Οι -273,15 βαθμοί Κελσίου, ή αλλιώς το «απόλυτο μηδέν», ισοδυναμούν με την ελάχιστη θερμοκρασία που μπορεί θεωρητικά να επιτευχθεί στο Σύμπαν. Γιατί όμως η θερμοκρασία «τερματίζει» επακριβώς στη συγκεκριμένη τιμή;
Τι είναι το «απόλυτο μηδέν»; Πόσο είναι; Γιατί είναι τόσο; Έχει καταγραφεί κάπου; Η συγκεκριμένη αλληλουχία -απολύτως εύλογων- ερωτημάτων έχει βρει εδώ και καιρό τις σχετικές απαντήσεις από την επιστήμη. Πρόκειται, με πολύ απλά λόγια, για το σημείο όπου δεν μπορεί να αφαιρεθεί επιπλέον θερμότητα από ένα σύστημα. Αντιστοιχεί σε 0 Κέλβιν ή -273,15 βαθμούς Κελσίου.
Πρέπει, ωστόσο, πρώτα απ’ όλα να προσδιορίσουμε την ακριβή έννοια της -κατά τα λοιπά γνωστής σε όλους μας- θερμοκρασίας, η οποία μας βοηθά στην καθημερινότητα να γνωρίζουμε, παραδείγματως χάρη, πως θα ντυθούμε αύριο. Είναι το φυσικό μέγεθος που μετρά τη μέση κινητική ενέργεια από μεταφορά, περιστροφή ή ταλάντωση δομικών συστατικών της ύλης (όπως τα άτομα και τα μόρια). Η ενέργεια που μετράται, ονομάζεται θερμότητα.
Θερμοκρασία και Θερμότητα
Για να μην μπερδευτούμε με το «καλημέρα», ας διαχωρίσουμε αυτές τις δύο -διαφορετικές- έννοιες: η θερμοκρασία είναι ιδιότητα και μέγεθος. Η θερμότητα, από την άλλη, είναι μορφή ενέργειας.
Μέσω της θερμοκρασίας προσδιορίζεται η θερμική κατάσταση των σωμάτων. Νιώθουμε ζεστό ή κρύο ένα σώμα ανάλογα με την ενέργεια που του αντιστοιχεί. Όσο πιο ζεστό, τόσο πιο αυξημένη η ενέργεια. Το κρύο, από την άλλη, περιγράφει τη μείωση της ενέργειας.
Ενδεικτική είναι η λειτουργία των θερμομέτρων, τα οποία βασίζονται στη συστολή ή τη διαστολή που αποτελούν αποτέλεσμα της παροχής ή αφαίρεσης θερμότητας. Παρατηρούμε αν ο υδράργυρος (Hg) συστέλλεται («πέφτει») ή διαστέλλεται («ανεβαίνει»), προκειμένου να διαπιστώσουμε τη μεταβολή της θερμοκρασίας σε έναν δείκτη τιμών.
Το «απόλυτο μηδέν» κι η εντροπία
Ουσιαστικά το «απόλυτο μηδέν» είναι η θερμοκρασία από την οποία ξεκινά η κλίμακα Κέλβιν και αντιστοιχεί σε -273,15 βαθμούς Κελσίου. Σε θεωρητικό επίπεδο, περιγράφει την κατάσταση κατά την οποία ένα υλικό δεν έχει απολύτως καμία ενέργεια πλην αυτής που προκύπτει από τις κβαντομηχανικές ταλαντώσεις των ατόμων του.
Στους -273,15 βαθμούς Κελσίου, η εντροπία (το μέτρο της θερμοδυναμικής που περιγράφει πόσο «άτακτο» είναι ένα σύστημα) φτάνει στη μίνιμουμ τιμή της.
Ένα σύστημα που έχει «πιάσει» το «απόλυτο μηδέν», θεωρητικά κατέχει μηδενική μηχανική και κβαντική ενέργεια.
Η θερμοκρασία υποδεικνύει το πως επηρεάζεται το μέγεθος της αταξίας, εάν προσθέσουμε ή αφαιρέσουμε ενέργεια σε ένα σύστημα. Συστήματα με θετικές θερμοκρασίες, τείνουν να αυξάνουν την αταξία τους, εφόσον τους προσθέσουμε ενέργεια.
Δηλαδή, έστω πως θερμαίνουμε για αρκετή ώρα ένα παγάκι, μέχρις ότου αυτό μετατραπεί σε υγρό, με περισσότερη αταξία. Όσο αφαιρούμε ενέργεια, προσεγγίζουμε το «απόλυτο μηδέν», δηλαδή το σημείο όπου η εντροπία βρίσκεται στο ελάχιστο.5 βαθμοί Κελσίου, ή αλλιώς το «απόλυτο μηδέν», ισοδυναμούν με την ελάχιστη θερμοκρασία που μπορεί θεωρητικά να επιτευχθεί στο Σύμπαν. Γιατί όμως η θερμοκρασία «τερματίζει» επακριβώς στη συγκεκριμένη τιμή;
Από την άλλη όμως, τα συστήματα με αρνητική θερμοκρασία παρουσιάζουν αντίθετη συμπεριφορά: όσο προσθέτουμε ενέργεια, μειώνουμε την αταξία τους. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την ολοένα και μεγαλύτερη μείωση της θερμοκρασίας τους.
Έχει αξία να διευκρινίσουμε πως η εντροπία ακολουθεί το βέλος του χρόνου, συνεπώς όσο περνά ο χρόνος, η αταξία στο σύμπαν αυξάνεται ασταμάτητα. Το παρελθόν περιγράφει μια κατάσταση χαμηλότερης εντροπίας. Το σύμπαν οδηγείται δηλαδή προς μια πιο ομοιογενή κατάσταση που θα χαρακτηρίζεται από ακινησία.
Μπορείτε στο παρακάτω βίντεο του φυσικού Στέφανου Βαμβάκου να κατανοήσετε ακόμη καλύτερα την έννοια της εντροπίας.
Στην πραγματικότητα βέβαια, το «απόλυτο μηδέν» δεν είναι… απόλυτο, αφού η μοριακή κινητική ενέργεια δεν μηδενίζεται τελείως – είναι όμως η ελάχιστη δυνατή. Στους -273,15 βαθμούς Κελσίου, το σύστημα εκ των πραγμάτων δεν έχει πια αρκετή (κι όχι καθόλου) ενέργεια προκειμένου να τη μεταβιβάσει σε άλλα συστήματα.
Η επίτευξη του «απόλυτου μηδενός» δεν είναι απλή υπόθεση, είτε με φυσικά, είτε με τεχνητά μέσα. Για να μπορέσει να υπάρξει με ακρίβεια, χρειάζεται να υπάρχει ένα πλήρως απομονωμένο σύστημα, αποκομμένο από το υπόλοιπο Σύμπαν. Άρα, θεωρητικά καμία ουσία δεν μπορεί να ψυχθεί στα 0 Κέλβιν. Τα τελευταία χρόνια, πάντως, οι επιστήμονες έχουν κάνει μεγάλα βήματα προόδου ως προς το συγκεκριμένο ζήτημα, προσεγγίζοντας κατά πολύ το «απόλυτο μηδέν» σε εργαστηριακές συνθήκες.
Όπως και να ‘χει, το «κοντέρ» τερματίζει οριστικά εκεί, αφού τα άτομα υποτίθεται ότι παρουσιάζουν πια μηδενική ενέργεια, άρα κι η κίνηση τους είναι ανύπαρκτη. Κάτι που είναι παντελώς ακίνητο (και πλήρως παγωμένο), δεν μπορεί να γίνει περισσότερο… ακίνητο.
Η χαμηλότερη θερμοκρασία στην Γη
Στις 21 του προσεχούς Ιουλίου θα συμπληρωθούν ακριβώς 40 χρόνια από την καταγραφή της χαμηλότερης ever θερμοκρασίας στη Γη, σε επιφανειακό επίπεδο. Στην περιοχή του Σοβιετικού Σταθμού του Βοστόκ στην Ανταρκτική, σε υψόμετρο περίπου 3,5 χλμ. το θερμόμετρο κατέγραψε -89,2 βαθμούς Κελσίου, θερμοκρασία που επιβεβαιώθηκε από το Ινστιτούτο Έρευνας της Ανταρκτικής στο Λένινγκραντ της Ρωσίας.
Το ψύχος προήλθε ως αποτέλεσμα της έλλειψης ηλιακής ακτινοβολίας, σε συνδυασμό με τον καθαρό ουρανό, τον ήρεμο αέρα που κράτησε αρκετά, και φυσικά το υψηλό υψόμετρο όπου βρίσκεται ο σταθμός.
Στη χώρα μας, το αντίστοιχο ρεκόρ κρατά για περισσότερα από 60 έτη, αφού η πιο ψυχρή ημέρα τοποθετείται χρονολογικά στον Ιανουάριο του 1963, όταν στην Πτολεμαϊδα ο υδράργυρος υποχώρησε στους -27,8 βαθμούς Κελσίου.
Σαφέστατα οι συγκεκριμένες θερμοκρασίες, αν κι είναι πραγματικά χαμηλές, παραμένουν κατά τι πιο ήπιες συγκριτικά με το ασύλληπτο «απόλυτο μηδέν».
reader.gr
