Existe-t-il une température plus froide que 0 kelvin ?

Qu’est-ce qui rend le feu plus chaud que la glace ? Au 19e siècle, le physicien britannique William Thomson (qui deviendra Lord Kelvin), a proposé une réponse. Il a défini la température en termes d’énergie cinétique ou, si l’on préfère, d’énergie de mouvement. Dans un objet chaud, les particules s’agitent beaucoup ; dans un objet froid, elles bougent peu.

L’échelle de Kelvin impliquait logiquement une température minimale naturelle, où les particules cessent complètement de bouger. C’est le « zéro absolu » ou le zéro kelvin. Il a été calculé que cette température correspond à -273,15°C.

(En passant, l’échelle kelvin, contrairement à l’échelle celsius, s’exprime sans le mot « degré ». On dit 20 degré celsius, mais on doit dire 20 kelvin.)

Par définition, une température plus froide que le zéro absolu est impossible, puisqu’une fois immobiles, les particules ne peuvent pas bouger moins ! On ne peut pas avoir moins que rien…

Il est même impossible de refroidir quelque chose à 0 kelvin, puisque ça impliquerait l’existence de quelque chose d’encore plus froid pour le refroidir. Lorsqu’on arrive à de très basses températures, plus c’est froid, plus le travail nécessaire pour retirer encore de la chaleur est important. Arrivé près du zéro absolu, le travail requis pour s’en approcher encore, même d’une infime fraction d’un degré, est titanesque. Il faudrait une quantité infinie de travail pour atteindre le zéro, ce qui est impossible*.

Le record de froid est détenu par des physiciens du célèbre Massachusetts Institute of Technology. En 2003, ils ont réussi à refroidir un nuage d’atomes de sodium à 0,45 nanokelvin, c’est-à-dire 0,000 000 000 45 k. C’est drôlement froid !

*Des chercheurs en physique théorique parlent parfois de températures absolues négatives ; il ne s’agit pas de kelvins négatifs, mais de matière chaude dont on modifie l’entropie (une mesure du désordre au niveau des particules).

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