درصفرمطلق چه اتفاقي ميفتد؟
چرا دست‌یابی به این دما هیچ وقت در عمل امکان‌پذیر نیست و چه
نقاط یااجرامی درزمین،یاحتی دنیاوجوددارندکه به این دمانزدیکند؟
در واقع به نظر می‌رسد که هنوز هم ما جواب این سوال‌ها را کامل
نمی‌دانیم زیرااتفاقاتی که دراین دمامی‌افتندهمچنان شگفت‌انگیزو
غافل‌گیرکننده است.
مولکول‌های گازبسیارسردشده می‌توانندتاصدباربیشترازمولکولهای
گاز در دمای اتاق واکنش شیمیایی داشته باشند.
به گزارش نیوساینتیست،درآزمایشهایی که دردمای نزدیک به دمای
اتاق صـورت می‌گیـرند،واکـنشـهای شـیمـیایی باکـاهـش دماکنــدتر
می شوند.اما اخیرا دانشمندان متوجه شده‌اند که دردمای نزدیک به
صفر مطلق (15/273- سانتی‌گراد یا صفر درجه کلوین) تبادل اتم‌ها
کماکان انجام می‌گیرد و این امر، باعث ایجاد اتصالات شیمیایی جدید
در این فرایند می‌شود.
به نظرمی‌رسداین فرایندمدیون تاثیرات خارق‌العاده کوانتومی است
که قابلیت‌های مولکول‌ها را در دمای پایین افزایش می‌دهد.
به گفته دبورا جین از دانشگاه کلرادو که مقاله‌ای در مورد این یافته
جدیدمنتشرکرده،شاید خیلی منطقی به نظربرسدکه انتظارنداشته
باشیم درصفرمطلق اثری از واکنش‌های شیمیایی باشد،امادرواقع
این طور نیست و در این دما واکنش‌های فراوانی صورت می‌گیرد.
اما چرا دست یافتن به دمای صفر مطلق غیرممکن است؟
از نظر عملی، این کار نیاز به این دارد که گرمای گاز را بگیرید؛اماهر
چه دماراپایین بیاورید،گرمای بیشتری رابایدازگازبگیرید.درواقع برای
رسیدن به صفر مطلق باید این کار را تا بی‌نهایت ادامه داد.
در زبان کوانتوم،بایدبه سراغ اصل عدم قطعیت هایزنبرگ برویم که
می‌گویدهرچه دقیق‌تردرمورد سرعت یک ذره بدانیم، کمتر درمورد
موقعیت آن خواهیم دانست وبرعکس.
بنابراین اگر می‌دانیدکه اتم‌هایتان در آزمایش‌تان وجود دارند،باید تا
حدی نسـبت به سـرعت حرکـت آنها و ایـن که بالای صـفر مـطـلق
هستند یا نه، نامطمئن باشید، مگر این که وسعت آزمایش شمابه
اندازه کل هستی باشد.
فکر می‌کنید سردترین جای منظومه شمسی ما کجاست؟
سـردترین جایی که تا به حال در منظـومه شمسی ما پیـدا شده،
روی کره ماه است.
ماهواره اکتشافی ماه ناسا،دمای گودال همیشه درسایه‌ای را در
قطب جنوب ماه اندازه‌گیری کرد: 240- درجه سانتی‌گراد. این دما
حتی ازدمای اندازه‌گیری شده برای پلوتوکه فاصله‌اش ازخورشید
40 برابر فاصله زمین از خورشید است نیز 10 درجه سردتر است
فکر می‌کنید سردترین جرم طبیعی دنیا چه چیزی باشد؟
سردترین جای شناخته شده دنیا، قلب سحابی بومرنگ است که
در منظومه قنطورس قرار گرفته و پنج‌هزار سال نوری با مافاصله
دارد. دانشمندان در سال 1997/ 1376 گزارش کردند که گازهـای
به جـامانـده ازیـک سـتاره مـرکـزی درحـال مـرگ با سـرعت خـبره
کننده‌ای جارو می‌شوندو آن ناحیه ازفضا تادمای یک درجه کلوین
سرد شده است، یعنی تنها یک درجه گرم‌تر از دمای صفر مطلق.
معمولاآثاربه جا مانده ازتشعشعات حاصل ازانفجار بزرگ،یا همان
تابش ریزموج زمینه کیهانی، ابرهای گازی موجود در فضا را تا 2.7
کلوین گرم می کند.
اما انبساط سـحابی بومـرنگ نوعی یخـچال کیهانی پدید آورده که
باعث می‌شود گازها سرمای غیرعادی خود را همچنان حفظ کنند
و گرم‌تر از این نشوند.بااین حساب،سردترین جسم موجوددرفضا
چیست؟
اگر ماهـواره‌های مصـنوعی را هم به حساب بیاورید، هنوز اجرام
سردتری هم پیدا می‌شود. برخی ابزار موجوددرتلسکوپ فضایی
پلانـک متعلق به آژانس فضایی اروپا، که اردیبهشت ماه 1388 به
فضا پـرتاب شد، تا دمای 0.1 کلوین سرد شـده‌اند تا پارازیـت‌های
ریـزمـوجی راکــه مـمکن است دیدماهواره رامختل نمایند،متوقف
کنند.
محیط فضا،درترکیب باسیستمهای خنک‌کننده مکانیکی وسرمازا
هایی که ازگازهای هلیوم وهیدروژن استفاده می‌کردند،طی 4
مرحله متوالی توانستند سردترین جرم فضا را در 0.1 کلوین نگه
دارند.
کمترین دمایی که درآزمایشگاه‌هابه آن دست یافته‌ایم،چقدر بوده
است؟
باهمه آن‌چه گفته شد،رکورد کمترین دمامتعلق به یک آزمایشگاه
روی سیاره زمین است.در سال 2003/ 1382دانشمندان موسسه
فناوری ماساچوست (ام.آی.تی) اعـلام کردند که ابری از اتم‌های
ســدیم را تا 0.45 نانـوکـلوین سـرد کرده‌اند، که این رقم رکـورد را
شکست. پیش از آن، در سال 1999/ 1378 دانشمندان دانشـگاه
صنعتی هلسینکی در کشور فنلاند توانسته بودند قطعه‌ای از فلز
رودیم را تا 1 نانوکلوین سرد نمایند. با این وجود، این دما تنها برای
نوع خاصی از جنبـش که درکـوانـتوم"چرخـش هســته‌ای"نامیـده
می‌شوداست و نه دمای کلی همه جنبش‌های ممکن.
فکر می‌کنید گازها در دمای نزدیک به صفر مطلق چه رفتار عجیب
و غریبی از خود نشان می‌دهند؟
در گازها، مایـعات و جامـداتی که روزمـره با آنها سـر و کار داریم،
جنبش اتـم‌ها و مولـکول‌ها و برخورد آنها با یکـدیگر باعث گرما یا
انرژی حرارتی می‌شود. اما در دماهای بسیار پایین، چنین نیست.
در این دماها، قوانین عجیب مکانیک کوانتوم حاکم است؛به طوری
که مولکول‌ها به روال معمول بایکدیگربرخوردنمی‌کنند،بلکه امواج
مکانیکی کوانتوم آنها گسترش می‌یابندو با هم هم‌پوشانی پیدا
می‌کنند. وقتی آنها بدین صورت هم‌پوشانی پیدا می‌کنند، حالت
چگالش بوز- انیشتین را شکل می‌دهند که در آن، اتم‌ها به نحوی
رفتار می‌کنند که انگار یک اَبَراتم واحد هستند.
اولین چگالش بوز- انیشتین خالص،درسال 1995/ 1374درکلرادو
با استفاده از ابر اتم‌های روبیدیومی ساخته شد که تا دمای کمتر
از 170 درجه کلوین سرد شده بودند و پدیدآورندگان آن، توانستند
جایزه نوبل فیزیک را از آن خود کنند.