الصفر المطلق هو أدنى درجة حرارة نظرية، والتي حددها العلماء بأنها 459.67 درجة فهرنهايت (ناقص 273.15 درجة مئوية)؛ وهي أكثر برودة من الفضاء الخارجي.
وحتى الآن، لم يصل أي شيء نعرفه إلى الصفر المطلق. ولكن هل من الممكن تحقيق هذا الإنجاز المخيف؟
وللإجابة على هذا السؤال، يجب أن نعرف ما هي درجة الحرارة في الواقع.
نحن نميل إلى التفكير في درجة الحرارة على أنها مدى سخونة أو برودة شيء ما، ولكنها في الواقع مقياس للطاقة أو اهتزازات جميع الجسيمات في النظام. إذ تمتلك الأجسام الساخنة طاقة أكبر، لذلك يمكن لجزيئاتها أن تهتز بسرعة أكبر. أما النقطة التي لا تمتلك عندها الجسيمات أي طاقة على الإطلاق، وبالتالي تتوقف عن الحركة، فهي ما يُعرف بـ«الصفر المطلق».
ويهتم العلماء بالوصول إلى درجات الحرارة المنخفضة هذه لأن عددًا لا بأس به من التأثيرات الكمومية المثيرة للاهتمام تظهر عندما يتم إبطاء الجسيمات.
ومن أجل المزيد من التوضيح، يقول سانكالبا غوش عالم فيزياء المادة المكثفة النظرية في المعهد الهندي للتكنولوجيا بدلهي «إن أحد المبادئ الأساسية في ميكانيكا الكم هو ازدواجية الموجة والجسيم، وهي الظاهرة التي يمكن فيها لجسيم مثل فوتون الضوء أن يتصرف إما كجسيم أو كموجة. وعند التعامل مع جسيمات ميكانيكا الكم، من المهم أن نتذكر عدم إمكانية تمييزها؛ فليس من الممكن تتبع الجسيمات أو الموجات بشكل فردي كما يمكننا مع الأجسام الأكبر». وذلك وفق ما ذكر موقع «لايف ساينس» العلمي.
ويتابع غوش «يمكن إرجاع أصل هذا إلى مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ الشهير الذي يحدد الطبيعة الاحتمالية للقياس الميكانيكي الكمي (بمعنى أنه عندما يتم قياس موضع الجسيم بدقة، فإن زخمه يكون أقل دقة، والعكس صحيح). وهذه الطبيعة الاحتمالية تعطي طابعًا يشبه الموجة لجسيم ميكانيكي كمي. فيما يتم التعبير عن مدى هذا السلوك الموجي الكمي من خلال نسبة المسافات بين الجسيمات في النظام، والمعروفة باسم الطول الموجي الحراري؛ ففي درجات الحرارة العادية، يكون هذا السلوك الكمي ضئيلًا، لكن تأثيرات غريبة تبدأ في الظهور عندما تصبح الجسيمات أكثر برودة».
ويبين غوش «ان هذه النسبة تصبح أكبر مع انخفاض درجة الحرارة وعند الصفر المطلق؛ فهي في الواقع ما لا نهاية. وإن الظواهر الكمومية مثل السيولة الفائقة (التدفق بدون احتكاك)، والموصلية الفائقة (التدفقات الحالية دون أي مقاومة)، والتكثيف الذري فائق البرودة، كلها تحدث بسبب هذا الأمر».
وفي هذا الاطار، استخدمت التجارب المبكرة فائقة البرودة في التسعينيات تقنية تُعرف باسم «التبريد بالليزر» للبدء بفحص هذه التأثيرات.
من جانبه، يقول كريستوفر فوت عالم فيزياء البرودة الشديد بجامعة أكسفورد «يمارس الضوء قوة على الذرات ما يؤدي إلى إبطائها لدرجات حرارة باردة إلى حد معقول، حوالى 1 كلفن (-272.15 درجة مئوية أو -457.87 فهرنهايت). وهذا منخفض بما يكفي لرؤية السلوك الكمي في المواد الصلبة والسوائل. لكن بالنسبة للغازات التي ندرسها، نحتاج إلى درجات حرارة تصل إلى 10 درجات نانو كلفن للحصول على هذه التأثيرات الكمومية».
جدير بالذكر، تم تحقيق أدنى درجة حرارة جرى تسجيلها على الإطلاق في المختبر من قبل مجموعة من الباحثين بألمانيا عام 2021؛ حيث قام الفريق بإسقاط ذرات غاز ممغنطة أسفل برج يبلغ ارتفاعه 400 قدم (120 مترًا)، مع تشغيل وإيقاف المجال المغناطيسي باستمرار لإبطاء الجزيئات إلى درجة تقريبية تقريبًا.
وفي هذا النوع من التجارب، والمعروف باسم «التبريد بالمصيدة المغناطيسية»، وصلت الجسيمات الغازية إلى مستوى لا يصدق يبلغ 38 بيكوكلفن، أي 38 جزءًا من تريليون من الدرجة المئوية فوق الصفر المطلق؛ وهي ضمن النطاق المناسب لبدء مراقبة التأثيرات الكمومية في الغازات. لكن هل هناك أي فائدة من محاولة تبريد المواد إلى أبعد من ذلك؟ ربما لا، بحسب فوت، الذي يخلص الى القول «نحن مهتمون بهذه التأثيرات الكمومية أكثر من الوصول إلى الصفر المطلق. إذ تُستخدم الذرات المبردة بالليزر بالفعل في المعايير الذرية التي تحدد الوقت العالمي (الساعات الذرية) وفي أجهزة الكمبيوتر الكمومية. ولا يزال العمل على درجات الحرارة المنخفضة في مرحلة البحث، ويستخدم الناس هذه الأساليب لاختبار النظريات الفيزيائية العالمية. لكن في الوقت الحاضر، ليس من الممكن تبريد الـ 38 تريليون من الدرجة النهائية، ويجب التغلب على العديد من العقبات حتى يصبح هذا الأمر حقيقة واقعية. وفي الواقع، حتى لو وصلنا إلى الصفر المطلق، فقد نفتقده تمامًا بسبب تقنيات القياس غير الدقيقة. ومع الأدوات الحالية لا يمكننا معرفة السبب».
