دانشمندان با تولید یک گاز اتمی توانسته‌اند به دمای منفی یک‌میلیاردیم کلوین برسند؛ دمایی کمتر از صفر مطلق کلوین که پیش از این، غیرممکن تلقی می‌شد. این دستاورد ممکن است با انرژی تاریک نیز مرتبط باشد.

مجید جویا: شاید غیر محتمل‌تر از یخ زدن آتش دوزخ به نظر برسد، ولی فیزیکدان‌ها  گاز اتمی خاصی تولید کرده‌اند که برای اولین بار به دمایی زیر صفر مطلق کلوین رسیده است. این تکنیک راهی را باز کرده که بتوان موادی با دمای منفی کلوین و همچنین ابزارهای کوانتومی جدیدی تولید کرد و یک معمای بزرگ کیهانی را با استفاده از آن حل کرد.
به گزارش نیچر، لرد کلوین در اویل دهه 1800 مقیاس دمایی مطلق خود را با این فرض که هیچ چیزی سردتر از صفر مطلق نیست، تبیین کرد. بعدها فیزیکدانان تشخیص دادند که دمای مطلق یک گاز به متوسط انرژی جنبشی ذراتش بستگی دارد. با این حساب، صفر مطلق متناظر با با حالتی فرضی است که در آن ذرات هیچ انرژی ندارند، و دماهای بالاتر به متوسط انرژی‌های بالاتری تعلق دارند.
ولی در دهه 1950/1330، فیزیکدانانی که با سیستم‌های عجیب و غریب‌تر کار می‌کردند، متوجه شدند که این مسئله همیشه صحت ندارد: از لحاظ نظری شما دمای سیستم را از روی نموداری می‌خوانید که احتمال یافت شدن ذرات در هر سطح انرژی معین را نشان می‌دهد. معمولا اغلب ذرات انرژی متوسط یا نزدیک به متوسطی دارند و البته تنها تعداد اندکی از ذرات به سطوح انرژی بالاتری می‌رسند. الریچ اشنایدر، فیزیکدان در دانشگاه ماکسمیلیان لودویگ مونیخ توضیح می‌دهد که به طور نظری، اگر جای ذراتی با انرژی بالاتر با ذراتی با انرژی پایین‌تر جابجا شود، این نمودار زیر و رو خواهد شد و علامت دما از دمای مطلق مثبت به دمای مطلق منفی تغییر خواهد کرد.
 

دره‌ها و قله‌ها
اشنایدر و همکارانش با استفاده از گاز کوانتومی فوق سرد حاوی اتم‌های پتاسیم به چنین دماهای زیر صفر مطلق کلوین دست یافته‌اند. آنها با استفاده از لیزر و میدان مغناطیسی، تک تک اتم‌ها را در آرایشی شبکه‌ای نگه داشتند. در دمای مثبت کلوین اتم‌ها همدیگر را دفع می‌کنند و این منجر به ایجاد پایداری در پیکربندی آنها می‌شود. سپس گروه به سرعت میدان مغناطیسی را طوری تغییر دادند که اتم‌ها به جای دفع، همدیگر را جذب کنند. اشنایدر می‌گوید: «این کار به طور ناگهانی اتم‌ها را از پایدارترین حالت‌شان به حالت دیگری می‌برد، یعنی اتم‌ها قبل از اینکه بتوانند برهمکنش دهند، از پایین‌ترین سطح انرژی به بالاترین سطح انرژی ممکن برانگیخته می‌شوند. این درست شبیه به کوهنوردی است که در دره کوهنوردی می‌کند و سپس ناگهان خود را در نوک قله کوه می‌یابد».
در دمای مثبت، این واژگونی پایدار نخواهد بود و اتم‌ها فرو خواهند پاشید. اما گروه میدان تله‌انداز لیزری را هم به گونه‌ای تنظیم کردند که آن را از لحاظ سطح انرژی، برای چسبیدن اتم‌ها در موقعیتشان مطلوب‌تر کند. نتیجه این آزمایش که هفته قبل در ساینس منتشر شد، گذار گاز از بالای صفر مطلق تا مقدار بسیار کم یک میلیادرم زیر صفر مطلق کلوین را نشان می‌دهد.

 

آزمایش فوق عجیب!
ولفانگ کترل، از فیزیکدانان ام‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌آی‌تی است که به خاطر آزمایش پنجمین حالت ماده (چگالش بوز-اینشتین) موفق به دریافت جایزه نوبل شد و پیش از این دماهای مطلق منفی را در سیستم مغناطیسی تشریح کرده بود. وی این کار تازه را یک "کار بسیار تخصصی آزمایشگاهی" می‌نامد و می‎گوید: «حالت‌های ناپایدار پرانرژی که تولید آنها در آزمایشگاه در دماهای مثبت سخت است، در دماهای مطلق منفی پایدار می‌شوند. ای کار مانند این است که شما بتوانید بر روی یک هرم که روی راس خود قرار دارد بایستید و نگران واژگون شدن آن نباشید. در نتیجه چنین تکنیک‌هایی می‌توانند بررسی دقیق‌تر این حالت‌های انرژی را امکان پذیر سازند. این شاید راهی برای تولید اشکال جدیدی از مواد در آزمایشگاه باشد».

به گفته آخیم روش، فیزیکدان نظری در دانشگاه کلن آلمان، اگر چنین سیستم‌هایی ساخته شوند، رفتارهای غریبی از خود بروز خواهند داد. او کسی است که شیوه مورد استفاده توسط اشنایدر و گروهش را پیشنهاد داده بود. برای مثال، روش و گروهش حساب کرده‌اند که در حالی که ابرهای اتمی در حالت عادی توسط نیروی جاذبه پایین کشیده می‌شوند، اگر بخشی از این ابر یک دمای مطلق منفی داشته باشد، برخی از اتم‌ها به سمت بالا حرکت می‌کنند، و به نظر می‌رسد که جاذبه زمین را دفع می‌کنند.
یک ویژگی عجیب دیگر گازهای با دمای زیر صفر مطلق این است که «انرژی تاریک» را شبیه‌سازی می‌کنند، همان نیروی مرموزی که جهان را به رغم نیروی مرکزگرای گرانش با سرعتی روزافزون به انبساط واداشته است. اشنایدر اشاره می‌کند که اتم‌های جاذب موجود در گاز تولید شده توسط گروه او هم تمایل به فروپاشی در خود دارند، ولی نه به این خاطر که دمای مطلق منفی آنها را پایدار می‌سازد. او می‌گوید: «این جالب است که این ویژگی غریب هم در دنیا و هم در آزمایشگاه خود را نشان می‌دهد. این شاید چیزی باشد که کیهان شناسان باید دقیق‌تر ببینند».

53271

کد خبر 268980

برچسب‌ها

نظر شما

شما در حال پاسخ به نظر «» هستید.
7 + 5 =

نظرات

  • نظرات منتشر شده: 28
  • نظرات در صف انتشار: 0
  • نظرات غیرقابل انتشار: 0
  • علی DE ۱۳:۲۱ - ۱۳۹۱/۱۰/۱۸
    36 14
    خب اگه درست یادم مونده باشه اینکه ما به صفر مطلق برسیم خلاف قوانین ترمودینامیک هست درسته؟ میشه یکی توضیح بده این یعنی نقض قانون دوم ترمو دینامیک و امکان رسیدن به بازده 100%!؟؟؟
    • بدون نام IR ۱۳:۵۸ - ۱۳۹۱/۱۰/۱۸
      27 14
      اون قوانین صرفا برای امتحاناته.
    • بدون نام IR ۱۴:۲۵ - ۱۳۹۱/۱۰/۱۸
      9 14
      من با گفته علی آقا کاملا موافقم و در ترمودینامیک از راه تئوری به ما ثابت کردند که دمایی کمتر از صفر مطلق نیست و اما نظر همیشگی بنده که قبلا هم در این گونه مباحث گفته بودم ریاضی که میخونیم ناقص است و جوابگوی واقعیت ها نیست باید تغییر کند
    • بدون نام IR ۱۴:۲۷ - ۱۳۹۱/۱۰/۱۸
      7 16
      هييسسس
    • محمد IR ۱۴:۳۵ - ۱۳۹۱/۱۰/۱۸
      17 3
      رسیدن به بازده 100 درصد فقط نیاز به دمای صفر کلوین نداره حواستون نیست که پارامتر های دیگه هم داریم، تو این دما اتم ها با توجه به فرض قیلی باید کاملا به پایین ترین انرژی خودشون برسن یعنی تمام پیونداشون از هم جدا بشه ولی مثل اینکه توی اینجا با استفاده از تکنیکایی اتم هارو کنار هم نگه داشتن پس صفر کلوین همراه با شرایط خاصه
    • بدون نام IR ۱۹:۴۱ - ۱۳۹۱/۱۰/۲۰
      3 5
      واسه همینه که بحث انرژی سیاه را مطرح می کنه. چون هیچ توجیه منطقی و تئوریک پشتش نیست الا دامن زدن به انرژی سیاه شاید یک پله جلوتر بشود آنتی ماده را هم به اون چسباند و بعد دیگری را طرح کرد.
    • پویا پورآقایی A1 ۱۴:۵۶ - ۱۳۹۲/۰۶/۱۴
      5 28
      در جواب جملهٔ " شاید غیر محتمل‌تر از یخ زدن آتش دوزخ به نظر برسد" از مجید جویا باید گفت: آتش دوزخ وعدهٔ خداوند متعال می‌باشد و در وعده الهی خلفی نیست. فلذا طرح چنین تشبیهی اساسا ناروا و نادرست می‌باشد.
  • اکبر IR ۱۳:۴۵ - ۱۳۹۱/۱۰/۱۸
    9 13
    جالبیش اینجاست که از دمای زیر صفر کلوین نمی شه رد شد و به دماهای بالاتر مثبت رسید و هر چه قدر هم که بخوایم از طرف دماهای منفی به صفر نزدیک شیم سخت تر میشه(همنطور که نزدیک شدن به صفر کلوین از طرف دماهای مثبت هم هر چی نزدیک تر بشیم سخت تر میشه)! در واقع این فیزیکدان ها هم که به همچین دمایی رسیدند از صفر کلوین عبور نکردند بلکه از دما های منفی تر (مثلا منهای یک کلوین) به این دما رسیدند. جالبی کار اینها این بوده که خیلی تونستند به صفر کلوین نزدیک شن!
    • amin IR ۲۱:۴۵ - ۱۳۹۱/۱۰/۲۰
      10 5
      خب عزیز من چجوری به همون منفی یک کلوین رسیدن؟! باید از صفر کلوین گذشت راه میانبر که نداره!
    • اکبر IR ۱۴:۰۲ - ۱۳۹۱/۱۰/۲۱
      5 2
      نه! هرگز نمیشه به صفر کلوین رسید ولی میشه به دماهای زیر صفر کلوین رسید حالا چجوریش رو یه کم تو قسمت "دره‌ها و قله‌ها"ی این مقاله توضیح داده شده(که البته کاملا نامفهومه!) قبلا هم به دماهای زیر صفر کلوین توو بعضی از لیزرها رسیدیم و چیز عجیبی نبوده.گفتم که جالبی کار اینها بیشتر به خاطر این بوده که خیلی تونستند به صفر کلوین نزدیک شن! اگه ویکی نگتیو تمپچر(دماهای منفی) رو بخونی اونجا توضیحات بهتری داره( در واقع به جای اینکه از صفر کلوین رد شیم از منفی بی نهایت به صفر کلوین نزدیک میشیم.) ..
  • آرمين IR ۱۴:۰۴ - ۱۳۹۱/۱۰/۱۸
    3 13
    سلام مهندسين شيمي و فيزيك ميدونن كه پايه يكي از قوانين 3 گانه ترموديناميك اينه كه صفرمطلق دست نيافتني ست، با اين حساب و نقض قانون دوم، احتمال رادمان بيشتر از 100 هم بايد وجود داشته باشه پس
  • بدون نام IR ۱۴:۰۵ - ۱۳۹۱/۱۰/۱۸
    5 15
    مطمئنا اشتباهی در ترجمه صورت پذیرفته منظور از دمای یک میلیاردم کلوین در این خبر دمای زیر این نقطه نیست بلکه دمایی بسیار نزدیک به دمای کلوین می باشد . مانند اینکه بتوانیم با سرعت 0.999999999 برابر سرعت نور حرکت کنیم .
  • بدون نام IR ۱۴:۴۲ - ۱۳۹۱/۱۰/۱۸
    23 9
    در این دنیا هیچ چیز مطلقی وجود ندارد. همه چیز نسبی است.
  • معلم IR ۱۵:۳۲ - ۱۳۹۱/۱۰/۱۸
    6 4
    نه باعث رداین قانون نیست زیرا متوسط انرژی تغییر کرده برو متن اصلی مقاله را بخوان.
  • مهدي AT ۱۸:۱۰ - ۱۳۹۱/۱۰/۱۸
    26 4
    از كساني كه اين متون را ترجمه ميكنند و از سايت خبر آنلاين خواهشمندم كه لينك اصلي خبر را در انتهاي متن قرار دهند كه اكر كسي خواست اين اخبار را دنبال كند مشكلي نداشته باشد .
    • بدون نام IR ۱۳:۳۹ - ۱۳۹۱/۱۰/۲۰
      5 9
      lميتوني تو گوگل سرچ كني
  • علی DE ۱۹:۵۳ - ۱۳۹۱/۱۰/۱۸
    1 6
    این درسته که در دمای صفر مطلق اتمها هیچ انرژیی ندارن ولی وقتی از فرمولهای ترمودینامیک استفاده میکنیم مقدار عددی -273 مهمه چیزی در مورد طریقه رسیدن به این دما نیمده
    • رسول A1 ۱۱:۰۹ - ۱۳۹۱/۱۰/۲۲
      7 2
      کی گفته در دمای صفر مطلق اتم ها هیچ انرژی ای ندارند. دوستان یکم مطالعه قبل از اظهار نظر خیلی مفیده باید دید ترمودینامیک کلاسیکمون رو بندازیم دور مکانیک کوانتومی بهترین راه حل در این چنین مواقعی می باشد. ما از مکانیک آماری ذرات میدونیم که بوزون ها دارای انرژی نقطه صفر هستند همچنین گاز فرمی در صفر مطلق کاملا زنده هست. ضمنا در صفحه بسیار خوبی که تو فیس بوک به نام IPM(پژوهشکده دانشهای بنیادین) داریم خیلی وقت ها پیشتر از این که ترجمه مقاله رو در اینجا قرار بدن ما مقاله اصلی رو تو ژورنال nature دیده بودیم و روش بحث کردیم اگر اطلاعات اضافه تری می خواهید به اون صفحه رجوع کنید. متن اصلی مقاله : http://www.nature.com/news/quantum-gas-goes-below-absolute-zero-1.12146
    • رسول A1 ۱۱:۱۲ - ۱۳۹۱/۱۰/۲۲
      3 3
      ضمنا مترجم عزیز خواهشا هنگام ترجمه اصول اولیه ترجمه را رعایت کنید. اصلا سرتیتر این مقاله این بود که گاز کوانتومی به دمای زیر صفر مطلق میره که ایشون به این مطلب اشاره نکردند و شاید این از قلم افتادن ها باعث بسیاری از سردرگمی ها بشود
  • اکبر IR ۲۱:۰۴ - ۱۳۹۱/۱۰/۱۸
    6 8
    دوستان توجه کنید دمای زیر صفر کلوین علاوه بر اینکه به صورت نظری ممکنه، به صورت عملی هم توو بعضی از لیزرها استفاده میشه و این اولین بار نیست ...
  • saied US ۰۰:۵۰ - ۱۳۹۱/۱۰/۱۹
    11 8
    یعنی هر چی تو شیمی و فیزیک خودیم گشگ
  • هانی DK ۱۹:۲۱ - ۱۳۹۱/۱۰/۱۹
    2 2
    http://www.research-in-germany.de/119246/2013-01-07-a-temperature-below-absolute-zero,sourcePageId=8240.html
    • مهدي AT ۱۸:۲۷ - ۱۳۹۱/۱۰/۲۰
      3 1
      ممنون هاني
  • دانشجوی فیزیک IR ۱۱:۴۲ - ۱۳۹۱/۱۰/۲۱
    10 3
    دوستان توضیح مطلب یهمقدار سنگینه و جاش اینجا نیست فقط باید بگم که این مطلب هیچ قانونی رو نقض نمیکنه و ممکن هم هست دوستانی که علاقه دارن بیشتر اطلاعات کسب کنن،میتونن به صفحه ی زیر مراجعه کنن البته باید یه مقدار اطلاعات از مکانیک کوانتومی و مکانیک آماری داشته باشن...
  • ghasem1212 IR ۱۳:۵۱ - ۱۳۹۲/۱۲/۱۷
    1 0
    کاش جندتا مقاله معتبر دراین مورد روسایتتون قرار بدین بابعضی از استادا که در این مورد بحث می کنیم می خندند امیدوارم که این یه جوک دیگه نباشه
  • محمد A1 ۲۰:۱۴ - ۱۳۹۳/۰۸/۲۱
    0 0
    چند سوال 1.الان صفر مطلق تغییر میکنه؟ 2.کلوین چگونه به منفی 273 رسید؟ 3. حال منفی 273 باز صفر مطلق است؟
  • بنده خدا A1 ۱۲:۰۷ - ۱۳۹۴/۰۱/۱۷
    0 0
    خیلی جالب بود.ممنون.
    • مهران IR ۱۹:۵۱ - ۱۳۹۴/۱۰/۰۲
      1 0
      نهتا دمای مشخصی دید که با کاهش دما حجم هم کاهش میابه ولی نتونست پایین تر از اون دما رو با وسایل اون موقع اندازه گیری کنه سپس با توجه به اینکه دما بر حسب حجم تابعی خطیه دید که در دمای منفی 273.15 نمودار تابع قطع میشه و حجم برابر 0 میشه و چون حجم نمیتونه منفی شه پس این دما صفر مطلقه بله،هنوز هم نتونستن به خود دمای صفر مطلق برسن بلکه به دمایی پایین تر از اون رسیدن...رسیدن به خود دمای 0 مطلق میتونه به سوال های بزرگی جواب بدهمثلا ماده تاریک و ساختن اشکال عجیب و درمان سرطان و ...