WhatsAppRedditUlashishElektron pochtaTvitlashPin0 ta ulashish
Koinot haddan tashqari narsalarga to'la. Eng tezkor, eng qadimgi, eng uzoq — tabiatning yaratganlariga qoyil qolish, o'rganish va hayratlanish uchun son-sanoqsiz narsalar mavjud. Lekin eng sovuq joylar haqida nima deyish mumkin? Ehtimol, siz mutlaq nol haqida eshitgansiz, lekin unga yetganingizda nima bo'lishini bilasizmi? Yoki nima uchun hech narsa bundan sovuqroq bo'la olmaydi?
Mutlaq nolning asosiy tushunchasi 1702-yilda kashf etilgan. Fransuz ixtirochisi Guillaume Amontons havo bosimi va harorat o'zaro bog'liqligini anglab yetgandan so'ng, mumkin bo'lgan eng past harorat mavjudligi haqida nazariyani ilgari surdi. Uning tajribalari uni bosim pasaymaydigan va shuning uchun harorat pasaymaydigan nuqta bo'lishi kerak degan xulosaga olib keldi.
Amontons minimal mumkin bo'lgan haroratni -240°C deb taklif qildi. Uning atom harakati haqida hech qanday tushunchasi yo'qligini va uning taklifi 1700-yillarning boshlariga borib taqalishini hisobga olsak, uning haqiqatga qanchalik yaqinlashgani juda ta'sirli.
Faqat 1848-yilgacha fizik Uilyam Tomson, Lord Kelvin nomi bilan tanilgan, shkala yetarlicha aniqlik bilan aniqladi va o'zining Kelvin shkalasini yaratdi. Uning motivlaridan biri mantiqiy bo'lgan va manfiy sonlarga ehtiyojni bartaraf etadigan absolyut harorat shkalasini yaratish edi. Noldan boshlab, faqat yuqoriga qarab harakatlanish mumkin.
Albatta, kundalik hayotda ko'pchiligimiz uchun Kelvin shkalasi amaliy bo'lmagan va noqulay tuyuladi. Axir, Selsiy shkalasi ancha mantiqiyroq, chunki u oddiy odamlar uchun tushunarli bo'lgan suvning qaynash va muzlash nuqtalariga asoslangan.
Yaxshiyamki, olimlar shunchaki o'yin-kulgi uchun doimiy ravishda ekstremal haroratlar bilan tajriba o'tkazmoqdalar, shuning uchun bu mavzu bo'yicha ko'plab tadqiqotlar olib borilmoqda. O'zingizga iliq ichimlik oling va keling, bilib olaylik.
Mutlaq nol fizikasi
Insoniyat fut, arqon, akr va shunga o'xshash o'lchov birliklarining juda g'alati tarixiga ega bo'lgani uchun, biz izchil yoki mantiqiy biror narsa ishlab chiqishimiz uchun biroz vaqt kerak bo'ldi. Selsiy va Farengeyt shkalalari mashhur edi, ammo Kelvin shkalasi hamma narsani jiddiy qabul qiladi. Absolyut nol 0 Kelvinni, ya'ni mumkin bo'lgan eng past haroratni anglatadi. Bu -273°C yoki -459.67°F ga to'g'ri keladi.
Sovuqlik har qanday moddaning nisbiy xususiyati bo'lib, uning atomlarining harakati bilan bog'liq. Shuning uchun uning chegarasi bor va shuning uchun eng past haroratga - mutlaq nolga erishish mumkin. Bu moddaning atomlari butunlay harakatlanishni to'xtatadigan yoki unga iloji boricha yaqinlashadigan va termodinamik tizim eng past energiyaga ega bo'lgan nuqtadir.
Bu atomlar absolyut nolda butunlay harakatlanishdan to'xtagan degani emas, balki faqat atom energiyasini umuman o'tkazib bo'lmaydi deganidir. Eng kichik miqdordagi issiqlik ham, hatto eng ahamiyatsiz, zo'rg'a o'lchanadigan issiqlik ham ajralib chiqmaydi. Issiqlik atomlarning harakati orqali ajralib chiqadi va bu atomlar bu energiyani ular bilan aloqa qiladigan boshqa atomlarga o'tkazadi, shuning uchun absolyut nolda issiqlik o'tkazilmaydi.
Ko'pchiligimiz uchun mutlaq nol aslida arzimas narsadan boshqa narsa emas. Biz uni real hayotda hech qachon kashf eta olmaymiz va agar kashf etsak, uni qadrlashga ko'p vaqtimiz bo'lmaydi, chunki bu bizni juda tez o'ldiradi.
Mutlaq nolga deyarli erishilgan laboratoriya sharoitida olimlar fizikada sezilarli o'zgarishlarni kuzatdilar. Masalan, juda past haroratlarda ba'zi moddalar tortishish kuchiga qarshi chiqib, pastga emas, balki yuqoriga qarab oqadi. Kimyoviy reaksiyalar ham sovuqqa bo'ysunishga majbur.
Absolyut nol nuqtada har qanday kimyoviy reaksiya nazariy jihatdan darhol to'xtashi kerak. Absolyut nol nuqta yaqinlashganda, olimlar odatda bir soniyaning kasrlarida sodir bo'ladigan reaksiyalarni sezilarli darajada sekinlashtirishi mumkin, bu ularga reaksiya jarayonini kuzatish va hatto boshqarish imkonini beradi.
Ultrasovuq harorat fani bizga kvant mexanikasi kabi oddiy haroratlarda mavjud bo'lmagan hodisalarni o'rganish imkonini beradi. Aynan shuning uchun ham bu soha olimlar uchun juda qiziqarli: u ularga koinotdagi zarrachalar va reaksiyalarning mavjudligining asosiy mexanizmlarini o'rganish va kuzatish imkonini beradi, ammo bu bizga ko'rinadigan tarzda.
Koinotdagi eng sovuq joy
Kosmosning chuqurliklari nihoyatda sovuq ekanligini hamma biladi, lekin mutlaq nolga kelganda, u shunchaki iliq bo'ladi. Kosmosning eng qorong'u nuqtalarida harorat 2,7 Kelvinga etadi. Albatta, bu har qanday tirik mavjudotni o'ldiradi, chunki u -270,45°C yoki -453,8°F, ammo bu hali ham mutlaq noldan ancha uzoq.
Albatta, kosmosdagi harorat bir xil emas. Quyoshimiz kabi yulduzlar yaqinlashganda havoni isitadi, shuning uchun past haroratga erishish uchun siz sahroda joy topishingiz kerak.
Yerdan 5000 yorug'lik yili uzoqlikda Bumerang tumanligi deb ataladigan joy joylashgan. U chang va ionlashtiruvchi gazlardan iborat bo'lib, ehtimol siz topadigan eng sovuq tabiiy joydir. Tumanlikning markazida qizil gigant o'lmoqda va u barcha yulduzli materialini astronomik darajada yuqori tezlikda, F-16 qiruvchi samolyotidan taxminan 250 marta tezroq yo'qotayotgan bir paytda, u ham tez issiqlikni yo'qotmoqda.
Tumanlikning harorati mutlaq noldan taxminan bir daraja Selsiy yuqori ekanligi o'lchandi. Taqqoslash uchun, Yer yuzida qayd etilgan eng sovuq harorat 1983-yilda -89,2°C (-128,6°F) bo'lgan. Bu 183,95 Kelvinni tashkil qiladi. Bu harorat Antarktidadagi Vostok stantsiyasida qayd etilgan. Bu shuni anglatadiki, tumanlikdagi harorat Yer yuzida bo'lganidan taxminan uch baravar pastroq, bu esa aslida bo'lganidan ancha qo'rqinchliroq tuyuladi.
Laboratoriyada mutlaq nolni yaratish mumkinmi?
Mutlaq nolning qiziqarli jihatlaridan biri shundaki, olimlar laboratoriya sharoitida unga juda yaqinlashishga muvaffaq bo'lishdi. Ba'zi ilmiy tushunchalar juda nazariy bo'lib qolishi kerak. Hali hech kim qora tuynuk yaratishda yoki vaqt sayohatini o'ylab topishda muvaffaqiyatga erisha olmagan. Ammo agar siz mutlaq nolni qidirsangiz, hozirgacha erishgan eng yaxshi natijamiz 38 ta pikokelvin bo'lib, bu mutlaq noldan 38 trilliondan bir daraja yuqori. Bunga Germaniya laboratoriyasida magnitlangan rubidiy gazini minoraga tushirish orqali erishildi; hozirda juda sovuq moddalar aynan shunday ishlab chiqarilmoqda.
Trillionga 38 qism nihoyatda yaqin tuyulsa-da, biz bu qiymatga hech qachon yaqinlasha olmaymiz. Kvant tebranishlari tufayli mutlaq nolga hech qachon erishib bo'lmasligi odatda qabul qilinadi. Termodinamika bizga mutlaq eng past haroratga erishishimizga ham to'sqinlik qiladi va biz bu haqda biroz keyinroq muhokama qilamiz.
Insoniyatga kelsak, yana bir to'siq texnologiyaning nomukammalligidir. Biror nuqtada, aftidan 38 trilliondan bir darajadan oshib ketganda, biz mukammal absolyut nolga erishganimizni ishonch bilan aytish uchun yetarlicha aniqlik bilan o'lchay olmaymiz. Absolyut nol va uning eng kichik kasri bizning asboblarimizning ko'rsatkichlaridan farq qilmaydi.
O'lchov asboblari bilan bog'liq muammo shunchalik jiddiyki, agar biz mutlaq nolga erisha olsak ham, ehtimoliy noaniqlik tufayli buni anglamasligimiz mumkinligi taxmin qilingan. Buning uchun haroratni cheksiz aniqlik bilan o'lchashga qodir termometr kerak bo'ladi va bunday qurilma, albatta, mavjud emas, shuning uchun biz hech qachon kerakli aniq o'lchovlarni ololmaymiz.
Yaxshiyamki, ushbu tadqiqot sohasida ishlaydigan ko'plab olimlar aslida mutlaq nolga intilishmaydi. Mutlaq nolga yaqin haroratlar eng katta qiziqish uyg'otadi, chunki ular hali ham juda kichik atom harakatlarini ta'minlaydi. Reaksiyalarni hali ham kuzatish mumkin, mutlaq nolda esa deyarli hech narsa kuzatilmaydi. Bu hech qanday ta'sir ko'rsatmasdan ko'p miqdordagi moddani to'plashning fizik ekvivalentidir.
Mutlaq nol tushunchasi ajoyib bo'lsa-da, u nazariyligicha qolmoqda va ba'zilar hali ham unga texnik jihatdan erishish mumkinmi yoki yo'qmi deb bahslashmoqdalar. Biroq, fan har doim ham bu da'voga qo'shilavermaydi.
Nima uchun bu imkonsiz?
Neil deGrasse Tyson mutlaq nolga erishishning aslida imkonsizligining bir nechta sabablarini keltirdi. Uning birinchi argumenti issiqlik uzatish tamoyiliga asoslangan va u muzlatgich misolida keltirdi. Siz xona haroratidagi ovqatni muzlatgichga qo'yasiz va muzlatgich ichidagi sovuq havo undan issiqlikni olib tashlaydi. Axir, issiqlik mavjud va sovuq shunchaki uning yo'qligidir. Siz bu issiqlik energiyasini biror narsadan olib tashlaysiz va u sovuq bo'lib qoladi; unga hech narsa qo'shishingiz shart emas.
Shunday qilib, muzlatgichdagi sovuq havo iliqroq ovqatdan issiqlikni muzlatgich, muzlatgich yoki boshqa issiqlik yo'qotilayotgan joylarning umumiy haroratiga yetguncha olib tashlaydi. Ammo Kelvin shkalasida mutlaq nol bilan bog'liq muammo bor. Har qanday narsadan oxirgi issiqlik tomchisini olib tashlash va mutlaq nolga erishish uchun sizga mutlaq noldan sovuqroq narsa kerak (bu videoda taxminan 8:20 belgisidan boshlanadi). Deyarli o'lchab bo'lmaydigan oxirgi issiqlik miqdorini olib tashlash uchun sizga undan sovuqroq narsa kerak. Lekin bunday narsa qanday qilib mavjud bo'lishi mumkin?
Tayson ikkinchi muammoni tushuntirishda davom etmoqda. Kvant fizikasiga ko'ra, zarrachadagi atomlarning qayerda ekanligini aniq bilish hech qachon mumkin emas. Kvant tebranishlari doimiy ravishda mavjud bo'lishi kerak, bu esa bu atomlarning ozgina bo'lsa ham tebranishiga imkon beradi. Atomlarning to'liq to'xtab qolishiga to'sqinlik qiladigan mutlaq nol kvant chegarasi bo'lishi kerak, chunki agar ular to'xtab qolsa, har qanday atomning joylashuvini aniq aniqlash mumkin edi va bu shunchaki fizikaga to'g'ri kelmaydi.
1912-yilda cheklangan vaqt oralig'ida mutlaq nolga erishishning iloji yo'qligi haqida nazariy gipoteza ilgari surildi. Bu erishib bo'lmaydiganlik printsipi sifatida tanilgan. Bu Taysonning mutlaq nolga erishish uchun issiqlik stressini darajaning oxirgi qismiga kamaytirish yo'lini topish haqidagi birinchi tezisidan kelib chiqadi.
Tajribalar shuni ko'rsatdiki, biror narsani absolyut nolga qadar sovutish uchun cheksiz ish yoki cheksiz katta sovutish rezervuari kerak. Biror narsa absolyut nolga yaqinlashganda, uning entropiyasi ham nolga yaqinlashadi va fizikaga ko'ra, tizimni nol entropiya holatiga cheklangan miqdordagi bosqichlarda tayyorlash mumkin emas.
Bir tajriba shuni ko'rsatdiki, mutlaq nolga nazariy jihatdan erishish mumkin, ammo buning uchun uchta komponent kerak: vaqt, murakkablik va energiya. Ushbu tajriba shuni ko'rsatdiki, mutlaq nolga erishish uchun ushbu komponentlardan birining cheksiz miqdori talab qilinadi. Iloji bo'lsa, maqsadga erishish mumkin. Siz buni imkonsiz deyishning yana bir usuli ekanligini tushunishingiz mumkin.
Nazariy jihatdan nima bo'lar edi?
Ma'lumki, absolyut nolga teng bo'lgan juda past haroratlarda Bose-Eynshteyn kondensati (BEC) hosil bo'ladi. BEC moddaning muqobil holati hisoblanadi, ammo u faqat shunday juda past haroratlarda mavjud. U gaz o'ta soviganida hosil bo'ladi, bu esa atomlar yoki subatomik zarrachalarning kvant mexanik mavjudotga birlashishiga olib keladi. Bu juda ilmiy fantastika kabi tuyuladi, lekin asosan bu atomlar bitta to'lqin funktsiyasi sifatida harakat qilishini anglatadi, go'yo ular shunchaki bitta superatomga birlashgandek.
Eynshteyn, Bose formulalaridan foydalanib, bu amalda namoyish etilishidan o'nlab yillar oldin sodir bo'lishini bashorat qilgan edi, ammo u kvant mexanikasi qoidalariga bo'ysunadi. Biroq, bu faqat past haroratlarda sodir bo'lishi mumkin, chunki alohida atomlar shunday past energiyalarda bo'lishi kerakki, ular birgalikda harakatlana boshlaydi.
Agar biz Bose-Eynshteyn kondensat holatidan o'tib, haqiqiy absolyut nolga erisha olsak, materiya barcha kinetik energiyasini yo'qotadi. Agar kinetik energiya bo'lmasa va atomlar muzlab qolgan holda bo'lsa, siz kuzatgan narsa endi materiya deb hisoblanmaydi. Hozirgi vaqtda, biz tushungan fizika materiyaning shunchaki materiya bo'lib qolishini to'xtatmaydi.
Sizni qiziqtirishi mumkin bo'lgan boshqa maqolalar