Где је најхладније место у свемиру? Не на месецу, где температура пада на минус минус 378 Фахренхеита. Ни у најдубљем свемирском простору, чија процењена позадинска температура износи око минус 455 ° Ф. Колико научници могу да закључе, најниже достигнуте температуре недавно су примећене баш овде на земљи.
Сличан садржај
- Праћење Бигхорна
- Апсолутна нула
Рекордни минимуми били су међу последњим подвизима ултрахладне физике, лабораторијским проучавањем материје на температурама тако умиљато фригидним да се атоми, па чак и сама светлост, понашају на крајње необичан начин. Електрични отпор у неким елементима нестаје испод око 440 ° Ф, феномен који се назива суперпроводљивост. На још нижим температурама неки укапљени гасови постају „течни“ способни да цури кроз зидове довољно чврсте да држе било коју другу врсту течности; чини се да пркосе гравитацији док пузе горе, преко и изван својих контејнера.
Физичари признају да никада не могу достићи најхладнију могућу температуру, познату као апсолутна нула и давно је израчуната на минус 459.67 ° Ф. За физичаре температура је мерило брзине кретања атома, одраз њихове енергије - а апсолутна нула је тачка у којој апсолутно нема топлотне енергије која се може извући из неке супстанце.
Али неколико физичара намерава да се што више приближи тој теоријској граници, а то је био бољи поглед на оно најређеније такмичење које сам посетио у лабораторији Волфганга Кеттерлеа у Массацхусеттс Институте оф Тецхнологи у Цамбридгеу. Тренутно држи рекорд - барем према Гуиннессовим светским рекордима 2008 - по најнижој температури: 810 трилијуна степена Ф изнад апсолутне нуле. Кеттерле и његове колеге остварили су тај подвиг 2003. године радећи са облаком - око хиљаду инча преко - молекула натријума заробљеног магнетима у месту.
Молим Кеттерле да ми покаже место где су поставили рекорд. Наочили смо наочаре како бисмо се заштитили од заслепљивања инфрацрвеним светлом од ласерских зрака који се користе за успоравање и хлађење атомских честица које се брзо крећу. Прелазимо ходник из његове сунчане канцеларије у мрачну собу са међусобно повезаним жицама, малим огледалима, вакум цеви, ласерским изворима и снажном рачунарском опремом. "Управо овде", каже, глас му уздиже од узбуђења док показује на црну кутију у коју се уноси цев са алуминијумском фолијом. "Овде смо направили најхладнију температуру."
Кеттерлеово достигнуће проистекло је из потраге за потпуно новим обликом материје који се зове Босе-Ајнштајнов кондензат (БЕЦ). Кондензати нису стандардни гасови, течности или чак чврсте супстанце. Они се формирају када облак атома - понекад милиони или више - сви уђу у исто квантно стање и понашају се као једно. Алберт Еинстеин и индијски физичар Сатиендра Босе предвидјели су 1925. године да ће научници моћи да стварају такву материју подвргавањем атома температурама које се приближавају апсолутној нули. Седамдесет година касније Кеттерле, који ради на МИТ-у, и готово истовремено, Царл Виеман, који ради на Универзитету у Колораду у Боулдеру, и Ериц Цорнелл из Националног института за стандарде и технологију у Боулдеру створили су прве Босе-Еинстеин кондензате. Њих троје су одмах освојили Нобелову награду. Кеттерлеов тим користи БЕЦ-ове студије за проучавање основних својстава материје, попут стлачивости, и боље разумевање чудних феномена ниске температуре попут сувишне течности. Коначно, Кеттерле се, попут многих физичара, нада да ће открити нове облике материје који би могли деловати као суправодичи на собној температури, а који би револуционирали начин на који људи користе енергију. За већину добитника Нобелове награде част спада у дугу каријеру. Али за Кеттерле, који је имао 44 године када је награђен, стварање БЕЦ-а отворило је ново поље које ће он и његове колеге истраживати деценијама.
Још један кандидат за најхладнију тачку је преко Цамбридгеа, у лабораторији Лене Вестергаард Хау на Харварду. Њено лично најбоље је неколико милиона степена Ф изнад апсолутне нуле, близу Кеттерле-ове, што је и она постигла током стварања БЕЦ-а. "Сада правимо БЕЦ-ове сваки дан", каже она док се спуштамо степеницама до лабораторије која је препуна опреме. Платформа величине билијара у центру собе изгледа као лавиринт направљен од сићушних овалних огледала и ласерских снопова танких олова. Користећи БЕЦ, Хау и њени сарадници учинили су нешто што би се могло чинити немогућим: успорили су светлост до виртуалног застоја.
Брзина светлости, као што смо сви чули, је константна: 186, 171 миље у секунди у вакууму. Али у стварном свету је другачије, ван вакуума; на пример, светлост се не само савија, већ и успорава кад мало прође кроз стакло или воду. Ипак, то је ништа у поређењу са оним што се догађа када Хау ласерским снопом светлости убаци у БЕЦ: то је попут бацања бејзбола у јастук. "Прво смо смањили брзину на бициклу", каже Хау. "Сада је у пузању и заправо га можемо зауставити - држите светло у боци потпуно унутар БЕЦ-а, погледајте га, играјте се са њим и пустите га када будемо спремни."
Она може да манипулише светлошћу на овај начин, јер густина и температура БЕЦ успоравају импулсе светлости. (Недавно је покушала корак даље, заустављајући импулс у једном БЕЦ-у, претварајући га у електричну енергију, преносећи га у други БЕЦ, затим га ослобађајући и поново шаље на пут.) Хау користи БЕЦ-ове да открију више о природи светлости и како користити „споро светло“ - то је светло заробљено у БЕЦ-има - за побољшање брзине обраде рачунара и пружање нових начина за чување информација.
Нису сва ултрахладна истраживања обављена помоћу БЕЦ-а. На пример, у Финској, физичар Јуха Туориниеми магнетно манипулише језграма родијум-атома како би достигао температуру од 180 трилијуна степена Ф изнад апсолутне нуле. (Без обзира на Гуиннессов рекорд, многи стручњаци приписују Туориниемију постизање нижих температура него Кеттерле, али то зависи од тога да ли мерите групу атома, као што је БЕЦ, или само делове атома, као што су језгра.)
Можда се чини да је апсолутна нула вредна покушаја достизања, али Кеттерле каже да зна и боље. "Не покушавамо", каже он. "Тамо где смо хладни довољно је за наше експерименте." Једноставно не вриједи невоље - да и не спомињемо, према схватању физичара топлине и закона термодинамике, немогуће. "Да исцрпите сву енергију, сваки последњи делић те постигнете нулту енергију и апсолутну нулу - за то би било потребно доба универзума."
Том Схацхтман аутор је Апсолутне нуле и Освајања хладноће, основа за будући документарац о ПБС "Нова".
