فضيلة كالفن المثالية / لي بيلينغز

السباق على مقياس درجة الحرارة المطلقة يحتدم

إن مقياس الحرارة الأكثر دقة في الكون المعروف لا يشبه مقياس الحرارة على الإطلاق. وهي عبارة عن حاوية نحاسية بحجم البطيخة، مملوءة بغاز الأرجون النقي للغاية ومثبتة بميكروفونات وهوائيات لاستقبال وإرسال الموجات الدقيقة. ومع ذلك، فإن الغرض من المنشأة، الواقعة في مجمع المختبر الفيزيائي الوطني البريطاني (NPL) في تدينغتون، إنجلترا، ليس فقط قياس درجة الحرارة. في الواقع، قد يسمح هذا الجهاز وغيره من الأجهزة للعلماء بإعادة صياغة مفهوم درجة الحرارة وإعادة كتابته في ضوء الفيزياء الأساسية.

والقصد من ذلك هو ربط درجة الحرارة والطاقة من خلال ثابت فيزيائي. واليوم، تعتمد وحدة درجة الحرارة الدولية القياسية، درجة كلفن، على خصائص الماء. لكن العلماء مهتمون بمواءمة وحدات القياس الأخرى، التي تحررت بالفعل من تقلبات العالم المجهري. على سبيل المثال، وحدة الزمن القياسية، الثانية، يتم تحديدها حاليًا بواسطة تذبذبات ذرة السيزيوم، ووحدة المسافة، المتر، ترتبط بسرعة الضوء في الفراغ. يقول مايكل ديبوديستا، الذي يرأس فريق البحث: "من السخافة تمامًا أن درجة حرارة كلفن لا تربط درجة الحرارة بالطاقة بشكل مباشر".

تقوم المنشأة في NPL بقياس ثابت بولتزمان، الذي يربط التغيرات في الطاقة بالتغيرات في درجة الحرارة. ويأمل فريق DePodesta، والفرق المتنافسة، في قياس هذا الثابت بدقة كبيرة بما يكفي لربط درجة كلفن واحدة بعدد معين من جول الطاقة.

يرن مقياس الحرارة الجديد، أو كما يطلق عليه تقنيًا "الرنان الصوتي"، مثل الجرس عندما يقوم الفيزيائيون بإدخال ترددات صوتية معينة في الميكروفونات الخاصة به. وباستخدام هذا الرنين الصوتي، يستطيع الباحثون تحديد سرعة الصوت في الغاز الذي يملأ الوعاء، وبالتالي سرعة ذرات الأرجون، أي طاقتها الحركية. في يوليو 2013، نشر فريق دي بوديستا نتائج القياس الأكثر دقة لثابت بولتزمان حتى الآن في مجلة علم القياس.

يعتمد تعريف درجة الحرارة اليوم على التغيرات في حالات تجميع المياه. ومن النقاط الأساسية في التعريف "نقطة الماء الثلاثية" التي تبلغ درجة حرارتها 273.16 درجة كلفن، وحيث تتواجد المياه الصلبة (الجليد) والمياه السائلة والغازية جنبًا إلى جنب. وفي عام 1954، حددت اتفاقية دولية درجة كلفن بأنها 1 مقسومًا على 273.16 من الفرق بين الصفر المطلق والنقطة الثلاثية للماء.

عادةً ما يعمل تعريف عام 1954 بشكل جيد، لكنه يبدأ في الخطأ عند درجات الحرارة القصوى، مثل تلك الموجودة داخل النجوم. يقول دي بوديستا: "يرجع ذلك إلى حقيقة أن البشر بدأوا في قياس درجات الحرارة قبل فترة طويلة من فهمهم لدرجة الحرارة، وقبل أن يعرفوا أن درجة الحرارة هي مجرد ذرات وجزيئات تطير بسرعة هنا وهناك". "والآن بعد أن فهمنا بشكل أفضل، وأتيحت لنا الفرصة للتصحيح، يجب علينا أن نفعل ذلك".

تم نشر المقال بموافقة مجلة ساينتفيك أمريكان إسرائيل