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2025-09-03T11:23:01Z

Rechtschreibung (nicht substantivistisch verwendete Null wird kleingeschrieben)

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Der '''absolute Nullpunkt''' ist die kleinste mögliche [[Temperatur]], −273,15 [[Grad Celsius]], und definiert den Ursprung der [[Absolute Temperatur|absoluten Temperaturskala]] (0 [[Kelvin]]). Am absoluten Nullpunkt nimmt die [[Energie]] eines physikalischen Systems den kleinsten möglichen Wert an. Insbesondere ist in Systemen der klassischen Physik die kinetische Energie der Teilchen gleich null. Die Bewegungen, Schwingungen und Verformungen der [[Molekül]]e eines Stoffs sind in dem Fall komplett eingefroren. In Systemen der [[Quantenmechanik|quantenmechanischen Physik]] verbleibt im Allgemeinen ein Anteil kinetischer Energie aus der [[Nullpunktsenergie]]. Nach dem [[Dritter Hauptsatz der Thermodynamik|dritten Hauptsatz der Thermodynamik]] können reale Systeme den absoluten Nullpunkt nicht erreichen. Allerdings können Temperaturen beliebig nahe dem absoluten Nullpunkt realisiert werden. Mit [[Laserkühlung]] konnten Proben schon bis auf wenige Milliardstel Kelvin abgekühlt werden.

== Geschichte ==
[[Guillaume Amontons]] fand 1699 heraus, dass sich das Volumen einer Gasmenge linear mit ihrer Temperatur verändert. Da das Volumen eines Gases aber nicht negativ werden sollte, folgerte er, dass es einen absoluten Nullpunkt geben müsse, bei dem das Volumen der Gasmenge gleich null wäre. Durch Extrapolation seiner Messwerte schätzte er die Lage dieses Nullpunkts ab und kam auf einen Wert von −248 °C.<ref>{{Literatur|Titel=Degrees Kelvin: A Tale of Genius, Invention, and Tragedy|Autor=David Lindley|Verlag=National Academies Press|Jahr=2004|Seiten=99|Online={{Google Buch|BuchID=8GLsdUIfmyEC|Seite=99}}}}</ref>

[[William Thomson, 1. Baron Kelvin]], entdeckte 1848, dass nicht die Volumenverkleinerung für diese Frage entscheidend ist, sondern der Energieverlust. Hierbei ist es unerheblich, ob es sich um Gase oder feste Stoffe handelt. Thomson schlug daraufhin vor, eine neue, ''absolute'' Temperaturskala zu definieren, zu der die Volumenänderung proportional ist. Diese neue Temperaturskala hat keine negativen Werte mehr, beginnt bei null (dies entspricht −273,15 °C, siehe dazu [[Kelvin#Fixpunkte|Eigenschaften der Kelvinskala]]) und steigt so an, dass ein Temperaturunterschied von einem Kelvin jeweils einem Temperaturunterschied von einem Grad Celsius entspricht. Die Einheit für diese Temperaturskala wurde zunächst ''Grad A'' (A für absolut) genannt, später zunächst ''Grad Kelvin'' (°K) und dann [[Kelvin]] (K).

{{Zitat|Wenn man jetzt das Magnetfeld plötzlich entfernt, so tritt der ''thermomagnetische Abkühlungseffekt'' ein. Auf diese Weise wurde mit Kaliumchromalaun eine Temperatur von 0,05 K erzielt. Im Jahre 1935 ist man sogar bereits zu 0,005 K vorgedrungen. […] Um den erreichten Fortschritt richtig zu beurteilen, müßte man eigentlich die ''logarithmische Temperaturskala'', wie sie von Lord Kelvin vorgeschlagen worden ist, anwenden. Danach würde eine Senkung von 100 K auf 10 K dieselbe Bedeutung zukommen, wie […] von 1 K auf 0,1 K.|Heinrich Greinacher|''Physik in Streifzügen''. Verlag von Julius Springer, Berlin 1939.}}

Im [[Bremer Fallturm]] wurde im Jahr 2021 ein [[Bose-Einstein-Kondensat]] auf eine Rekordtemperatur von 38 Pikokelvin ({{ZahlExp|38|-12|post=K}}) abgekühlt.<ref>
{{Internetquelle |url=https://www.scinexx.de/news/technik/kaelterekord-im-freien-fall/ |titel=Kälterekord im freien Fall |autor=Nadja Podbregar |werk=scinexx.de |datum=2021-09-01 |abruf=2024-12-10}}</ref>

== Eigenschaften ==
[[Physikalisches System|Physikalische Systeme]] mit Temperaturen nahe am absoluten Nullpunkt weisen einige besondere Verhaltensweisen wie [[Suprafluidität]] und [[Bose-Einstein-Kondensat]]ion auf. Diese Temperaturgebiete der Tieftemperaturphysik können nur noch mit besonderen Methoden erreicht werden.

Bei Normaldruck sind am Nullpunkt alle Elemente fest, abgesehen von [[Helium]], das sich dort in einer flüssigen bzw. suprafluiden Phase befindet.

Thermodynamische Aussagen über den Nullpunkt im Zusammenhang mit der [[Entropie]] macht das [[Nernst-Theorem|Theorem von Nernst]].
Perfekte Kristalle erreichen beim Nullpunkt für die Entropie <math>S</math> einen konstanten Wert <math> S = k_{\rm B} \ln 1 = 0 </math>, da die Entropie gemäß der statistischen Definition als der mit der [[Boltzmannkonstante]]n <math>k_{\rm B}</math> multiplizierte [[Logarithmus]] der Anzahl der möglichen [[Mikrozustand|Mikrozustände]] definiert ist und es nur eine mögliche Realisierung des beobachteten [[Makrozustand]]s gibt. Bei (amorphen) [[Glas|Gläsern]] gibt es mehrere gleichenergetische Realisierungen eines Zustands mit <math>T = 0 \, \rm K</math>, so dass die Entropie von null verschieden ist.

{{Siehe auch|Tieftemperaturphysik}}

== Werte unterhalb des absoluten Nullpunkts ==
In Systemen mit diskreten Energieniveaus nimmt die Besetzungswahrscheinlichkeit gemäß <math display="inline">\mathrm e^{-E/k_\mathrm BT}</math> ([[Boltzmann-Faktor]]) mit steigender Energie der Niveaus ab. Am absoluten Nullpunkt sind nur die niedrigstmöglichen Niveaus besetzt. Es ist aber experimentell gelungen, Zustände zu erzeugen, bei denen die höheren Energieniveaus stärker besetzt sind als die niedrigeren ([[Besetzungsinversion]]). Solchen Zuständen, die nicht im [[Thermodynamisches Gleichgewicht|thermodynamischen Gleichgewicht]] sind, kann man formal eine [[negative Temperatur]] zuschreiben.

== Literatur ==
* [[Tom Shachtman]]: ''Minusgrade. Auf der Suche nach dem absoluten Nullpunkt'' (= ''rororo'' 6118 ''rororo Science. Sachbuch''). Rowohlt-Taschenbuch-Verlag, Reinbek bei Hamburg 2001, ISBN 3-499-61118-X.
* [[Kurt Mendelssohn]]: ''Die Suche nach dem absoluten Nullpunkt.'' Kindler, München 1966.

== Weblinks ==
{{Wiktionary|absoluter Nullpunkt}}

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4141119-5}}

[[Kategorie:Schwellenwert (Temperatur)]]

Absoluter Nullpunkt - Versionsgeschichte

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