Prima di capirlo è necessario approfondire il concetto di energia. Qualsiasi oggetto che ci circonda è formato da molecole sempre in movimento e l’energia ha a che fare con il movimento di queste molecole. Se potessimo vedere le molecole di una bibita ghiacciata quando siamo in riva al mare, vedremo che queste si muovono molto più lentamente rispetto a quelle presenti in una tazza di tè caldo che abbiamo preparato in una tipica giornata invernale per scaldarci.
Possiamo dire che il calore è una forma di energia che viene trasferita da un corpo a temperatura maggiore ad uno a temperatura minore. Ti è mai capitato di toccare per sbaglio una pentola rovente? “Ahi che male!” La scottatura avviene proprio perché il calore della pentola (a temperatura molto maggiore) viene trasferito alla tua mano (a temperatura minore). Risulta già intuibile che calore e temperatura seppur strettamente legati, non siano la stessa cosa.
Il calore, infatti, viene considerato una forma di energia mentre la temperatura è una grandezza macroscopica che misura la quantità di calore contenuta in un corpo o in una sostanza. La temperatura può essere misurata attraverso i termometri che non fanno altro che andare a rilevare quanto è lento o veloce il movimento delle molecole in un corpo.
"Chiudi la finestra che entra il freddo!"
Quante volte ce lo sentiamo ripetere in inverno, ma ora che ci siamo costruiti un bel bagaglio sull’argomento, crediamo ancora che abbia senso questa frase?
Come abbiamo già detto il calore può passare solamente da un corpo a temperatura maggiore a uno a temperatura minore; cercando di semplificare le cose e ipotizzando che la stanza sia il corpo a temperatura maggiore e l’ambiente esterno il corpo a temperatura minore, in realtà, è il calore che si trasferisce all’esterno della stanza facendo abbassare la temperatura della stanza stessa e non il freddo che entra, perché il freddo non si può trasferire, ma il calore sì!
È esattamente lo stesso principio che accade quando facciamo raffreddare una tazza di tè bollente prima di berla, il calore della tazza viene trasferito all’ambiente esterno facendo raffreddare il tè, ma non il contrario. Il trasferimento di calore non va avanti all’infinito ma fin quando non viene raggiunto un equilibrio termico tra la tazza e la stanza, ossia quando la temperatura della tazza e della stanza saranno uguali.
Raggiungere il massimo del freddo: lo Zero Assoluto!
Come abbiamo detto finora, le molecole di un corpo sono sempre in movimento e maggiore è la quantità di calore contenuta in un corpo, maggiore è il moto delle molecole stesse. È possibile, pertanto, raggiungere una temperatura in cui le molecole sono completamente immobili e quindi più fredda del gelo glaciale Artico?
Viene definita come Zero Assoluto (e no, non stiamo parlando del gruppo musicale) la temperatura più bassa che si possa raggiungere solamente in linea teorica. Il valore per lo zero assoluto secondo l'accordo internazionale è 0 Kelvin (0 K) o -273,15 gradi Celsius (-273,15°C) ed è letteralmente impossibile da raggiungere.
Abbiamo finora passato in rassegna come un corpo può essere riscaldato, ma non come può essere raffreddato ancora di più rispetto all’ambiente circostante, che è il motivo per cui usiamo i frigoriferi. Il principio risulta essere sempre e solo lo stesso, l’unico modo per raffreddare ulteriormente qualcosa è metterlo in contatto con qualcosa di ancora più freddo. Per raggiungere lo zero assoluto avremmo bisogno, perciò, di qualcosa di più freddo dello zero assoluto stesso.
Viene spontaneo chiedersi perché siamo alla continua ricerca dello zero assoluto. La curiosità è un fattore importante, ma a che prezzo? Raffreddare le cose fino a temperature vicine allo zero assoluto consuma molta energia e in questo periodo storico ci sono aspetti molto importanti da non sottovalutare.
Non ci sono problemi più importanti da risolvere per l'umanità? Sicuramente sì, ma poi si scopre che la curiosità umana spesso viene premiata con doni insoliti, infatti a temperature prossime allo zero assoluto, le sostanze si comportano in un modo un po’ diverso rispetto al normale. In particolare, si evidenziano comportamenti di superconduttività e superfluidità che son sfruttabili da tecnologie come il trasporto iperveloce, l'accelerazione delle particelle, la risonanza magnetica (in campo medico), ecc. Nella scienza, questo scenario si verifica più spesso di quanto ci aspetteremmo, spesso si cerca di risolvere problemi astratti per pura curiosità, poi si scopre un comportamento insolito che viene usato per migliorare la vita di tutti i giorni con applicazioni in campi più disparati.
Tutto sommato, la ricerca dello zero assoluto ne è valsa la pena, dopotutto!
