La temperatura es una medida de la cantidad de energía térmica que tiene un sistema. Esta medida significa que todos los átomos y moléculas que se mueven tienen una cierta cantidad de energía cinética (y menos obviamente de energía potencial). Cuando todas las moléculas (o átomos) de un sistema dejan de moverse por completo, es el máximo frío que pueden alcanzar. Esta temperatura, en la que no hay energía térmica, se denomina cero absoluto[2].
Numéricamente, se escribe como 0 K, -273,15°C, o -459,67°F.
La idea del cero absoluto sirve para entender cuánta energía está disponible en las moléculas de gas en la ley de los gases ideales, ya que la temperatura tiene que medirse en una escala absoluta (como Kelvin), para que la ley de los gases ideales tenga sentido[2]. Además, la idea del cero absoluto sirve para la física de la radiación del cuerpo negro (cuánta energía irradia un objeto a una temperatura determinada) y la máxima eficiencia posible de un motor térmico (llamada eficiencia de carnot).
El concepto de cero absoluto también forma parte de la física del cambio climático. La temperatura media de la Tierra, que es de unos 15°C, sería de 288 K. Si los gases de efecto invernadero aumentan la temperatura del planeta en un 1%, no subiría 0,15 grados, sino 2,88 grados. El Kelvin y el Celsius tienen el mismo incremento de grados, pero el Kelvin es una escala absoluta (lo que significa que su punto cero es realmente cero) y el Celsius es una escala relativa (su punto cero es arbitrario, fue elegido por un científico). Por eso la temperatura aumentaría 2,88 grados en lugar de 0,15 grados. Entender cómo estos pequeños cambios porcentuales en la temperatura de la Tierra pueden tener consecuencias drásticas para el planeta es una parte importante de la ciencia del clima[3].
La termodinámica ha demostrado que es imposible llegar al cero absoluto, pero los físicos se han acercado mucho[2] Utilizando el enfriamiento por láser y el atrapamiento magnético, los experimentos han conseguido bajar los átomos a temperaturas de unos pocos nK (10-9 K) para formar condensados de Bose Einstein. Para hacernos una idea de lo frío que es esto, imaginemos un termómetro extendido desde Victoria, BC, hasta St. Johns, Newfoundland (7500 km) (véase la Figura 1).
- 293 K (20°C) Temperatura ambiente – centro de Victoria
- 273 K (0°C) El agua se congela – la frontera entre BC y Alberta
- 0 K – el puerto en el centro de St. Johns Terranova
- 1 nK – a 0,026 mm del puerto, ¡a menos de un grano de arena del extremo del termómetro!