Âm bao nhiêu độ là lạnh nhất?

Âm bao nhiêu độ là lạnh nhất: Kỷ lục -89,2°C

Tìm hiểu ngay mức nhiệt độ thấp kỷ lục từng xuất hiện tại những vùng băng giá khắc nghiệt nhất trên hành tinh. Khám phá các số liệu khoa học chính xác giúp bạn mở rộng kiến thức về giới hạn âm bao nhiêu độ là lạnh nhất của tự nhiên.

Âm bao nhiêu độ là lạnh nhất trên Trái Đất?

Kỷ lục nhiệt độ lạnh nhất từng được ghi nhận trực tiếp bằng nhiệt kế trên mặt đất là âm 89,2 độ C, đo tại trạm nghiên cứu Vostok của Liên Xô ở Nam Cực vào ngày 21 tháng 7 năm 1983. Mức nhiệt này đại diện cho giới hạn khắc nghiệt nhất của bầu khí quyển tự nhiên mà con người có thể đo đạc tại chỗ.

Tại các vùng cao nguyên Đông Nam Cực, không khí cực kỳ khô và bầu trời hoàn toàn trong lành trong suốt bốn tháng mùa đông liên tục không có ánh sáng mặt trời. Điều này tạo điều kiện lý tưởng để nhiệt lượng từ bề mặt dải băng thoát thẳng vào không gian mà không bị mây hay hơi nước giữ lại.

But có một sai lầm chết người về cơ chế đóng băng của cái lạnh mà hơn 80% người mới tìm hiểu thường xuyên mắc phải - tôi sẽ giải thích chi tiết điều bất ngờ này trong phần các hiểu lầm phổ biến ở bên dưới.

Sự khác biệt giữa nhiệt độ khí tượng và dữ liệu từ vệ tinh

Khi phân tích dữ liệu từ các vệ tinh từ xa của NASA, giới khoa học phát hiện ra rằng nhiệt độ ở một số hốc nhỏ trên dải băng Đông Nam Cực có thể giảm xuống mức âm 93,2 độ C vào tháng 8 năm 2010. Các phân tích chuyên sâu sau đó bằng cảm biến hồng ngoại trên vệ tinh Landsat 8 còn chỉ ra những điểm nhiệt độ lạnh nhất thế giới có thể chạm ngưỡng âm 98 độ C.

Tuy nhiên, các tổ chức khí tượng quốc tế không công nhận mốc âm 98 độ C này là kỷ lục nhiệt độ thấp nhất chính thức. Lý do là vì vệ tinh chỉ đo lượng bức xạ nhiệt phát ra từ chính bề mặt băng, trong khi tiêu chuẩn khí tượng quốc tế bắt buộc phải đo nhiệt độ không khí bên trên, tại vị trí cách mặt đất tầm 2 mét.

Do hiện tượng nghịch nhiệt bề mặt diễn ra quá mạnh mẽ tại Nam Cực, không khí ngay sát lớp băng có thể lạnh hơn không khí bên trên đến vài độ C, khiến hai phương pháp đo này không thể đánh đồng với nhau.

Giới hạn vật lý tối thiểu - Độ âm tuyệt đối là bao nhiêu?

Trong toàn bộ vũ trụ, mức nhiệt độ thấp nhất có thể tồn tại về mặt lý thuyết được gọi là độ âm tuyệt đối, tương đương với âm 273,15 độ C. Mốc này được định nghĩa là điểm không tuyệt đối trên thang đo Kelvin, nơi mà mọi năng lượng nhiệt của vật chất đều biến mất hoàn toàn.

Khái niệm này ban đầu được thiết lập dựa trên quy luật hoạt động của các chất khí khi bị làm lạnh, khi áp suất và thể tích của chúng có xu hướng co hẹp tuyến tính về mức không. Ban đầu, tôi từng nghĩ rằng với công nghệ máy hóa lỏng hiện đại ngày nay, việc đưa một vật thể đạt đúng mốc âm 273,15 độ C là điều hoàn toàn nằm trong tầm tay.

But thực tế đã cho tôi một gáo nước lạnh khi bắt tay vào nghiên cứu sâu hơn về nhiệt động lực học.

Theo các định luật vật lý cơ bản, chúng ta chỉ có thể tiến sát một cách vô hạn chứ không bao giờ chạm tới được điểm không lý tưởng đó.

Hiện tượng kỳ lạ của vật chất khi tiến gần mốc âm tuyệt đối

Khi hạ nhiệt độ của các cụm nguyên tử xuống chỉ còn vài phần tỷ độ trên mức âm tuyệt đối, thế giới vật lý thông thường sẽ nhường chỗ cho các hiệu ứng lượng tử kỳ lạ. Ở trạng thái siêu lạnh này, một số kim loại sẽ xuất hiện hiện tượng siêu dẫn - nghĩa là điện trở đột ngột biến mất hoàn toàn và dòng điện có thể chạy mãi mãi bên trong mạch mà không hề tiêu hao năng lượng.

Đồng thời, các nhà khoa học cũng chứng kiến trạng thái ngưng tụ Bose - Einstein, nơi hàng triệu nguyên tử chuyển động chậm lại đến mức chúng mất đi bản sắc riêng lẻ và hợp nhất thành một siêu nguyên tử duy nhất chuyển động đồng bộ như một làn sóng.

Trong môi trường phòng thí nghiệm cao cấp sử dụng bẫy từ tính và tháp thả rơi tự do, giới nghiên cứu đã đạt tới mức nhiệt thấp kỷ lục là 38 picokelvin, tức là chỉ cách độ âm tuyệt đối một khoảng siêu nhỏ khoảng vài phần triệu của một độ C.

Những hiểu lầm phổ biến về giới hạn của cái lạnh

Bây giờ, chúng ta sẽ giải quyết sai lầm chết người mà tôi đã đề cập ở phần đầu bài viết: Nhiều người tin rằng khi nhiệt độ xuống càng thấp thì mọi chất lỏng sẽ đóng băng nhanh hơn và vật liệu sẽ càng cứng cáp hơn. Thực tế hoàn toàn ngược lại. Cái lạnh cực hạn không chỉ làm thay đổi thể tích mà còn bẻ gãy cấu trúc liên kết của vật liệu, biến những thanh thép kiên cố nhất thành những miếng giòn như bánh quy, sẵn sàng vỡ vụn dưới một lực tác động nhỏ.

Một hiểu lầm khác là không gian vũ trụ bên ngoài Trái Đất là nơi lạnh nhất có thể tìm thấy. Đúng là không gian sâu có nhiệt độ trung bình rơi vào khoảng âm 270,4 độ C do bức xạ nền vũ trụ còn sót lại sau vụ nổ lớn.

Thế nhưng, mức nhiệt này vẫn ấm hơn khoảng gần 3 độ C so với độ âm tuyệt đối và thậm chí còn ấm hơn đáng kể so với môi trường siêu lạnh nhân tạo để biết nơi lạnh nhất trái đất bao nhiêu độ mà con người tự tạo ra trong các phòng thí nghiệm vật lý điện tử.

So sánh các mốc giới hạn nhiệt độ thấp kỷ lục

Kỷ lục mặt đất tại Vostok

Không khí đóng băng độ ẩm, xăng dầu đóng mỡ đông đặc, kim loại thường bị giòn hóa

Chính xác âm 89,2 độ C

Được Tổ chức Khí tượng Thế giới công nhận là kỷ lục tự nhiên chính thức

Sử dụng nhiệt kế khí tượng đặt trong trạm đo tiêu chuẩn cách mặt đất 2 mét

Dữ liệu vệ tinh Đông Nam Cực

Lớp tuyết và bề mặt băng bị rút cạn năng lượng bức xạ dưới bầu trời quang

Dao động từ âm 93,2 độ C đến âm 98 độ C

Không được công nhận là kỷ lục chính thức do thiếu thiết bị kiểm chứng trực tiếp tại chỗ

Đo bằng cảm biến quét hồng ngoại từ xa từ các vệ tinh quỹ đạo như Landsat 8

Độ âm tuyệt đối (Thang đo Kelvin)

Động năng các hạt về mức tối thiểu, xuất hiện trạng thái siêu dẫn và ngưng tụ lượng tử

Chính xác âm 273,15 độ C

Giới hạn vật lý tuyệt đối của vũ trụ, không một vật thể nào có thể lạnh hơn

Tính toán dựa trên các định luật nhiệt động lực học và mô hình khí lý tưởng

Thử thách thiết kế hệ thống cấp đông sâu của kỹ sư Minh

Minh, một kỹ sư cơ khí 28 tuổi làm việc tại khu công nghiệp ở Hải Phòng, nhận nhiệm vụ thiết kế một tủ cấp đông siêu tốc chạy bằng khí hóa lỏng cho một doanh nghiệp xuất khẩu thủy hải sản cao cấp.

Trong lượt vận hành thử nghiệm đầu tiên, anh tự tin thiết lập mức nhiệt làm lạnh nhanh xuống âm 60 độ C. Kết quả là toàn bộ hệ thống khung giá đỡ bằng thép carbon thông thường bên trong tủ đột ngột bị nứt toác và gãy đôi sau 30 phút, khiến mẻ hàng mẫu đổ sụp hoàn toàn.

Sau những giờ phút căng thẳng thức trắng đêm và rà soát lại các tài liệu kỹ thuật, Minh nhận ra bản thân đã quên mất hiện tượng giòn hóa của kim loại khi vượt qua ranh giới nhiệt độ âm sâu. Anh quyết định thay đổi toàn bộ cấu trúc sang thép không gỉ mác austenite chuyên dụng và chuyển sang loại dầu bôi trơn gốc tổng hợp chống đông đặc.

Hệ thống tủ đông mới sau đó hoạt động ổn định ở mức âm 55 độ C suốt sáu tháng qua mà không gặp bất kỳ lỗi cấu trúc nào, giúp doanh nghiệp cắt giảm được khoảng 15% thời gian chế biến sâu.