לקנדים אין הרבה במה להתגאות, אבל אנחנו יכולים לשבח אותך עם היכולת שלנו לעמוד בטמפרטורות קרות מקפיאות. עכשיו, אני גר בחוף המערבי, אז אני רך וחלש, רק לעתים רחוקות חווה טמפרטורות מתחת לאפס.
אבל עבור כמה מאחיי הקנדים, הטמפרטורות יכולות לרדת לרמות שהנפש והגוף שלך בקושי מסוגלים להבין. לדוגמה, יש לי חבר שגר בוויניפג, מניטובה. במשך יממה בחורף שעבר, הטמפרטורות שם ירדו ב-31 מעלות צלזיוס, אבל עם צינת הרוח, זה הרגיש כמו -50 מעלות צלזיוס. באותו יום, זה היה 29C חמה על מאדים. על מאדים!
אבל עבור מדענים, והיקום, זה יכול להיות הרבה יותר קר. כל כך קר, למעשה, שהם משתמשים בסולם טמפרטורה שונה לחלוטין - קלווין - כדי למדוד כמה רחוקים הדברים מהטמפרטורה הקרה ביותר האפשרית: אפס מוחלט.
בשום מקום לא קרוב לאפס המוחלט. קרדיט: אוסקר (CC BY 2.0)
בסולם צלזיוס, האפס המוחלט הוא -273.15 מעלות. ובפרנהייט זה -459.67 מעלות. בסולם קלווין, לעומת זאת, זה פשוט מאוד. אפס מוחלט הוא 0 קלווין.
בשלב זה, מסביר מדעי הולך להיתקל בשדה מוקשים של שימוש לא נכון. זה לא 0 מעלות קלווין, אתה לא אומר את החלק של מעלות, רק חלק קלווין. רק קלווין.
הסיבה לכך היא שכאשר אתה מודד משהו מנקודה שרירותית, כמו הכיוון שזה עתה פנית, שינית מסלול ב-15 מעלות. אבל אם אתה מודד מנקודה מוחלטת, כמו הטמפרטורה הפיזית הנמוכה ביותר שהוגדרה על ידי הטבע, אתה מוריד את המעלות כי זה מוחלט. אפס מוחלט.
כמובן שגם אני כנראה טעיתי בזה. החומר הזה קשה.
בכל מקרה, בחזרה לאפס המוחלט.
עדיין לא קר מספיק. קרדיט: לורי קאתברט (CC BY 2.0)
אפס מוחלט הוא הטמפרטורה הקרה ביותר שאפשר להגיע אליה באופן תיאורטי. בשלב זה, לא ניתן להפיק אנרגיית חום ממערכת, לא ניתן לבצע עבודה. זה ג'ים מת.
אבל זה לגמרי תיאורטי. זה כמעט בלתי אפשרי לצנן משהו לאפס מוחלט. כדי לקרר משהו, אתה צריך לעשות עבודה כדי להפיק ממנו חום. ככל שתהיה קר יותר, כך תצטרך לעשות יותר עבודה. כדי להגיע לאפס המוחלט, תצטרך להשקיע כמות אינסופית של עבודה. וזה מגוחך.
כפי שבוודאי למדתם בשיעורי פיזיקה או כימיה, הטמפרטורה של גז מתורגמת לתנועת החלקיקים בגז. כאשר אתה מצנן גז, על ידי הפקת חום ממנו, החלקיקים מאטים.
הייתם חושבים, אם כן, שעל ידי קירור משהו לאפס מוחלט, כל תנועת החלקיקים במשהו הזה תיפסק. אבל זה לא נכון.
מנקודת מבט של מכניקת הקוונטים, לעולם לא תוכל לדעת את המיקום והתנע של החלקיקים בו זמנית. אם החלקיקים יעצרו, הייתם יודעים את המומנטום שלהם (אפס) ואת מיקומם... ממש שם. היקום וחוקי הפיזיקה שלו פשוט לא יכולים לאפשר לזה לקרות. תודה לעקרון אי הוודאות של הייזנברג.
לכן, תמיד יש תנועה קטנה, גם אם אתה יכול להגיע לאפס מוחלט, מה שאתה לא יכול. אבל אתה לא יכול להפיק ממנו עוד חום.
הפיזיקאי רוברט בויל היה מהראשונים ששקלו את האפשרות שקיימת טמפרטורה נמוכה ככל האפשר, אותה כינה ה-primum frigidum. בשנת 1702, גיום אמונטונס יצר מדחום שהוא חישב שיגיע לתחתית ב-240 C. די קרוב, למעשה.
אבל זה היה לורד קלווין, שיצר את הסולם המוחלט הזה ב-1848, החל מ-273 C, או 0 קלווין.
תצלום של לורד קלווין.
לפי המדידה הזו, אפילו עם צינת הרוח שלה, וויניפג היה 223 קלווין רגוע באותו יום חורפי.
פני השטח של פלוטו, לעומת זאת, משתנים מנמוך של 33 קלווין לגבוה של 55 קלווין. זה -240 C עד -218 C.
טמפרטורת הרקע הממוצעת בכל היקום היא רק 2.7 קלווין. לא תמצאו הרבה מקומות קרים כל כך, אלא אם תצאו אל החללים הקוסמיים העצומים שמפרידים בין צבירי גלקסיות.
עם הזמן, טמפרטורת הרקע של היקום תמשיך לרדת, אבל היא לעולם לא תגיע לאפס מוחלט. אפילו בשנים של גוגול, כשהחור השחור הסופר-מאסיבי האחרון התנדף סוף סוף, ולא נשאר חום שמיש ביקום כולו.
למעשה, אסטרונומים קוראים לעתיד העגום הזה 'מוות החום' של היקום. זה מוות מחום, כמו במוות של כל חום. ושמחה.
אולי תופתעו לדעת שהטמפרטורה הקרה ביותר ביקום כולו נמצאת ממש כאן על כדור הארץ. טוב, לפעמים, בכל מקרה. ובהנחה שלחייזרים אין טכנולוגיה טובה יותר מאיתנו, מה שהם כנראה עושים.
בזמן שאני מקליט את הסרטון הזה, פיזיקאים השתמשו בלייזרים כדי לקרר את גז רובידיום-87 ל-170 ננוקלווין בלבד, חלק זעיר מעל האפס המוחלט. למעשה, הם זכו בפרס נובל על עבודתם בגילוי קונדנסטים של בוזה-איינשטיין.
נאס'א למעשה עובדת על ניסוי חדש בשם Cold Atom Lab שישלח גרסה של טכנולוגיה זו לתחנת החלל הבינלאומית, שם היא אמורה להיות מסוגלת לקרר חומר עד ל-100 פיקוקלווין. זה קר.
מעבדת Cold Atom מתוכננת להשיק באוגוסט 2017. קרדיט: NASA / JPL
הנה הטייק אווי שלך. אפס מוחלט היא הטמפרטורה הקרה ביותר שאפשר להגיע אליה אי פעם, הנקודה שבה לא ניתן להפיק אנרגיית חום נוספת ממערכת. לעולם אל תגיד מעלות קלווין, אתה תגרום לכל כך הרבה התכווצות. היקום לא יכול להשתוות ליכולות יצירת הקור שלנו... עדיין. קח את היקום הזה.
אשמח לשמוע את הטמפרטורה הקרה ביותר שחווית אי פעם באופן אישי. בשבילי זה היה ביקור בבפאלו בדצמבר. זה לא נכון.
פודקאסט (אודיו): הורד (משך: 6:54 - 2.4MB)
הירשם: פודקאסטים של אפל | RSS
פודקאסט (וידאו): הורד (משך: 6:56 - 90.4MB)
הירשם: פודקאסטים של אפל | RSS