الصفر المطلق : تحدي الوصول لأدنى درجة حرارة ممكنة

الصفر المطلق هو أدنى درجة حرارة ممكنة نظرياً، حيث تنعدم حركة الذرات والجزيئات تماماً. يُعادل الصفر المطلق -273.15 درجة مئوية أو -459.67 درجة فهرنهايت. ويُعد الوصول إلى هذه الدرجة مستحيلًا في ظلّ التكنولوجيا الحالية، لكن العلماء تمكنوا من الاقتراب منه بشكلٍ كبير باستخدام تقنياتٍ متطورة.

قياس درجة الحرارة هذه، وبالتالي الصفر المطلق، تم تحقيقه جزئيًا من خلال تسييل غازات معينة. في الواقع، يحدث هذا الانتقال من الطور الغازي إلى الطور السائل عند درجات حرارة منخفضة جدًا، مما قد يعطي فكرة دقيقة عن ماهية الصفر المطلق.

وهكذا، يسيل النيتروجين عند درجة حرارة حوالي -200 درجة مئوية. وكذلك، فإن درجة حرارة تسييل الهيدروجين منخفضة جدًا أيضًا. لكن الهيليوم هو الذي يقترب من الصفر المطلق عند تسييله عند درجة حرارة -270 درجة مئوية.

منذ بداية القرن الثامن عشر، أسس عمل بعض العلماء، مثل الفيزيائي الفرنسي (Guillaume Amontons)، علاقة بين درجات الحرارة المنخفضة للغاية هذه وبين تسييل بعض الغازات.

في منتصف القرن التاسع عشر، أنشأ اللورد (Kelvin)، الذي عمل على تسييل غازات أخف من النيتروجين، وحدة قياس تحمل اسمه، (Kelvin). لها خصوصية اتخاذ الصفر المطلق كأساس لها. بمعنى آخر، 0°K (صفر درجة Kelvin) = -273.15 درجة مئوية.

خصائص الصفر المطلق :

• عدم اهتزاز الذرات : عند الوصول إلى الصفر المطلق، تتوقف حركة الذرات والجزيئات تماماً، ممّا يعني انعدام طاقتها الحركية.
• الاعتلاج أو القصور الحراري : يُعدّ الصفر المطلق قياساً لانعدام الاعتلاج أو القصور الحراري، وهو مقياس للفوضى في النظام.
• تسييل الغازات : تُساعد عملية تسييل بعض الغازات، مثل النيتروجين والهيدروجين، على الاقتراب من الصفر المطلق.

الوصول إلى الصفر المطلق 

من المستحيل، في الحالة الراهنة لمعرفتنا، الوصول إلى الصفر المطلق، والذي يظل بالتالي، كما رأينا، قياسًا نظريًا. حتى الخلفية الكونية الميكروية، هذه البقايا من الإشعاع المنبعث بعد وقت قصير من الانفجار العظيم، تحتفظ بمتوسط ​​درجة حرارة 2.73 °K.

تجعل بعض التقنيات، مثل جهاز (cryogenic cooler)، من الممكن الاقتراب من الصفر المطلق، دون الوصول إليه. ومع ذلك، فإن تجربة أجريت في بريمن بألمانيا على معدات تسمى "free-fall drop tower"، سمحت من الإقتراب من الصفر المطلق. في الواقع، وصلنا إلى درجة حرارة منخفضة للغاية تبلغ 0.000000000038 °K ! وهو إنجاز عظيم.

الخلاصة

يُعدّ الصفر المطلق مفهومًا هامًا في الفيزياء، وله تطبيقاتٌ واسعةٌ في مجالاتٍ علميةٍ وتقنيةٍ متعددة. بينما الوصول إلى الصفر المطلق مُستحيلٌ حاليًا، إلا أنّ العلماء تمكنوا من الاقتراب منه بشكلٍ كبيرٍ باستخدام تقنياتٍ متطورة.