گرم ترین دما در دنیا شناخته شده ما چقدر است؟ - پزشکی مدرن

به گزارش خبرنگاران، این موضوع در وهله اول احتیاج به این دارد که ما تکلیف خود را با مفهوم دما روشن کنیم. اولین چیزی که ممکن است هنگام فکر کردن به دما به فکر خطور کند، توصیف مقدار گرمای یک جسم باشد. گرما یا انرژی حرارتی بخش مهمی از این شرح است. درک شهودی ما از گرما این است که گرما از منابعی با دمای بالاتر به منابع با دمای پایین تر جریان می یابد، مانند یک فنجان چای داغ که در حین دمیدن به آن خنک می گردد.

از نظر فیزیک، انرژی حرارتی بیشتر شبیه میانگین گیری حرکات تصادفی در یک سیستم است که معمولاً در بین ذراتی مانند اتم ها و مولکول ها رخ می دهد. برای مثال، دو جسم با مقادیر متفاوت انرژی حرارتی را به مقدار کافی نزدیک قرار دهید تا یکدیگر را لمس نمایند، حرکات تصادفی تا زمانی که هر دو جسم در تعادل باشند با هم ترکیب می شوند. در این فرآیند، گرما به عنوان نوعی انرژی، با واحد ژول مقدار گیری می گردد. از طرف دیگر دما انتقال انرژی از منطقه ها گرمتر به منطقه ها سردتر را حداقل از نظر تئوری توصیف می نماید و معمولاً به عنوان یک مقیاس، در واحد هایی مانند کلوین، سلسیوس یا فارنهایت توصیف می گردد. شعله یک شمع ممکن است دمای بالایی در مقایسه با کوه یخ داشته باشد، اما مقدار انرژی حرارتی موجود در فتیله گرم شده آن وقتی در مقابل کوه آب یخ زده قرار می گیرد، تفاوت چندانی ایجاد نمی نماید.

پس صفر مطلق دقیقاً چیست؟

صفر مطلق یک دما است و مبنای مقدار گیری انتقال نسبی انرژی گرمایی است. در تئوری، این مبنا نقطه ای را در مقیاس دما مشخص می نماید که به لطف قوانین ترمودینامیک، دیگر نمی توان آن را از یک سیستم حذف کرد. از نظر عملی، این نقطه دقیق برای همواره دور از دسترس است. اما می توانیم به طرز وسوسه انگیزی به آن نزدیک شویم. تنها چیزی که برای این کار احتیاج داریم، راه هایی برای کاهش میانگین انرژی گرمایی پخش شده در بین ذرات یک سیستم است که شاید با یاری لیزر، یا نوع مناسب میدان مغناطیسی فلیپ فلاپ، می توان آن را محقق کرد. اما در نهایت، همواره یک میانگین کاهش انرژی وجود دارد که باعث می گردد دما کسری بالاتر از حد تئوری آن چیزی باشد که می توان استخراج کرد.

حالا گرم ترین دمای ممکن چیست؟

اگر صفر مطلق محدودیتی را برای برداشت انرژی حرارتی از یک سیستم مشخص می نماید، ممکن است منطقی باشد که برای اینکه چقدر انرژی حرارتی را می توانیم به یک سیستم انتقال دهیم نیز محدودیتی وجود دارد. در واقع، بسته به نوع سیستمی که ما در خصوص آن صحبت می کنیم، چند محدودیت وجود دارد. در یک حالت افراطی چیزی به نام دمای پلانک وجود دارد که معادل 1.417 در 1032 کلوین (یا چیزی در حدود 141 میلیون میلیون میلیون میلیون میلیون درجه) است. این همان چیزی است که دانشمندان اغلب از آن به عنوان گرم مطلق یاد می نمایند. هیچ چیز در دنیا امروزی به این مقدار دما ها نزدیک نمی گردد، اما برای لحظه ای کوتاه و درست در سپیده دم شکل گیزی حیات، این دما وجود داشت. در آن کسری از ثانیه - در واقع یک واحد زمان پلانک - زمانی که مقدار کیهان فقط یک طول پلانک بود، حرکت تصادفی محتویات آن تقریباً تا این دما رسیده بود.

شرح این فرآیند، به نظر می رسد به بخشی از علم فیزیک احتیاج دارد که ما هنوز به آن دسترسی نداریم. بخشی که آنچه را که در خصوص مکانیک کوانتومی می دانیم با نظریه نسبیت عام انیشتین متحد می نماید. این ها نیز نیز به نوبه خود از شرایط بسیار خاص هستند که زمان و مکان را هرگز تا این حد محدود نخواهد کرد. امروزه برترین چیزی که کیهان می تواند مدیریت کند، چند تریلیون درجه ناچیز است که هنگام کوبیدن اتم ها به یکدیگر در یک برخورد دهنده ایجاد می کنیم.

معکوس صفر مطلق!

اما راه دیگری برای درک این مقدار گرما وجود دارد، روشی که کل مسئله دما را تغییر می دهد. به خاطر داشته باشید که انرژی حرارتی میانگین حرکت در بین اجزای یک سیستم را توصیف می نماید. تنها چیزی که ضروری است این است که درصد کمی از ذرات آن به طور پر هرج و مرج در حال پرواز باشند تا به عنوان گرم شناخته شوند. پس چه اتفاقی می افتد اگر این حالت را برگردانیم و ذرات زیپ بسیار بیشتری نسبت به ذرات کند داشته باشیم؟ این همان چیزی است که فیزیکدانان آن را توزیع معکوس ماکسول-بولتزمن می نامند، و به طرز عجیبی، با استفاده از مقادیر زیر صفر مطلق توصیف شده است.

به نظر می رسد این سیستم عجیب، قوانین فیزیک را کنار گذاشته است. ما نه تنها آن را به عنوان یک منفی تا صفر مطلق مشخص می کنیم، بلکه از نظر فنی داغتر از هر مقدار مثبت است. به عنوان یک ویژگی عجیب، این چیزی نیست که ما بتوانیم در هر گوشه طبیعی کیهان پیدا کنیم. برای یک چیز، به مقدار بی نهایت انرژی و سپس مقداری انرژی احتیاج دارد. این بدان معنا نیست که ما نمی توانیم قوانین را نادیده بگیریم و چیزی شبیه به آن بسازیم. در سال 2013 فیزیکدانان دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیانس مونیخ و موسسه اپتیک کوانتومی ماکس پلانک در آلمان نشان دادند که گاز های اتمی در تنظیمات بسیار خاص محدودیت های انرژی بالایی را تحمیل می نمایند.

نتایج یک سیستم پایدار از ذرات با انرژی جنبشی بسیار زیادی بود که دیگر نمی توان به داخل آن رانده شد. تنها راه برای توصیف این آرایش خاص استفاده از مقیاس دمایی بود که به کلوین منفی یا چندین میلیاردم درجه پایین تر می رفت، یعنی همان صفر مطلق. چنین حالت عجیبی در تئوری می تواند انرژی حرارتی را نه تنها از فضا های گرمتر، بلکه از فضا های سردتر نیز جذب کند و آن را به یک هیولای واقعی دما های شدید تبدیل کند. در واقع، در این گوشه اهریمنی کیهان، ماشینی وجود دارد که می تواند با بازدهی بیش از 100 درصد از گرما و سرما به طور یکسان تغذیه گردد و دمایی مافوق تصور را ایجاد کند.

منبع: sciencealert

ترجمه: مصطفی جرفی-خبرنگاران