –459.67 °F (en la escala Fahrenheit), 0 Ra (en la escala Rankine) o 218,52 °Ré (en la escala Réaumur).
Los científicos ya alcanzaron temperaturas muy próximas del cero absoluto, donde la materia muestra efectos cuánticos como, por ejemplo, la superconductividad (cuando la materia no muestra resistencia técnica), la superfluidez (cuando la viscosidad de un fluido es cero) y la Condensación de Bose-Einstein. Aunque el cero absoluto no puede ser alcanzado, es posible alcanzar temperaturas muy cercanas a él mediante el uso de refrigeradores criogénicos y desmagnetización adiabiática nuclear.
Historia
Robert Boyle fue pionero en la idea de un cero absoluto. Su obra de 1665, , New Experiments and Observations touching Cold, articuló la disputa conocida como primum frigidum. El concepto era bien conocido por naturalistas en la época. Algunos afirmaron que una temperatura mínima ocurría en la tierra (uno de los llamados cuatro elementos), otros en el aire o hasta en el agua. Sin embargo, todos ellos concordaron en que había un cuerpo que era por su propia naturaleza tan frío que en su compañía todos los otros cuerpos podrían adquirir tal calidad.
Límite para el grado máximo de frío
La cuestión de la existencia o no de un límite para el nivel de frío y dónde debía ser colocado el cero fue primero pensada por el médico francés Guillaume Amontons en 1702, relacionada con las mejoras realizadas en el termómetro de aire. En su instrumento, la temperatura se indica por la altura en la cual una columna de mercurio fue sostenida por una cierta masa de aire, el volumen o mol, variaba con el calor al cual era sometido. Amontons, por tanto, argumentó que el cero absoluto debería ser la temperatura en la cual el volumen de aire era reducido a nada. De acuerdo con la escala por él utilizada el punto de ebullición del agua era +73 y el punto de fusión del hielo +51, por tanto el cero de su escala sería equivalente a cerca de -240°C. Esa aproximación del valor moderno adoptado de-273.15 °C para el cero en el termómetro de aire ha sido mejorada en 1779 por Johann Heinrich Lambert, quien observó-270 °C como el máximo frío.
Los valores de este orden para el cero absoluto no fueron, sin embargo, universalmente adoptados en ese periodo. Pierre-Simon Laplace y Antoine Lavoisier, en su tratado de 1780 sobre calor, llegaron a valores variando entre 1500 a 3000 °C, por debajo del punto de congelamiento del agua. John Dalton presentó diez cálculos de ese valor y finalmente adoptó -3000 °C como el cero natural de la temperatura.
Después de que James Prescott Joule determinase el equivalente mecánico del calor, Lorde Kevin abordó el problema desde un punto de vista completamente diferente, y en 1848 inventó una escala de temperatura absoluta que no dependía de las propiedades de la sustancia y era basada solamente en las leyes fundamentales de la termodinámica. Él se basó en el principio de que su escala fuese construida con el cero en -273.15 °C, casi la misma temperatura de cero en el termómetro de aire.
Experimentos con temperaturas extremadamente bajas
Hasta 2004, la temperatura más baja obtenida por un condensado de Bose-Einstein fue de 450 pK o K 0.00000000045, obtenido por Wolfgang Ketterle y sus colegas en el MIT. La temperatura más baja jamás alcanzada fue 100 pK, durante un experimento de ordenación magnética nuclear en 1999, en Helsinki, Finlandia. Más recientemente se realizaron experimentos en 2012 donde fue posible superar el cero absoluto, un hecho que era considerado hasta entonces imposible. Para llegar a ese resultado, científicos de la Universidad Ludwig Maximilian, en Alemania, crearon un gas cuántico con átomos de potasio alineados de manera específica con la ayuda de rayos láser y campos magnéticos. Así, cuando los campos magnéticos fueron rápidamente ajustados, los átomos pasaron de un estado de baja energía a otro de más alto nivel de energía posible. Esa transición, aliada al hecho de que los átomos continuaron en orden gracias al rayo láser, hizo que la temperatura del gas superasen unas mil millonésimas de grados bajo cero absoluto de temperatura (-273.15 ° C). El físico teórico Achim Rosch, de la Universidad de Colonia, Alemania, calculó que, en un sistema como éste, los átomos por debajo de cero absoluto flotan en lugar de ser empujados por la gravedad. Otra particularidad de este gas es que él pasa a comportarse de manera semejante a la energía oscura, fuerza que todavía es considerada como uno de los misterios no resueltos de la física y que tiene papel fundamental en la expansión del universo, puesto que desafía la gravedad que intenta hacer al universo regresar a su centro.
