극저온(절대영도)을 만드는 방식이나 기술은 어떤 원리인가요?

Question

일상생활의 기술이나, 자연환경적으로도 극저온인 -273도를 만들기 어렵잖아요. 그럼 극저온(절대온도)을 만드는 방식이나 기술은 어떤 원리인가요?

Answer 1

안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.

먼저, 온도의 정의를 말씀드리겠습니다. 물리적으로 온도라는 것은 입자, 분자의 평균 운동에너지(운동의 활발성)입니다. 온도가 낮다는 것은 입자, 분자의 운동에너지가 적어 거의 정지상태임을 의미합니다.

사실 -273도까지 극저온을 만들기는 굉장히 어려운 일입니다. 분자보다 작은 원자 그리고 원자내 입자도 컨트롤해야 가능합니다. 모든 입자의 움직임을 멈춰야하죠. 현재 우리의 기술력으로는 원자 단위를 잘 조절하는 것은 어렵습니다. 그래서 -273도를 만들기는 거의 불가능합니다. 하지만, 어떤 계(system)에 존재하는 입자나 원자수를 적게하고, 이 입자나 원자의 운동을 최대한 멈추게 함으로써 극저온에 도달할 수 있는 것입니다. 물론 이 또한 간단한 일은 아니며 빛 에너지를 통해 원자의 운동을 멈추게 하거나 하는 방법을 사용하죠.

Answer 2

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

극저온을 만드는 방식은 다양합니다. 가장 일반적인 방식 중 하나는 헬륨을 사용하는 방식입니다.

헬륨을 사용하는 경우, 헬륨을 압축하고 냉각하여 압력을 낮추면 온도가 떨어지며, 이를 통해 매우 낮은 온도를 얻을 수 있습니다. 이러한 과정에서 헬륨이 열을 흡수하면서 더욱 냉각되므로, 이러한 방식으로 매우 낮은 온도를 얻을 수 있습니다.

또한, 극저온을 얻기 위해 사용되는 다른 방법으로는 레이저 냉각, 전기 냉각, 증기 압력 냉각 등이 있습니다. 이러한 방식들은 각각의 고유한 물리 원리에 기반하고 있으며, 이를 통해 매우 낮은 온도를 얻을 수 있습니다.