ما هو الصفر المطلق في الديناميكا الحرارية؟

كانت درجة حرارة البيئة وما زالت على مر التاريخ عنصرًا حاسمًا للغاية لبقاء المختلف كائنات حية ، وشيء ميز مستقبل التطور وفي حالة البشر ، طريقة فهم العالم الذي يحيط بنا. يحيط.

في الواقع ، لا يمكن للكثير من الحياة المعروفة أن تعيش إلا ضمن الحدود الحرارية ، وحتى حركة الجسيمات وطاقتها تتغير على المستوى الجزيئي. حتى أن وجود درجات حرارة قصوى يمكن أن يتسبب في توقف حركة الجسيمات دون الذرية تمامًا ، حيث تظل في حالة غياب تام للطاقة. هذه هي حالة الصفر المطلق ، وهو مفهوم طوره كلفن ولأبحاثه أهمية علمية كبيرة.

لكن... ما هو الصفر المطلق بالضبط؟ خلال هذه المقالة سوف نتحقق من ذلك.

• مقالات لها صلة: "عسر الحساب: صعوبة تعلم الرياضيات"

الصفر المطلق: إلى ماذا يشير هذا المفهوم؟

نسمي الصفر المطلق أدنى وحدة درجة حرارة ممكنة ، -273.15 درجة مئوية، وهي حالة تجد فيها الجسيمات دون الذرية نفسها بدون أي نوع من الطاقة ولن تكون قادرة على القيام بأي نوع من الحركة.

يحدث هذا بسبب حقيقة أن حقيقة أن انخفاض درجة حرارة جسم ما يعني ضمنا طرح الطاقة منه ، والتي يعني الصفر المطلق الغياب التام لذلك.

هذه درجة حرارة غير موجودة في الطبيعة والذي يُفترض في الوقت الحالي افتراضيًا (في الواقع ، وفقًا لمبدأ عدم إمكانية الوصول إلى Nernst لتحقيق ذلك درجة الحرارة مستحيلة) ، على الرغم من أن التجارب العلمية تمكنت من الوصول إلى درجات حرارة متشابهة جدًا.

ومع ذلك ، فإن الوصف السابق مرتبط بإدراك هذا المفهوم من منظور الميكانيكا الكلاسيكية. تقترح التحقيقات اللاحقة التي من شأنها أن تترك الميكانيكا الكلاسيكية جانباً لدخول ميكانيكا الكم ذلك في الواقع درجة الحرارة ، لا يزال هناك الحد الأدنى من الطاقة التي من شأنها أن تحافظ على حركة الجسيمات ، أو ما يسمى طاقة نقطة الصفر.

على الرغم من أنه قبل الرؤى الكلاسيكية الأولى في هذه الحالة الافتراضية ، يجب أن تظهر المادة في حالة صلبة نظرًا لعدم وجود حركة أو تختفي عندما معادلة الكتلة بالطاقة والأخيرة غائبة تمامًا ، تقترح ميكانيكا الكم أنه عندما تكون هناك طاقة ، فإن الحالات الأخرى من موضوع.

تحقيقات كلفن

يأتي اسم ومفهوم الصفر المطلق من بحث ونظرية وليام طومسون ، المعروف باسم اللورد كلفن ، الذي شرع في تطوير هذا المفهوم مراقبة سلوك الغازات وكيفية اختلاف حجمها بما يتناسب مع انخفاض درجة الحرارة.

بناءً على ذلك ، بدأ هذا الباحث في حساب درجة الحرارة التي سيكون فيها حجم الغاز صفرًا ، ووصل إلى استنتاج مفاده أنه سيتوافق مع درجة الحرارة المذكورة أعلاه.

استنادًا إلى قوانين الديناميكا الحرارية ، أنشأ المؤلف مقياس درجة الحرارة الخاص به ، مقياس كلفن ، واضعًا نقطة الأصل عند أدنى درجة حرارة ممكنة ، الصفر المطلق. وهكذا ، فإن درجة حرارة 0ºK تقابل الصفر المطلق ، -273.15ºC. جزء من الخلق بواسطة المؤلف المذكور لمقياس درجة الحرارة المتولد من قوانين الديناميكا الحرارية في ذلك الوقت (في عام 1836).

هل هناك شيء ما وراء ذلك؟

مع الأخذ في الاعتبار أن الصفر المطلق هو درجة الحرارة التي لن تكون هناك حركة للجسيمات أو فقط سيكون هناك طاقة متبقية من الصفر المطلق ، ويتساءل المرء إذا كان هناك شيء يمكن أن يوجد خارج درجة الحرارة هذه.

على الرغم من أن المنطق قد يجعلنا نفكر ، بحث أجراه باحثون مختلفون في معهد ماكس بلانك يبدو أنها تشير إلى أنه في الواقع يمكن أن تكون هناك درجة حرارة أقل ، وأنها تتوافق مع درجات حرارة سالبة على مقياس كلفن (أي أقل من الصفر المطلق). إنها ظاهرة يمكن أن تحدث فقط على المستوى الكمي.

قد يحدث هذا في حالة بعض الغازات ، والتي من خلال استخدام الليزر والتجريب تمكنت من الانتقال من درجة حرارة أعلى من الصفر المطلق إلى درجات حرارة سالبة تحت الصفر. ستضمن درجات الحرارة هذه بقاء الغاز المعني ، المُعد بطريقة تجعله ينكمش بسرعة عالية ، مستقرًا. وبهذا المعنى ، فهي تشبه الطاقة المظلمة ، والتي ، وفقًا لبعض الخبراء ، تمنع الكون من الانهيار على نفسه.

• قد تكون مهتمًا بـ: "11 نوعا من التفاعلات الكيميائية"

فيما يمكن إستخدامها؟

إن معرفة وجود الصفر المطلق له تداعيات ليس فقط على المستوى النظري ولكن أيضًا على المستوى العملي. وهو أنه عند تعرضه لدرجات حرارة قريبة من الصفر المطلق ، العديد من المواد تغير خصائصها بشكل كبير.

تم العثور على مثال على ذلك في حقيقة أنه عند درجات الحرارة هذه تتكثف الجسيمات دون الذرية في ذرة كبيرة واحدة تسمى مكثف بوز-آينشتاين. وبالمثل ، يمكن العثور على بعض الخصائص المثيرة للاهتمام بشكل خاص بسبب تطبيقها العملي في السيولة الفائقة أو الموصلية الفائقة التي يمكن أن تصل إليها عناصر معينة في ظل هذه الظروف حراري.

المراجع الببليوجرافية:

• براون ، س. وآخرون. (2013). الذرات عند درجة حرارة مطلقة سلبية - أكثر الأنظمة حرارة في العالم. العلم ، 4. جمعية ماكس بلانك.
• ميرالي ، ز. (2013). "الغاز الكمي ينخفض ​​إلى ما دون الصفر المطلق". طبيعة. دوى: 10.1038 / nature.2013.12146.