إلى أي درجة قد تصل البرودة؟ جواب هذا السؤال قد يكون أكثر أهمية مما نظن. يدرس العلماء منذ فترة الصفر المطلق لمعرفة كل الأشياء التي تحصل على مستوى الجزيئات عندما تُبطئ درجات الحرارة المنخفضة من حركتها. لكن الصفر المطلق ظل نقطة جدل إلى غاية أن قرر باحثان تولي هذه القضية.

absolute zero is impossible


 الصفر المطلق هو أدنى درجة حرارة ممكنة نظريا: -0 كلفن أو حوالي -273.15 درجة مئوية. من ناحية أخرى، الأنتروبيا (كلمة مأخوذة من اليونانية Entropy) هي مقياس العشوائية أو درجة الإضطراب وفوضى الجزيئات داخل نظام معين (هنا التعريف بالتفصيل من ويكيبيديا).
 قدم عالم الكيمياء الألماني والذر نرنست سنة 1906 مقترحا يقول بأنه كلما اقتربت درجة الحرارة من 0 كلفن كلما كانت الأنتروبيا قريبة من الصفر (أي أن حركة الجزيئات تتباطئ كلما انخفضت درجة الحرارة إلى غاية التجمد). لكن نفس العالم اقترح سنة 1912 نظرية تقول بأن الصفر المطلق أمر مستحيل ولا يمكن الوصول إليه، كل هذه المبادئ شكلت ما يسمى بالقانون الثالث للديناميكية الحركية، ومع ذلك، لم يتفق غالبية العلماء حول هذا القانون وبقي محل جدل منذ ذلك الحين إلى غاية سنة 2017 أين قام باحثين من جامعة لندن بتسوية المسألة.


 المشكلة أن درجة الحرارة صفر كلفن تمثل الحد الأدنى من الحركة على الإطلاق، لكن هذا لا يعني أنه لا توجد أي حركة تماما، وذلك بسبب مبدأ عدم اليقين لـ هايزنبرغ الذي ينص على أننا لا نستطيع أن نعرف بالتدقيق مكان الجسيمات وزخم حركتها في نفس الوقت (زخم الحركة أو بالإنجليزية momentum هي حاصل ضرب كتلة الجسم في سرعته).
 هذا يعني أنه لاتزال هناك تقلبات في صغيرة في الحركة، فكيف يمكن إذن أن تنتقل الأنتروبيا إلى الصفر؟ الجواب هو: لا يمكن.

ice-bubble


 هذا هو محور الدراسة الجديدة من الباحثين جوناثان أوبنهايم ولويس ماسانيس والتي تبين أن الوصول إلى 0 كلفن هو مستحيل من الناحية الفيزيائية.
 لتسهيل فهم ذلك فكر بهذه الطريقة: تبريد نظام ما هو "تجريف" أو "استخلاص" الحرارة من داخل هذا النظام إلى خارجه أي إلى البيئة المحيطة به. لكن التبريد له حدود، يحددها حجم البيئة المحيطة إضافة إلى المراحل اللازمة لتجريف الحرارة إلى خارج ذلك النظام.


 يقول الدكتور لويس ماسانيس بأن "من المستحيل تبريد النظام إلى الصفر المطلق في وقت محدود" وأنهم "أقاموا علاقة بين عامل الوقت وأدنى درجة حرارة ممكنة، هي سرعة التبريد".

 يذكر أن العالمان استخدما الميكانيك الكُمّية للوصول إلى هذا الإستنتاج، أي أنهما استخدما الحوسبة والكمبيوتر لعرض عملية التبريد داخل التجربة، وبذلك تمكنا من وضع حد لنقاش طويل الأمد حول القانون الثالث للديناميكا الحرارية!


 المراجع: nature - ifl science - newscientist - sciencealerte 


إرسال تعليق Blogger

 
Top