در صفر مطلق چه اتفاقي مي*افتد
آيا مي*دانيد در دماي صفر مطلق (273 – سانتي*گراد) چه اتفاقاتي مي*افتد؟ چرا دست*يابي به اين دما هيچ وقت در عمل امكان*پذير نيست و چه نقاط يا اجرامي در زمين،* يا حتي دنيا وجود دارند كه به اين دما نزديكند؟
بهنوش خرم*روز:* حتما درباره صفر مطلق شنيده*ايد، تقريبا 273 درجه سانتي*گراد زير صفر. آيا مي*دانيد در اين دماي خاص چه اتفاقاتي مي*افتد؟ چرا دست*يابي به اين دما هيچ وقت در عمل امكان*پذير نبوده است؟ و چه نقاط يا اجرامي در زمين،* يا حتي دنيا وجود دارند كه به اين دما نزديكند؟
در واقع به نظر مي*رسد كه هنوز هم ما جواب اين سوال*ها را كامل نمي*دانيم، زيرا اتفاقاتي كه در اين دما مي*افتند، هم*چنان شگفت*انگيز و غافل*گيركننده است. براي نمونه،* هفته پيش دانشمندان اعلام كرده*اند كه مولكول*هاي گاز بسيار سرد شده *مي*توانند تا صد بار بيشتر از مولكول*هاي گاز در دماي اتاق، واكنش شيميايي داشته باشند.
به گزارش نيوساينتيست، در آزمايش*هايي كه در دماي نزديك به دماي اتاق صورت مي*گيرند،* واكنش*هاي شيميايي با كاهش دما كندتر مي*شوند. اما اخيرا دانشمندان متوجه شده*اند كه در دماي نزديك به صفر مطلق (15/273- سانتي*گراد يا صفر درجه كلوين) تبادل اتم*ها كماكان انجام مي*گيرد و اين امر، باعث ايجاد اتصالات شيميايي جديد در اين فرايد مي*شود. به نظر مي*رسد اين فرايند مديون تاثيرات خارق*العاده كوانتومي است كه قابليت*هاي مولكول*ها را در دماي پايين افزايش مي*دهد.
به گفته دبورا جين از دانشگاه كلرادو* كه مقاله*اي در مورد اين يافته جديد منتشر كرده،* شايد خيلي منطقي به نظر برسد كه انتظار نداشته باشيم در صفر مطلق اثري از واكنش*هاي شيميايي باشد، اما در واقع اين طور نيست و در اين دما واكنش*هاي فراواني صورت مي*گيرد.
اما چرا دست يافتن به دماي صفر مطلق غيرممكن است؟
از نظر عملي، اين كار نياز به اين دارد كه گرماي گاز را بگيريد؛* اما هر چه دما را پايين بياوريد،* گرماي بيشتري را بايد از گاز بگيريد. در واقع براي رسيدن به صفر مطلق بايد اين كار را تا بي*نهايت ادامه داد. در زبان كوانتوم، بايد به سراغ اصل عدم قطعيت هايزنبرگ برويم كه مي*گويد هر چه دقيق*تر در مورد سرعت يك ذره بدانيم،* كم*تر در مورد موقعيت آن خواهيم دانست و برعكس. بنابراين اگر مي*دانيد كه اتم*هايتان در آزمايش*تان وجود دارند،* بايد تاحدي نسبت به سرعت حركت آن*ها و اين كه بالاي صفر مطلق هستند يا نه، نامطمئن باشيد،* مگر اين كه وسعت آزمايش شما به اندازه كل هستي باشد!
فكر مي*كنيد سردترين جاي منظومه شمسي ما كجاست؟
سردترين جايي كه تا به حال در منظومه شمسي ما پيدا شده، روي كره ماه است. سال گذشته، ماهواره اكتشافي ماه ناسا، دماي گودال هميشه در سايه*اي را در قطب جنوب ماه اندازه*گيري كرد: 240- درجه سانتي*گراد. اين دما حتي از دماي اندازه*گيري شده براي پلوتو كه فاصله*اش از خورشيد 40 برابر فاصله زمين از خورشيد است نيز 10 درجه سردتر است.
فكر مي*كنيد سردترين جرم طبيعي دنيا چه چيزي باشد؟
سردترين جاي شناخته شده دنيا، قلب سحابي بومرنگ است كه در منظومه قنطورس قرار گرفته و پنج*هزار سال نوري با ما فاصله دارد. دانشمندان در سال 1997/ 1376 گزارش كردند كه گازهاي به جا مانده از يك ستاره مركزي در حال مرگ، با سرعت خبره*كننده*اي جارو مي*شوند و آن ناحيه از فضا تا دماي يك درجه كلوين سرد شده است، يعني تنها يك درجه گرم*تر از دماي صفر مطلق. معمولا آثار به جا مانده از تشعشعات حاصل از انفجار بزرگ، يا همان تابش ريزموج زمينه كيهاني، ابرهاي گازي موجود در فضا را تا 2.7 كلوين گرم مي كند. اما انبساط سحابي بومرنگ نوعي يخچال كيهاني پديد آورده كه باعث مي*شود گازها سرماي غيرعادي خود را همچنان حفظ كنند و گرم*تر از اين نشوند.
با اين حساب، سردترين جسم موجود در فضا چيست؟
اگر ماهواره*هاي مصنوعي را هم به حساب بياوريد، *هنوز اجرام سردتري هم پيدا مي*شود. برخي ابزار موجود در تلسكوپ فضايي پلانك متعلق به آژانس فضايي اروپا،* كه ارديبهشت ماه 1388 به فضا پرتاب شد، تا دماي 0.1 كلوين سرد شده*اند تا پارازيت*هاي ريزموجي را كه ممكن است ديد ماهواره را مختل نمايند،* متوقف كنند. محيط فضا، در تركيب با سيستم*هاي خنك*كننده مكانيكي و سرمازاهايي كه از گازهاي هليوم و هيدروژن استفاده مي*كردند، طي چهار مرحله متوالي توانستند سردترين جرم فضا را در 0.1 كلوين نگه دارند.
كم*ترين دمايي كه در آزمايشگاه*ها به آن دست يافته*ايم، چه قدر بوده است؟
با همه آن*چه گفته شد، ركورد كم*ترين دما متعلق به يك آزمايشگاه روي سياره زمين است. در سال 2003/ 1382 دانشمندان موسسه فناوري ماساچوست (ام.آي.تي) اعلام كردند كه ابري از اتم*هاي سديم را تا 0.45 نانوكلوين سرد كرده*اند، كه اين رقم ركورد را شكست. پيش از آن،* در سال 1999/ 1378 دانشمندان دانشگاه صنعتي هلسينكي در كشور فنلاند توانسته بودند قطعه*اي از فلز روديم را تا 1 نانوكلوين سرد نمايند. با اين وجود، اين دما تنها براي نوع خاصي از جنبش (كه در كوانتوم چرخش هسته*اي ناميده مي*شود) است و نه دماي كلي همه جنبش*هاي ممكن.
فكر مي*كنيد گازها در دماي نزديك به صفر مطلق چه رفتار عجيب و غريبي از خود نشان مي*دهند؟
در گازها، مايعات و جامداتي كه روزمره با آن*ها سر و كار داريم،* جنبش اتم*ها و مولكول*ها و برخورد آن*ها با يكديگر باعث گرما يا انرژي حرارتي مي*شود. اما در دماهاي بسيار پايين، چنين نيست. در اين دماها، قوانين عجيب مكانيك كوانتوم حاكم است؛ به طوري كه مولكول*ها به روال معمول با يكديگر برخورد نمي*كنند، بلكه امواج مكانيكي كوانتوم آن*ها گسترش مي*يابند و با هم هم*پوشاني پيدا مي*كنند. وقتي آن*ها بدين صورت هم*پوشاني پيدا مي*كنند، حالت چگالش بوز- انيشتين را شكل مي*دهند كه در آن، اتم*ها به نحوي رفتار مي*كنند كه انگار يك اَبَراتم واحد هستند. اولين چگالش بوز- انيشتين خالص،* در سال 1995/ 1374 در كلرادو با استفاده از ابر اتم*هاي روبيديومي ساخته شد كه تا دماي كم*تر از 170 درجه كلوين سرد شده بودند و پديدآورندگان آن، توانستند جايزه نوبل فيزيك را از آن خود كنند.
پاسخ با نقل قول
علاقه مندی ها (بوک مارک ها)