Da bi se dostigla apsolutna nula, svi čestice unutar objekta moraju prestati da se kreću.
Apsolutna nula je najniža teoretska temperatura, koju naučnici definišu kao minus 459,67 stepeni Farenhajta (minus 273,15 stepeni Celzijusa). To je čak hladnije od svemira. Do sada, ništa što poznajemo nije dostiglo apsolutnu nulu. Ali da li je uopšte moguće postići ovu ekstremno nisku temperaturu?
Da bismo odgovorili na ovo pitanje, hajde da razjasnimo šta temperatura zapravo jeste. Temperatura se obično doživljava kao merilo toplote ili hladnoće nečega, ali zapravo je to mera energije ili vibracija svih čestica u sistemu. Topli objekti imaju više energije, pa njihove čestice vibriraju brže. Ta tačka na kojoj čestice nemaju nikakvu energiju i, stoga, prestaju da se kreću, definisana je kao apsolutna nula.
Naučnici su zainteresovani za postizanje ovih niskih temperatura jer se pri usporavanju čestica javljaju zanimljivi kvantni efekti. Osnovni princip u kvantnoj mehanici je dualnost talas-čestica – fenomen u kojem čestica, poput fotona svetlosti, može da se ponaša ili kao čestica ili kao talas, objašnjava Sankalpa Ghosh, teoretski fizičar kondenzovane materije na Indijskom institutu za tehnologiju u Delhiju.
Kada se bavimo kvantnim mehaničkim česticama, važno je zapamtiti njihovu „neodvojivost“ – „nije moguće pratiti čestice ili talase pojedinačno kao što možemo sa većim objektima,“ rekao je Ghosh u e-poruci za Live Science. „Porijeklo ovog fenomena može se pratiti do čuvenog Hajzenbergovog principa nesigurnosti koji kvantifikuje verovatnoću kvantno-mehaničkog merenja [što znači da kada je položaj čestice precizno izmeren, njen moment se manje precizno zna, i obrnuto]. Ova verovatna priroda daje talasni karakter kvantnoj mehaničkoj čestici.“
Opseg ovog kvantnog talasnog ponašanja izražen je odnosom između termalne de Broglieove talasne dužine i udaljenosti između čestica. Pri normalnim temperaturama, ovo kvantno ponašanje je zanemarljivo, ali čudni efekti počinju da se pojavljuju kako čestice postaju hladnije.
„[Ovaj odnos] postaje veći kako temperatura opada, a na apsolutnoj nuli je zapravo beskonačan,“ rekao je Ghosh. „Kvantni fenomeni poput superfluidnosti (protoka bez trenja), superprovodljivosti (struja teče bez ikakvog otpora) i ultrahladna atomska kondenzacija svi se dešavaju zbog ovog fenomena.“
Rani eksperimenti sa ultrahladnim temperaturama iz 1990-ih koristili su tehniku poznatu kao hlađenje laserom kako bi počeli da istražuju ove efekte. „Svetlost vrši silu na atome koja ih usporava do relativno niskih temperatura, oko 1 kelvin (minus 272,15 C ili minus 457,87 F),“ rekao je Christopher Foot, fizičar ultrahladnih materijala sa Univerziteta u Oksfordu. „[To je dovoljno nisko] da se vide kvantni efekti u čvrstim materijama i tečnostima, ali za gasove koje proučavamo, potrebne su nam temperature u rasponu od desetina nano-kelvina da bismo dobili te kvantne efekte.“
Najniža temperatura ikada zabeležena u laboratoriji postignuta je od strane grupe u Nemačkoj 2021. godine. Tim je pustio magnetizovane atome gasa niz toranj od 120 metara, konstantno uključujući i isključujući magnetsko polje kako bi usporili čestice skoro do potpunog mirovanja. U ovom tipu eksperimenta, poznatom kao hlađenje u magnetnim zamkama, gasne čestice su dostigle neverovatnih 38 pikokelvina – 38 trilijonitih delova stepena Celzijusa iznad apsolutne nule i dobro unutar opsega za početak posmatranja kvantnih efekata u gasovima.
Ali da li ima smisla pokušavati da se materijali hlade još dalje? Verovatno ne, prema rečima Futa. „Mnogo više nas zanimaju ovi kvantni efekti nego dostizanje apsolutne nule,“ rekao je. „Atomi hlađeni laserom već se koriste u atomskim standardima koji definišu univerzalno vreme (atomskim satovima) i u kvantnim računarima. Rad na još nižim temperaturama još je u fazi istraživanja, a ljudi koriste ove metode za testiranje univerzalnih fizičkih teorija.“
Trenutno nije moguće ohladiti materijale za tih poslednjih 38 trilijonitih delova stepena – i morali bismo da prevaziđemo brojne prepreke kako bi to postalo stvarnost. U stvari, čak i ako bismo dostigli apsolutnu nulu, mogli bismo je potpuno promašiti zbog nepreciznih metoda merenja.
„Sa trenutnim instrumentima ne biste mogli da razlikujete da li je temperatura apsolutna nula ili samo vrlo, vrlo mala brojka,“ rekao je Fut. „Da biste izmerili apsolutnu nulu, zapravo bi vam bio potreban beskonačno tačan termometar, a to je van dosega naših trenutnih meračkih sistema.“
Pridružite se našoj Viber grupi!
