Mutlak Sıfır Nedir ?
Mutlak sıfır, bir maddenin sahip olabileceği en düşük sıcaklıktır ve 0 Kelvin (-273,15°C veya -459,67°F) olarak tanımlanır. Bu noktada, maddeyi oluşturan atomlar tamamen hareketsiz hale gelir. Isı, maddenin kinetik enerjisinin bir ölçüsüdür; bir madde ısıtıldığında moleküllerin kinetik enerjisi artar ve soğutulduğunda azalır.
Isı ve sıcaklık arasındaki farkı anlamak önemlidir; ısı bir enerji biçimi iken, sıcaklık bir maddenin ısı enerjisini belirten bir ölçüdür.
Mutlak Sıfıra Ulaşılabilinir mi ?
Bir maddeyi mutlak sıfıra yaklaştırmak için soğutmak, onun kinetik enerjisini ve entropisini azaltmak anlamına gelir. Ancak, kuantum mekaniği nedeniyle mutlak sıfıra ulaşmak imkânsızdır. Kuantum dalgalanmaları ve sıfır noktası enerjisi, hiçbir yerin tamamen hareketsiz olmasına izin vermez. Bu dalgalanmalar, sistemin enerji kazanmasına ve dolayısıyla sıcaklığın artmasına neden olur. Şu ana kadar ulaşılan en düşük sıcaklık 100 pikoKelvin olup, mutlak sıfıra oldukça yakındır ancak bu noktaya asla tam olarak ulaşılmamıştır.
Mutlak sıfırda hareket ve kinetik enerji olmaması gerektiği halde, kuantum dalgalanmaları bu durumu engeller. Bu nedenle, mutlak sıfıra ulaşılamaz ve bu durum fizik kanunlarının temel bir sınırını oluşturur. Bu limit, ışık hızı gibi evrenin doğasından kaynaklanan bir başka katı sınırlamadır. Özetle, mutlak sıfır noktasına ulaşmak mümkün değildir çünkü kuantum mekaniği bu sıcaklığa ulaşmamıza izin vermez.
En Sıcak ve En soğuk
Evrendeki en yüksek sıcaklık 142 nonilyon Kelvin, en düşük sıcaklık ise mutlak sıfır olan 0 Kelvin’dir. İnsanlık, Büyük Patlama anında evrenin en yüksek sıcaklığına ulaşmıştır. En düşük sıcaklık, mutlak sıfır, atomların bile hareketsiz olduğu teorik bir noktadır. 2010 yılında Antarktika’da -94.7 Santigrat ile Dünya üzerinde gözlemlenen en düşük sıcaklığa ulaşılmıştır. Bu koşullarda insanın hayatta kalması neredeyse imkânsızdır. Bilim insanları laboratuvar ortamında gazları sıvılaştırarak mutlak sıfıra yaklaşma çabalarını sürdürmektedir.
Mutlak Soğuğa Yolculuk
19. yüzyılda Kraliyet Enstitüsü’nde çalışan James Dewar, gazları sıvılaştırarak mutlak sıfıra yaklaşmak için çalışmalara başlamıştır. Dewar’ın öncüsü olan Michael Faraday, bazı gazları basınç altında sıvılaştırarak -130 Santigrat’a ulaşabilmiştir. Dewar, özellikle sıvılaştırılması zor olan oksijen, nitrojen ve hidrojen gibi gazlar üzerinde çalışmıştır. 1873 yılında Johannes van der Waals, bu gazların sıvılaştırılması için belirli bir kritik sıcaklığın altına kadar soğutulmaları gerektiğini göstermiştir.
Dewar, bu bilgilere dayanarak oksijen ve nitrojeni sıvılaştırmayı başarmış, -200 Santigrat’a kadar inmiştir. Ancak hidrojeni sıvılaştırmak için -250 Santigrat’a ulaşması gerekmektedir. Dewar’ın karşısına genç Hollandalı bilim insanı Heike Kamerlingh Onnes çıkacaktır. Onnes, 29 yaşında Leiden Üniversitesi’nde bir laboratuvar kurarak gazları sıvılaştırma çalışmalarına başlamıştır. Onnes, Dewar’dan farklı olarak çalışmalarını açık bir şekilde paylaşmış ve bilimsel süreçlerde teoriyi ön plana çıkarmıştır. Dewar, hidrojen gazını sıvılaştırarak mutlak sıfırın 21 derece üstüne ulaşmayı başarmıştır. Ancak bu başarı, Dewar için yeterli olmamıştır çünkü helyumu sıvılaştırmak gibi daha zor bir hedef vardır.
Helyumun sıvılaştırılması çok daha zordur ve mutlak sıfırın sadece 5 derece üzerine inmek gerekmektedir. Onnes, gerekli helyumu toplayarak 1908 yılında deneylerini gerçekleştirmiş ve helyumu sıvılaştırmayı başarmıştır. Bu, mutlak sıfıra sadece 5 derece uzaklıkta olan -268 Santigrat’a ulaşmak anlamına gelmektedir. Onnes, bu başarısı ile Nobel ödülünü kazanmıştır.
