ما هو الصفر المطلق في العلم؟

يتم تعريف الصفر المطلق على أنه النقطة التي لم يعد فيها الحرارة يمكن إزالته من النظام ، وفقًا لـ مطلق أو مقياس درجة الحرارة الحرارية. هذا يتوافق مع الصفر كلفنأو ناقص 273.15 ج. هذا هو صفر على مقياس رانكين وناقص 459.67 F.

تفترض النظرية الحركية الكلاسيكية أن الصفر المطلق يمثل غياب حركة الجزيئات الفردية. ومع ذلك ، تظهر الأدلة التجريبية أن هذا ليس هو الحال: بل يشير إلى أن الجسيمات عند الصفر المطلق لها حركة اهتزازية ضئيلة. بعبارة أخرى ، بينما لا يمكن إزالة الحرارة من نظام عند الصفر المطلق ، فإن الصفر المطلق لا يمثل أقل حالة حرارية ممكنة.

في ميكانيكا الكم ، يمثل الصفر المطلق أدنى طاقة داخلية للمادة الصلبة في حالتها الأرضية.

درجة الحرارة يستخدم لوصف درجة حرارة الجسم أو البرودة. تعتمد درجة حرارة الجسم على السرعة التي تتذبذب بها ذراته وجزيئاته. على الرغم من أن الصفر المطلق يمثل التذبذبات في أبطأ سرعتها ، إلا أن حركتها لا تتوقف تمامًا.

ليس من الممكن ، حتى الآن ، الوصول إلى الصفر المطلق - على الرغم من أن العلماء اقتربوا منه. حقق المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) درجة حرارة باردة قياسية بلغت 700 nK (مليار من الكلفن) في عام 1994. سجل باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا رقما قياسيا جديدا بلغ 0.45 نيوتن في عام 2003.

لقد أظهر الفيزيائيون أنه من الممكن الحصول على درجة حرارة كلفن سلبية (أو رانكين). ومع ذلك ، هذا لا يعني أن الجسيمات أبرد من الصفر المطلق ؛ بدلا من ذلك ، هو إشارة إلى أن الطاقة قد انخفضت.

هذا لأن درجة الحرارة هي الديناميكا الحرارية الكمية المتعلقة بالطاقة والنتروبيا. مع اقتراب النظام من طاقته القصوى ، تبدأ طاقته في الانخفاض. يحدث هذا فقط في ظروف خاصة ، كما هو الحال في حالات شبه التوازن التي لا يكون فيها الدوران حالة توازن مع مجال كهرومغناطيسي. لكن مثل هذا النشاط يمكن أن يؤدي إلى درجة حرارة سلبية ، على الرغم من إضافة الطاقة.

الغريب أن النظام عند درجة حرارة سالبة يمكن اعتباره أكثر سخونة من نظام عند درجة حرارة موجبة. وذلك لأن الحرارة تُحدد وفقًا لاتجاه تدفقها. عادة ، في عالم درجة الحرارة الإيجابية ، تتدفق الحرارة من مكان أكثر دفئًا مثل الموقد الساخن إلى مكان أكثر برودة مثل الغرفة. تتدفق الحرارة من نظام سلبي إلى نظام إيجابي.

في 3 يناير 2013 ، شكل العلماء غازًا كموميًا يتكون من البوتاسيوم الذرات التي لها درجة حرارة سلبية من حيث درجات الحركة للحرية. قبل ذلك ، في عام 2011 ، أظهر ولفجانج كيتريل وباتريك ميدلي وفريقهم إمكانية درجة الحرارة المطلقة السلبية في النظام المغناطيسي.

يكشف بحث جديد في درجات الحرارة السلبية عن سلوك غامض إضافي. على سبيل المثال ، قام عالم الفيزياء النظرية في جامعة كولونيا ، في ألمانيا ، أكيم روش ، بحساب تلك الذرات عند درجة حرارة مطلقة سلبية في قد يتحرك مجال الجاذبية "للأعلى" وليس "للأسفل" فقط. قد يحاكي غاز تحت الصفر الطاقة المظلمة ، مما يجبر الكون على التوسع بشكل أسرع وأسرع ضد الداخل سحب الجاذبية.

ميرالي ، ضياء. "غاز الكم يتعدى الصفر المطلق." طبيعة، مارس. 2013. دوى: 10.1038 / الطبيعة .2013.12146.

ميدلي ، باتريك ، وآخرون. "تبريد مغنطة التدرج المغنطيسي لذرات الموجات فوق الصوتية." رسائل المراجعة البدنية ، المجلد. 106 ، لا. 19 مايو 2011. doi.org/10.1103/PhysRevLett.106.195301.