Non può fare più freddo di così

Il limite del freddo: lo zero assoluto

Non può fare più freddo di così! Non c'è limite al caldo, ma esiste un limite al freddo. La temperatura più bassa teoricamente raggiungibile nell'Universo si definisce «zero assoluto» ed è pari a -273,15 °C.

Perché il termometro non può scendere sotto lo zero assoluto?

Non può fare più freddo di così! Non c'è limite al caldo, ma esiste un limite al freddo. La temperatura più bassa teoricamente raggiungibile nell'Universo si definisce «zero assoluto» ed è pari a -273,15 °C. Perché il termometro non può scendere sotto lo zero assoluto?

All'interno delle stelle si possono raggiungere temperature elevatissime di milioni di milioni di gradi. All'estremo opposto, il luogo più freddo dell'Universo finora conosciuto è una nebulosa a 5000 anni luce dalla Terra che ha una temperatura di 272 °C sotto zero. In alcuni laboratori di ricerca, gli scienziati sono riusciti a oltrepassare questo recente, arrivando quasi a sfiorare lo zero assoluto.

Impossibile spingersi oltre

Lo zero assoluto, che coincide con il valore 0 della scala Kelvin, è il limite inferiore della temperatura: una soglia teorica alla quale ci si può avvicinare, ma che è impossibile raggiungere in pratica.

Come mai? Per comprenderlo bisogna ricordare che la temperatura è una misura dell'agitazione delle molecole di un corpo. Più un oggetto è caldo, maggiore è l'energia cinetica (l'energia di movimento) delle particelle che lo compongono. Più si raffredda, le molecole rallentano fino a fermarsi. Al traguardo dello zero assoluto, in questa condizione estrema, tutte le molecole si fermano.

Il valore teorico di -273,15 °C

Ma vediamo come si ricava il valore teorico di -273,15 °C, perché abbiamo detto che è un limite insuperabile in qualunque esperimento o luogo dell'Universo.

Un esempio per capire

Un gas ideale, o perfetto, è un gas molto rarefatto in cui le molecole possono interagire soltanto urtandosi in modo elastico, come in un classico biliardo. Per questi gas, le grandezze fondamentali (volume V, pressione P, temperatura T) sono legate dall'equazione di stato: PV = NkT, dove k è la costante di Boltzmann e N il numero delle molecole del gas. Da questa formula è facile ricavare una relazione che lega il cambiamento del volume con quello del valore della temperatura, ipotizzando che la pressione sia costante.

La leggiamo graficata: questa trasformazione, detta prima legge di Gay-Lussac, afferma che le variazioni del volume sono direttamente proporzionali alle variazioni della temperatura. Matematicamente, V = V₀ + (V₀/T) dove c è un coefficiente identico per tutti i gas perfetti. Vuol dire che più un gas si rarefa, più il suo volume si riduce.

La rappresentazione grafica corrisponde a una retta. Il punto in cui la retta incontra l'asse delle ascisse corrisponde allo zero assoluto. Fisicamente, questo punto è irraggiungibile, perché man mano che la temperatura scende, il volume del gas si contrae, ma per quanto piccole e concentrate siano le particelle, questo volume non potrà mai essere nullo. Quello che succede anche per T che tende a 273,15 °C (da destra), il volume tende a 0.