صفر مطلق کمترین دمای نظری است که دانشمندان آن را 273.15- درجه سانتیگراد تعریف می کنند. این دما حتی سردتر از دمای قسمت بیرونی فضا است و تا به امروز هیچ چیز از چیزهایی که می دانیم به دمای صفر مطلق نرسیده است. اما آیا حتی رسیدن به این دمای عجیب ممکن است؟
به گزارش خبرآنلاین، برای پاسخ به این سوال باید به این موضوع بپردازیم که در واقع دما چیست؟ ما برای اعلام ضریب دما برای اعلام گرم یا سرد بودن چیزی استفاده می کنیم. اما واقعیت این است که دما معیاری برای سنجش انرژی یا ارتعاشات همه ذرات یک سیستم است. بدن های داغ انرژی بیشتری دارند. در نتیجه ذرات آنها سریعتر ارتعاش خواهند کرد. نقطه ای که در آن ذرات انرژی ندارند و بنابراین حرکت نمی کنند، دمای صفر مطلق تعریف می شود.
تلاش دانشمندان برای رسیدن به صفر مطلق
دانشمندان علاقه زیادی به رسیدن به این دماهای پایین دارند. زیرا با کاهش سرعت ذرات، اثرات کوانتومی جالبی در آنها ظاهر می شود. Sankalpa Ghosh، فیزیکدان نظری ماده چگال در موسسه فناوری دهلی، هند، گفت: “یک اصل اساسی در مکانیک کوانتومی دوگانگی موج – ذره است. پدیده ای که در آن ذره ای مانند فوتون نور می تواند مانند یک ذره یا ذره رفتار کند. یک موج
وی در این رابطه گفت: در برخورد با ذرات مکانیکی کوانتومی باید «غیرقابل تشخیص» آنها را در نظر داشت. امکان ردیابی ذرات و امواج جداگانه وجود ندارد. این همان کاری است که ما می توانیم با اجسام بزرگتر انجام دهیم. منشأ این را می توان در اصل عدم قطعیت معروف هایزنبرگ جستجو کرد که به موجب آن ماهیت احتمالی اندازه گیری مکانیکی کوانتومی را کمی می کند (به این معنی که وقتی موقعیت یک ذره به طور دقیق اندازه گیری می شود، تکانه آن با دقت کمتری شناخته می شود و بالعکس). “این ماهیت احتمالی به یک ذره مکانیکی کوانتومی خاصیت موج مانند می دهد.”
میزان این رفتار موج مانند کوانتومی با نسبت فواصل بین ذره ای که در سیستم به عنوان طول موج حرارتی De Broglie شناخته می شود، تعیین می شود. در دماهای معمولی، این رفتار کوانتومی ناچیز است. اما با کاهش دما و سرد شدن ذرات، شاهد اثرات عجیبی خواهیم بود.
قوش ادامه داد: این نسبت با کاهش دما بزرگتر می شود و در صفر مطلق بی نهایت است، پدیده های کوانتومی مانند ابرسیالیت (جریان بدون اصطکاک)، ابررسانایی (جریان بدون مقاومت) و تراکم اتمی فوق سرد همگی به همین دلیل اتفاق می افتند.
در آزمایشات اولیه فوق سرد در دهه 1990، آنها از تکنیکی به نام خنک کننده لیزری برای شروع بررسی این اثرات استفاده کردند. کریستوفر فوت، فیزیکدان فوق سرد دانشگاه آکسفورد در این رابطه گفت: “نور نیرویی بر اتم ها وارد می کند که آنها را به دمای پایین 272.15- سانتیگراد (یا یک کلوین) کاهش می دهد. “این سرعت برای مشاهده کوانتوم به اندازه کافی کم است. رفتار در جامدات و مایعات، اما برای گازهای مورد مطالعه، ما به دمای 10 نانوکلوین نیاز داریم تا این اثرات کوانتومی را بدست آوریم.
کمترین دمای ثبت شده
کمترین دمای ثبت شده در یک آزمایشگاه در سال 2021 توسط گروهی در آلمان ایجاد شد. این تیم اتم های گاز مغناطیسی شده را به سمت پایین یک برج 12 متری هل دادند و دائماً میدان مغناطیسی را خاموش و روشن می کردند تا سرعت ذرات به اندازه ای کاهش یابد که تقریباً متوقف شود. در این آزمایش که به عنوان خنکسازی تله مغناطیسی شناخته میشود، ذرات گاز به دمای باورنکردنی ۳۸ پیکوکلوین (۳۸ تریلیونم درجه سانتیگراد بالای صفر مطلق میرسند، که محدودهای کاملاً برای شروع مشاهده اثرات کوانتومی در گازها است).
آیا ما سعی می کنیم مواد بیشتری را خنک کنیم؟ به گفته فوت، احتمالا نه. وی در این خصوص گفت: تمایل ما به مشاهده اثرات کوانتومی بسیار بیشتر از رسیدن به دمای صفر مطلق است. اتم های خنک شده با لیزر قبلاً در استانداردهای اتمی که زمان بین المللی را تعریف می کنند (ساعت های اتمی) و در رایانه های کوانتومی استفاده شده است. دمای پایینتر هنوز در مرحله تحقیق است و مردم از این روشها برای آزمایش نظریههای فیزیکی جهانی استفاده میکنند.”
در حال حاضر امکان کاهش 38 تریلیونم مدرک پایانی وجود ندارد و البته برای رسیدن به این هدف باید از موانع دیگری نیز عبور کرد. در واقع، حتی اگر به صفر مطلق برسیم، ممکن است به دلیل تکنیکهای اندازهگیری نادقیق، آن را از دست بدهیم.
فوت ادامه داد: با ابزارهای فعلی، نمی توان تشخیص داد که دما صفر است یا دمای بسیار بسیار پایین. “برای اندازه گیری صفر مطلق، در واقع به یک دماسنج بی نهایت دقیق نیاز دارید و این فراتر از سیستم های اندازه گیری فعلی ما است.”