En el ejemplo de partículas en una caja, una partícula cuántica debe tener una energía cinética distinta de cero, porque la probabilidad no puede ser 0. ¿Esto significa que no se puede alcanzar 0 grados Kelvin, a pesar de ser un valor infinito?

La razón por la cual la partícula en la caja debe tener una energía cinética mínima distinta de cero es simple porque la caja es finita (de lo contrario, ¿de dónde sacas llamarla “caja”?) Y los nodos en los extremos de la caja definen una longitud de onda finita, un impulso finito y una energía cinética finita.

La mayoría de los cálculos de QM asumen la temperatura cero como punto de partida, porque las complicaciones de la temperatura no hacen que los cálculos sean confusos.

Parece que tiene algunas nociones erróneas sobre lo que sucede a 0 K. Supongo (perdone el insulto si esto no era lo que estaba pensando) le han enseñado que “todo movimiento cesa a 0 K porque la temperatura es la energía cinética media de átomos de gas “o algo así. Si es así, tiene algunas malas ideas para eliminar y reemplazar por las correctas. Ver Física Térmica.

No.

1. Para una sola partícula en la caja, la temperatura no tiene sentido
2. En T = 0 K, un sistema estará en estado fundamental. En un sistema de oscilador armónico cuantificado, que podría usarse para cuantificar las vibraciones en los cristales, por ejemplo, la energía mínima es distinta de cero, incluso en el estado fundamental.
3. No podemos alcanzar 0 K debido a la segunda y tercera ley de la termodinámica.

La temperatura se define adecuadamente como la inversa de la tasa de cambio de entropía con energía interna. A su vez, la entropía es un tiempo constante del logaritmo del número de estados cuánticos en que puede estar un sistema dado que tiene una descripción “macroscópica” del mismo en términos de propiedades como energía, presión, etc.

Entonces, si ha reducido la energía al punto en el que puede estar seguro de que solo hay un estado cuántico en el que el sistema podría estar (es decir, el estado fundamental), esa es la entropía mínima y (según la Tercera Ley) también temperatura cero, incluso si Hay algo de movimiento / energía residual.

Esta pregunta es un poco inestable . Olvídate de la parte de la mecánica cuántica. Olvídate de la parte de energía de punto cero. El quid de la pregunta es: ¿Se puede alcanzar 0 Kelvin, aunque no sea un infinito?

No, no se puede llegar a 0 Kelvin, aunque nos hemos acercado bastante.

Es solo un accidente histórico que la escala de temperatura se defina como está. Para muchos propósitos, habría tenido más sentido que la variable fuera 1 / T en lugar de T. Entonces, en cierto sentido, una temperatura de 0 es como un infinito, y ambos solo pueden abordarse como límites.

Se pensaba que el cero absoluto clásico era la temperatura que detenía todo movimiento molecular. Ahora que sabemos sobre el comportamiento cuántico, sabemos que las partículas no pueden tener energía cero y detenerse. Entonces, el cero absoluto es la temperatura a la cual las moléculas tienen la energía mínima posible (llamada energía de punto cero).

Buena pregunta, y esta no es una respuesta directa, pero esto es lo que sé. Incluso en el cero absoluto, las moléculas y los átomos siguen en túnel y, por lo tanto, no están completamente en reposo. Sospecho que alguien más conocedor que yo puede argumentar que la situación no es realmente posible a nivel cuántico.

Si. La temperatura es una indicación de la energía térmica almacenada en un objeto. Para que un objeto baje de temperatura, debe dar energía térmica a otro objeto. Debe tener un diferencial de temperatura con ese objeto. es decir. el primer objeto debe estar a una temperatura más alta que el segundo objeto. Como es imposible tener una temperatura absoluta negativa, el primer objeto nunca podría deshacerse de todo su calor interno. No hay cero absoluto para nada que podamos modelar a partir de ahora.

o K no se ha alcanzado, porque la energía involucrada es tremenda, así que no, no llegarás a 0