الصفر المطلق :حياكم في قناة هيزن، كيف نصل إلى درجة الحرارة الأخفض في الكون، درجة الصفر المطلق ؟
إذا سُئلت أيهما أعلى حرارة، كأس من الشاي الحار أم جبل جليدي؟ بالطبع ستقول كأس الشاي الحار.
ضع مقياساً للحرارة في الجسمين كليهما وستسجل درجة حرارة أعلى للشاي الحار. لكن الجبل الجليدي يحتوي على كمية حرارة أكبر.
فمثلاً لو رمينا جبلاً جليدياً في حوض من النيتروجين السائل، فإن درجة حرارة الحوض سترتفع بشكل أكبر مقارنة بسكب كأس الشاي.
ما هو الصفر المطلق
الصفر المطلق على مقياس كالفن يعادل -273 درجة مئوية، بالمقارنة أبرد الأماكن على الأرض طبيعياً، هي أنتاركتيكا أو القارة المتجمدة الجنوبية، بدرجة حرارة -89 درجة مئوية.
وفي مجموعتنا الشمسية يوجد حفر مظلمة على القمر لا تصلها أشعة الشمس، بدرجة حرارة -240 درجة مئوية.
أي أقل بعشر درجات من كويكب بلوتو رغم أنه أبعد عن الشمس بأربعين ضعفاً مقارنة بالأرض.
والأقل حرارة في الكون، هي سديم ربطة العنق الفراشية Nebula Boomerang ، والتي تبعد عنا حوالي 5000 سنة ضوئية.
ما هي الحرارة
درجة الحرارة هي في الواقع مقياس لسرعة جزيئات المادة. كلما زادت درجة الحرارة، زادت حركة الجزيئات. والعكس صحيح أيضاً، أي كلما قلت سرعتهم، انخفضت درجة الحرارة.
لكن ماذا لو توقف هذه الجزيئات عن الحركة تماماً؟ ماذا لو استطعنا الوصول إلى الصفر المطلق ؟
تجارب للوصول إلى الصفر المطلق
استطاع العلماء الوصول إلى درجات منخفضة في المختبرات، استطاعوا تبريد قطعة من معدن الروبيديوم إلى درجة حرارة 0.0000000001 كالفن.
بمعنى أن قطعة الروبيديوم كانت الأبرد في الكون على الإطلاق. باستخدام جهاز خاص يدعى الثلاجة النووية المزيلة للمغنطة.
وتوجد طرق أخرى أيضاً مثل استخدام الليزر للتبريد. قد تعتقد أن ذلك منافي للمنطق، لكن ضوء الليزر يمكن استخدامه بطريقة حيث تبطئ حركة الذرات، وبذلك تقل درجة حرارتها.
وهي التقنية المستخدمة في أقمار ال GPS. حيث أنك بحاجة إلى أدق الساعات ومن دونها لن يكون بمقدورك الملاحة باستخدام خرائط جوجل.
لكن من المستحيل أن نصل إلى الصفر الطلق مهما حاولنا، لأن ذلك سيعني أن الجزيئات ستتوقف عن الحركة تماماً، وأننا نعرف مكان الجزيء وسرعته.
وهذا يتنافى مع مبدأ هايزنبرغ للاستبعاد والذي ينص على أنه من المستحيل أن تعرف سرعة الجزيء ومكانه.
إضافة إلى أننا سنحتاج إلى وقت لا نهائي للوصول إلى الصفر المطلق، فهو كالسراب، مهما حاولت أن تقترب منه لن تصل إليه.
لكننا نستطيع الوصول إلى درجات قريبة من الصفر المطلق، وتبدأ أشياء مثيرة بالحدوث، لأنك دخلت عالم ميكانيكا الكم.
كما في هذه التجربة، حيث برّد العلماء الهيليوم إلى 2.7 كالفن، وهو الغاز المستخدم في تعبئة البالونات. عندما يبرّد إلى -269 درجة مئوية يتحول إلى هيليوم واحد.
وهو سائل عادي تقريباً ولكن عندما يبرّد إلى -271 درجة مئوية، يتحول إلى هيليوم اثنين. وهو السائل الفائق وهو غريب جداً.
والسائل يغلي بطريقة غريبة عندما يتحول إلى سائل فائق ثم يهدأ فجأة. عادة الزجاج بإمكانه احتواء الهيليوم، لكن السائل الفائق يتدفق ويتسرب من أصغر الفتحات في الزجاج.
وعندما يُترك في وعاء فإنه يتحدى الجاذبية ويصعد جدران الوعاء لينسكب في الأسفل مرة أخرى.
حالات المادة
هذه الحالة الغريبة هي إحدى الحالات الثمانية للمادة: صلب، سائل، غاز، البلازما، متكثف بوز- آينشتاين، كوارك – غلوون بلازما، المادة المنحلة، كريستالات الزمن، ليس ثلاثة كما درست.
وتسمى متكثف بوز- آينشتاين، وتحدث عندما تبرد المادة لدرجات منخفضة للغاية، قريبة من الصفر المطلق، وتصبح خواصها من عالم ميكانيكا الكم ظاهرة للعيان.
شكراً لكم على المشاهدة.
المصادر:
http://www.alfredleitner.com/superfluid.html
https://www.livescience.com/25959-atoms-colder-than-absolute-zero.html
https://www.nasa.gov/audience/forstudents/5-8/features/nasa-knows/what-is-pluto-58.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Boomerang_Nebula
https://www.livescience.com/51182-molecules-reach-coldest-temperature.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Uncertainty_principle
https://www.livescience.com/54667-bose-einstein-condensate.html
