1000 Antworten Wie misst man Temperaturen am absoluten Nullpunkt?

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Der absolute Nullpunkt liegt bei -273,15° C. Das weiß man jetzt allerdings nicht deshalb, weil man den mal irgendwann mit einem Thermometer gemessen hätte, sondern den absoluten Nullpunkt hat man erst mal nur berechnet. Man hat im 17. Jahrhundert beobachtet, dass ein Gas, wenn man es erwärmt, sich ausdehnt. Wenn man es abkühlt, zieht es sich zusammen. Das folgt einem ziemlich einfachen Gesetz. Je niedriger die Temperatur, desto kleiner das Volumen. Und als man diesem Zusammenhang auf die Schliche kam, hat man einfach ausgerechnet: wie kalt müsste das Gas denn sein, damit das Volumen auf Null zusammenschrumpft. Und da kam man auf einen Wert von -240° ¬  wohlgemerkt, ohne dass man diese Temperatur auch nur annähernd irgendwo „gemessen“ hätte. Das war für das Jahr 1699 schon eine ganz gute Schätzung. Aber klar war dann auch bald, dass die Rechnung so nicht gehen kann, denn man kann sich zwar vorstellen, dass das Volumen ein Gases schrumpft – aber dass es auf Null geht, also gar nicht mehr vorhanden ist, ist erstens unlogisch und zweitens realitätsfremd. Denn jedes Gas wird beim Abkühlen ab einer bestimmten Temperatur etwas ganz anderes machen, nämlich sich seinen Aggregatzustand ändern, sich also verflüssigen oder sogar gefrieren. Man hat den absoluten Nullpunkt dann auf eine andere Art ermittelt. Temperatur ist ja physikalisch letztlich ein Ausdruck für die Bewegung von Teilchen. Beim Gas die Bewegung der einzelnen Moleküle, in einem Festkörper das Zappeln der Atome. Alle Atome haben eine Eigenbewegung, und auch diese Eigenbewegung wird immer langsamer, je kälter es wird. Und so hat man dann gesagt: Der absolute Nullpunkt wäre dann erreicht, wenn die Eigenbewegung aufhört, wenn sich die Atome nicht mehr bewegen, also alles total eingefroren ist. Und da hat man auch erst mal nur rechnerisch den Wert -273,15° Celsius ermittelt. Und parallel hat man Verfahren entwickelt, um immer kältere Temperaturen zu erreichen. Man hat Gase verflüssigt, sogar Wasserstoff und Helium, was wirklich eine große Leistung war: Man muss Helium auf 4 Grad über dem absoluten Nullpunkt – also -269 Grad Celsius runterkühlen, damit es sich verflüssigt. Das ist gelungen, man kann heute im Labor Temperaturen von Bruchteilen von Graden über dem absoluten Nullpunkt erzeugen. Aber man weiß auch, man kann diesem Nullpunkt zwar beliebig nahe kommen, aber erreichen kann man ihn nicht. Und wenn man diese Temperaturen erzeugt – woher weiß man jetzt, wie kalt das Helium ist, wie misst man das? Das geht natürlich nicht der Art von Thermometern, die wir kennen. Die beruhen ja darauf, dass sich eine Flüssigkeit unter Temperatureinfluss ausdehnt bzw. zusammenzieht. Bei so tiefen Temperaturen ist aber Quecksilber oder was man sonst nehmen kann, längst gefroren. Tiefere Temperaturen kann aber bestimmt, indem man einen Platindraht dazu tut und den elektrischen Widerstand misst. Auch das ist ein physikalisches Gesetz: Je kälter der Draht, desto schwächer der Widerstand. Aber auch diese Methode hat Grenzen. Und wenn man dem absoluten Nullpunkt schon ganz nah ist, etwa bei 0,1 Grad über dem Nullpunkt, dann nutzt man spezielle Kristalle, die radioaktives Kobalt enthalten. Das Kobalt zerfällt mit einer bestimmten Rate zu Nickel, dabei entsteht Gammastrahlung. Und je weniger Gammastrahlung man misst, desto näher ist man dem absoluten Nullpunkt gekommen.