لقد أثبت العلماء تجربة ربما قال لك أستاذ الفيزياء إنها مستحيلة تمامًا، فقد خلقوا المادة عند درجة حرارة أقل من الصفر المطلق. والعالم ما بعد الصفر المطلق هو عالم غير عادي على الإطلاق.
لقد أثبت العلماء تجربة ربما قال لك أستاذ الفيزياء إنها مستحيلة تمامًا، فقد خلقوا المادة عند درجة حرارة أقل من الصفر المطلق. والعالم ما بعد الصفر المطلق هو عالم غير عادي على الإطلاق.
الذرات العائمة للأعلى تتجاهل الجاذبية تمامًا. وكجزء من الظاهرة التي يعتقد علماء الفيزياء النظرية أنها تحاكي حالة "الطاقة المظلمة"، فإن الذرات تكون مستقرة في ظل ظروف من شأنها أن تنهار عادة على نفسها. يبدو الأمر كما لو أن الجاذبية نفسها قد ألغيت وأن أنظمة الطاقة التي تؤدي عادة إلى عدم الاستقرار أصبحت فجأة مستقرة وممكنة. باختصار، لقد وصلنا إلى منطقة الشفق في فيزياء الجسيمات.
يعد البروفيسور فولفجانج كيترلي من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) باحثًا رائدًا في مجال درجات الحرارة تحت الصفر المطلق. وقال في أحد تصريحاته: "مع درجات حرارة أقل من الصفر المطلق، يبدو الأمر كما لو أنه يمكنك وضع هرم على رأسه ولا تقلق بشأن انهياره".
وبالتعاون مع البروفيسور أولريش شنايدر من جامعة لودفيغ ماكسيميليان في ميونيخ، ألمانيا، أظهر فريق البحث لأول مرة على الإطلاق حالة تم فيها العثور على مادة عند درجة حرارة أقل من الصفر المطلق تخرق قوانين الفيزياء التي نعرفها. بدأ البحث بإنشاء غاز كمي غير عادي باستخدام أشعة الليزر والمغناطيس. ينظم الغاز، الذي يتكون من ذرات البوتاسيوم، نفسه في تكوين بنية بلورية. يؤدي التغيير الجذري في المجالات المغناطيسية المطبقة على المادة إلى نقل الذرات من أدنى مستوى طاقة ممكن إلى أعلى مستوى طاقة ممكن.
في ظل الظروف العادية، سيتم استبدال القوة الطاردة المستقرة للأنماط الأصلية بجاذبية قوية من شأنها أن تتسبب في انهيار النظام على نفسه. ومع ذلك، بدلًا من ذلك، وبفضل أشعة الليزر التي تحبس الذرات، يظل الهيكل مستقرًا في حالة الطاقة المثارة الجديدة. يشرح البروفيسور شنايدر: "هذا التغيير المفاجئ (في المجالات المغناطيسية) ينقل الذرات من حالة الطاقة الأكثر استقرارًا والمنخفضة إلى أعلى حالة طاقة ممكنة قبل أن يكون لدى هذه الذرات الوقت للتفاعل. يبدو الأمر كما لو كنت تمشي في واد، ثم تجد نفسك على الفور على قمة الجبل." والنتيجة هي غاز، ضمن إطار التعريف الرسمي لمقياس درجة حرارة كلفن، عند درجة حرارة أقل بعدة أجزاء من المليارات من الصفر المطلق لكلفن (0 كلفن).
في الوقت نفسه، دعونا لا نخلط بيننا - فالنظام الذي تكون درجة حرارته أقل من الصفر المطلق ليس باردًا. في الواقع، الجو حار جدًا جدًا، بل وأكثر سخونة من أي درجة حرارة موجبة أخرى على مقياس كلفن. في الأنظمة ذات درجات الحرارة الإيجابية الباردة، يتجاوز عدد الجسيمات في الحالات منخفضة الطاقة عدد الجسيمات في الحالات عالية الطاقة، وهو الوضع الذي أدى إلى التعريف الرسمي لدرجة الحرارة في عالم ميكانيكا الكم. وبطريقة شائعة، فإن الإنتروبيا (مقياس فيزيائي لمستوى اضطراب نظام يتكون من العديد من الجزيئات) في المتوسط، تجعل الذرات في أدنى حالات الطاقة. يعتمد مقياس درجة حرارة اللورد كالفين على الاحتمالية، وليس بالضرورة على درجة الحرارة. ومع ذلك، في أنظمة خاصة من ميكانيكا الكم، تتناقص الإنتروبيا في الواقع مع زيادة طاقة النظام (وحرارته)، مما يؤدي إلى درجة حرارة كمومية سلبية. وبعبارة أخرى، من أجل فهم هذا الاختراق المعجزة، يجب علينا أن نتخلى عن فهمنا التقليدي بأن السلبي بارد والإيجابي حرارة، وأن نبدأ في التفكير من الناحية الكمية.
هل يمكن لمثل هذا الوضع أن يفسر توسع الكون بشكل أسرع من المتوقع (وهي ظاهرة يعزوها علماء الكونيات إلى ما يعرف بـ "الطاقة المظلمة" والتي هي في حد ذاتها آلية غير مفسرة)؟ يدعي البروفيسور شنايدر أن هذا الاحتمال يستحق الاستكشاف. ويضيف ويقول: "من المثير للاهتمام أن هذه الظاهرة موجودة في الكون بأكمله وفي المختبر. وهذا شيء يجب على علماء الكونيات فحصه بمزيد من التفصيل." يمكن للمواد الموجودة عند درجات حرارة أقل من الصفر المطلق أن تكون مفيدة في مجالات فيزياء الجسيمات النظرية والحوسبة الكمومية. ومع ذلك، ما زال هناك حاجة إلى المزيد من العمل لفهم هذا الانحراف الجديد الغريب في قوانين الفيزياء. ونشرت الدراسة في المجلة العلمية المرموقة Science.
تعليقات 27
لذا فإن قوانين الفيزياء قد لا تكون صحيحة على الإطلاق
لقد فسروا الكثير من الأشياء في سر اعتباطية المادة المظلمة وربما كانت كل النظريات خاطئة
في كثير من الأحيان عبر التاريخ، كان العلم الذي كان متأكدًا بنسبة 100٪ من صحته مخطئًا وتم استبدال نظرية بأخرى
ربما حان الوقت لتغيير نظرية أخرى
الغزال
إذا كانت درجة حرارة الفراغ 2.73k، فما هي درجة حرارة الجسم الذي يتحرك بسرعة نسبية بالنسبة للإشعاع؟
مثال: سفينة فضاء على مسافة 1000 كيلومتر من الأرض وسفينة فضائية أخرى تمر بسرعة قريبة من c. درجة الحرارة A هي 2.73k. ما هي درجة حرارة ب؟
إذا كان الجواب أنها أعلى بكثير من 2.73k، فإن السؤال الذي يطرح نفسه حول تكافؤ أنظمة القصور الذاتي، وأيضا حيرة حول التجارب المعروفة ذات السرعات النسبية مثل تجربة الميون، وأيضا حول الجسيمات في المسرعات: بعد عمومًا، هناك نظام قصوري مفضل - وهو نظام إشعاع الخلفية الكوني - وهو جسم متحرك نسبيًا ترتفع حرارته عندما يقترب من سرعة الضوء. فما العجب إذًا أنه لا يمكن تجاوز سرعة الضوء، وهذا لا علاقة له بالنسبية؟
ومن ناحية أخرى، إذا كانت درجة حرارة المركبتين الفضائيتين في المثال هي نفسها وتساوي درجة حرارة إشعاع الخلفية، فستظهر مشاكل جديدة تتعلق بمطابقة النماذج الحالية.
إسرائيل،
لكي يتمكن مقياس الحرارة من قياس درجة الحرارة، يجب أن تكون هناك آلية يمكنها أن توصله إلى التوازن الحراري - داخل بيئة غازية، يصل إلى التوازن بشكل رئيسي عن طريق نقل الطاقة الحركية إلى جزيئات الغاز، لذلك يطرح السؤال: ماذا سيحدث في الفراغ. الجواب بالطبع هو أنه حتى في الفراغ، سيتمكن مقياس الحرارة من الوصول إلى التوازن مع بيئته لأنه سيكون قادرًا على "التخلص" من الطاقة الزائدة من خلال إشعاع الجسم الأسود (وبالطبع، إذا كان باردًا من بيئته فسوف تكون قادرة على التسخين عن طريق امتصاص الفوتونات).
فيما يتعلق بدرجة الحرارة سوف يرى:
ومن المؤكد أن درجة الحرارة هذه ستكون مساوية أو أعلى من درجة حرارة إشعاع الخلفية الكونية - وذلك لأنه سيكون بمقدورها تحقيق درجة الحرارة هذه من خلال التوازن مع هذا الإشعاع الموجود في كل مكان في الكون، بالإضافة إلى أنه يمكن أن يكون هناك إشعاع إضافي ينشأ من أسباب محلية (على سبيل المثال، نجم قريب).
ليس من الواضح حقًا ما الذي سيظهره مقياس الحرارة الفراغي - ولكن يبدو لي أنه إذا كان مرئيًا للشمس فبعد بضع دقائق سيظهر درجة حرارة عالية إلى حد ما، خاصة إذا كانت المادة المصنوعة منها مادة داكنة . لهذا السبب الظل.
في الإجابات التي تلقيتها في منتديات الفيزياء المختلفة، كان الادعاء السائد هو أن مقياس الحرارة الفراغي سيُظهر درجة حرارة الإشعاع - 2.73 كلفن. كما ادعى أحد علماء الفيزياء أن سفينة الفضاء التي تقترب من سرعة الضوء سوف تتبخر بسبب الإشعاع، مما يثير التساؤل حول تكافؤ أنظمة القصور الذاتي: لماذا لا نتبخر؟ نحن نتحرك بالنسبة لتلك المركبة الفضائية بنفس السرعة التي تتحرك بها بالنسبة إلينا، أليس كذلك؟ صحيح أننا شبه ساكنين بالنسبة للإشعاع، ولكن إذا كانت درجة حرارة الأجسام ترتفع بشكل حاد عند السرعات النسبية، فما هو العجب إذن في عدم إمكانية تجاوز سرعة الضوء؟ ففي نهاية المطاف، يتم إهدار كل طاقة التسارع في تسخين الجسم. لاحظ أن هذا لا علاقة له بالعلاقات. لم يكن أينشتاين على علم حتى بإشعاع الخلفية الكونية في عام 1905.
على أي حال، شكرا على الإجابات. لا، أنا لا أخطط لأي رحلة إلى الفضاء، ولكني أقوم ببناء جميع أنواع المرافق الرائعة لاختبار جميع أنواع الأفكار، ومن المؤكد تقريبًا دون أي أساس. الإجابات التي أحصل عليها منك ومن الآخرين تساعدني في التخطيط لتلك التركيبات.
إسرائيل
لا يوجد اتصال بالمنطقة المظللة. مقياس الحرارة لا يقيس حرارة الإشعاع، يتم استنتاج درجة الحرارة من تحليل طيف الإشعاع وليس من مقياس الحرارة لذلك لا يوجد اتصال بمنطقة مظللة. يعتمد سؤالك حول شكل مقياس الحرارة على ما تم العثور عليه
في الفضاء، ليس من الواضح بالنسبة لي ما سيظهره مقياس الحرارة في الفراغ، ولكن إذا افترضنا أن كثافة الجسيمات عالية بما فيه الكفاية
تؤثر على مقياس الحرارة وبالتالي فإن السؤال هو ما إذا كانت الجسيمات في حالة توازن مع الإشعاع الكوني أو في حالة توازن مع مراكز الحرارة القريبة منها أي النجوم.
أما السؤال الثاني فالحافظة ستسخن ولكن في رأيي لن يكون الإشعاع هو المصدر المهم للحرارة بل المدى
الفضاء البيني (بالمناسبة، هل تخطط للسفر إلى مكان ما؟) . بالإضافة إلى ذلك، ليس من الواضح بالنسبة لي ما إذا كانت هناك علاقة بين سرعة سفينة الفضاء وتسخينها، أي أنه ليس من الواضح بالنسبة لي أنه كلما زادت سرعة تحليق سفينة الفضاء، زادت سخونتها، يعتمد التسخين على كيف ينتقل الزخم من الفوتونات إلى المادة التي تتكون منها السفينة الفضائية وهذا يعتمد على القاسم الذري للمواد التي تتكون منها السفينة الفضائية.
ايهود، شكرا لك. فقط سؤالين صغيرين آخرين - ويتم إطلاق سراحك.
1. ما الذي سيظهره مقياس الحرارة الكلفني البسيط في الفضاء في منطقة مظللة؟ هل ستكون قادرة على إظهار درجة حرارة أقل من درجة حرارة إشعاع الخلفية الكونية؟
2. إذا كانت المركبة الفضائية تنطلق بسرعة قريبة من سرعة الضوء بالنسبة للإشعاع، فهل ستسخن؟ ألا يمكننا أن نقول إنها بالنسبة لها في حالة راحة ونحن الذين نتحرك؟ هل تواجه الجسيمات ذات الكتلة في المسرعات، والتي تصل إلى سرعة الضوء تقريبًا، "احتكاكًا" لأنها تتحرك بسرعة كبيرة مقارنة بالإشعاع؟
إسرائيل
الوقت ضغط بالفعل...ولكنني سأحاول الإجابة على بعض الأسئلة على الأقل...لنبدأ من النهاية، درجة حرارة الفضاء تقاس بالإشعاع وليس بمقياس الحرارة. عندما يكون هناك مصدر حراري في حالة توازن حراري يبعث إشعاعات إلى بيئته، فإنه يوصف بصيغة إشعاع الجسم الأسود. ويمكن تقدير درجة حرارة الجسم من خلال طيفها، أي ما هي شدة الإشعاع عند كل طاقة. يتيح لنا التوزيع تقدير درجة الحرارة الأصلية للجسم (والتي يمكن قياسها باستخدام مقياس الحرارة). إشعاع الخلفية هو مقياس لدرجة حرارة الكون في لحظة انبعاث الفوتونات. إذا كانت المركبة الفضائية تتحرك بالسرعة النسبية للإطار المرجعي للإشعاع، فسيخضع الإشعاع لإزاحة دوبلر، لكن هذا لن يغير توزيعه، وبالتالي فإن درجة الحرارة المقاسة ستكون نفس درجة الحرارة
أما بالنسبة للجزء الثاني، ففي رأيي لن يكون هناك سوى درجتين من الحرارة، الأولى سيتم قياسها بواسطة مقياس الحرارة وهي درجة حرارة منخفضة ولكنها موجبة لحركة جزيئات الغاز والأخرى هي درجة الحرارة السلبية الشهيرة التي يتم الحصول عليها من توزيع الولايات . على الرغم من أنها سلبية، إلا أنها نشيطة للغاية.
إيهود، إذا فهمت بشكل صحيح، فلدينا هنا درجتان حرارة للغاز المكون من ذرات البوتاسيوم في التجربة المذكورة، أو في الواقع 2: واحدة - التي قسناها بالثرمومتر، وهي أعلى من الصفر المطلق. والثاني – درجة الحرارة التي تقاس بطريقة غير مباشرة عن طريق قياس شغل الدول، وتكون أقل من درجة الصفر المطلق. والثالث - "إنه حار جدًا جدًا، بل وأكثر سخونة من أي درجة حرارة إيجابية أخرى على مقياس كلفن."
مربك، أليس كذلك؟
وفي نفس الأمر: تقدر درجة حرارة الفضاء بـ 2.73 كلفن. هل هذا يعني أننا إذا أخرجنا مقياس حرارة من مركبة فضائية في منطقة لا تتعرض لأشعة الشمس المباشرة، فإن هذه هي درجة الحرارة التي سيظهرها مقياس الحرارة؟ إذا لم يكن كذلك، فماذا سوف يرى؟ ماذا لو طارت سفينة الفضاء بسرعة 0.999 درجة مئوية بالنسبة للأرض، فهل سيُظهر مقياس الحرارة درجة حرارة أعلى مختلفة، على الرغم من أن سفينة الفضاء في إطارها المرجعي في حالة سكون؟
آسف على طوفان الأسئلة. إذا كنت مشغولاً للغاية، أخبرني وسأفهم.
إسرائيل
وهي ليست درجة الحرارة بالمعنى المعتاد التي تقاس بمقياس الحرارة، أي متوسط الطاقة الحركية للجزيئات، ولكنها درجة الحرارة الناتجة عن شغل الطاقة لدرجات الحرية التي يكون اقترانها بالبيئة
ضعيف جدا أي أنك لن تقيس درجة حرارة النظام إذا اقتربت منه باستخدام مقياس حرارة. يتم قياس درجة الحرارة بشكل غير مباشر عن طريق قياس إشغال الحالات.
شكرا ايهود. ما يزعجني هو العبارة الواردة في المقال: "درجة حرارة النظام هي في الواقع أعلى من أي درجة حرارة أخرى على مقياس كلفن". وبالفعل يظهر في ويكيبيديا إدخال لدرجة الحرارة السلبية:
"مقياس درجة الحرارة من الجريان البارد إلى الحار:
+0 ك، …، +300 ك، …، +∞ ك، −∞ ك، …، −300 ك، …، −0 ك.
عندما تكون درجة الحرارة القصوى:
تفترض النماذج الكونية الحالية أن أعلى درجة حرارة ممكنة هي درجة حرارة بلانك، والتي تبلغ قيمتها 1.416785(71)×10^32 كلفن.
فإذا فهمت بشكل صحيح ما هو مكتوب في المقال:
"وفي الوقت نفسه، دعونا لا نرتبك - فالنظام الذي تكون درجة حرارته أقل من الصفر المطلق ليس باردًا. في الواقع، الجو حار جدًا جدًا، بل وأكثر سخونة من أي درجة حرارة موجبة أخرى على مقياس كلفن."
اتضح أن نفس "الغاز الكمومي الاستثنائي" الموصوف هناك عند درجة حرارة أعلى من 32^10 كلفن، أليس كذلك؟
وإذا لم يكن الأمر كذلك، فما درجة الحرارة التي تم قياسها لهذا الغاز باستخدام مقياس الحرارة؟ بالتأكيد لها درجة حرارة معينة ومحددة ويمكن قياسها أيضًا، أليس كذلك؟
إسرائيل
يتم تحديد درجة الحرارة المعنية من خلال احتمالية وجود النظام في حالة معينة
عندما يزداد عدد الحالات الممكنة للنظام مع زيادة طاقة النظام (الحالة
المعتاد) ستكون درجة الحرارة دائمًا إيجابية، ولكن عندما يكون النظام مغلقًا ينجح
لإثارة جميع الجزيئات تقريبًا إلى حالتها المثارة، فإن إضافة الطاقة يقلل فقط من
عدد الحالات المحتملة التي يمكن للنظام الوصول إليها، أي الإنتروبيا، يتناقص مع زيادة الطاقة
ولذلك، بحكم التعريف درجة الحرارة سلبية.
ألون.
معضلتك - معضلتي.
حتى اليوم كنت أعتقد أن مقياس كلفن هو درجة مئوية + 273، وأن درجات الحرارة تقاس بالثرمومتر. لكن على ما يبدو عندما تقترب من الصفر المطلق، تظهر التأثيرات الكمومية. ربما يستطيع إيهود أن يشرح أن هذا هو مجاله.
إسرائيل،
شكرا على التوضيح.
ولكن الآن الجملة المقتبسة في ردي السابق غير مفهومة بالنسبة لي. هل تفهم ماذا يعني ذلك؟
لقد فهمت الأمر كالتالي:
يعتمد مقياس كلفن على الإحصائيات.
الإنتروبيا هي المقياس الإحصائي ذي الصلة.
نشأت حالة حيث انخفضت الإنتروبيا، وبالتالي انخفضت درجة الحرارة.
ولكن يبدو الآن أنني إما لم أفهمه بشكل صحيح، أو أن هناك خطوة مفقودة بين انخفاض الإنتروبيا، والاستنتاج بأن درجة الحرارة يمكن أن تكون سلبية.
ألون.
ليس بالضرورة. عندما يذوب مكعب من الثلج، لا يحدث تغير في درجة حرارة النظام بل تزداد الإنتروبيا.
إذا فهمت بشكل صحيح، فهذا يعني أنه عند إضافة الطاقة إلى نظام ما، فإن إنتروبيا النظام تنخفض لأن الطاقة ترفع مستوى الطاقة في الذرات مؤقتًا من الحالة الأدنى المستقرة إلى الحالة الأعلى. وهذا لا يعني أننا حصلنا بالفعل على درجة حرارة أقل من الصفر المطلق. إذا كانت ذاكرتي تخدمني بشكل صحيح، فهذه ليست ظاهرة جديدة تمامًا، وفي الواقع تقريبًا كل الشكليات الرياضية للقانون الثاني والديناميكا الحرارية بشكل عام، تظل دون تغيير حتى في درجات الحرارة السلبية.
ما لا أفهمه هو كيف يمكنك التحدث عن أن درجة حرارة النظام أعلى بالفعل من أي درجة حرارة أخرى على مقياس كلفن. ايهود ممكن توضح قصدك؟
شكرا.
إسرائيل،
ألا يدل ذلك على ما يكتبه؟
"يعتمد مقياس درجة حرارة اللورد كالفين على الاحتمالية، وليس بالضرورة على درجة الحرارة. ومع ذلك، في أنظمة خاصة من ميكانيكا الكم، تتناقص الإنتروبيا في الواقع مع زيادة طاقة النظام (وحرارته)، وهو الوضع الذي يؤدي إلى درجة حرارة كمومية سلبية.
أنا لست خبيرًا في هذا المجال، لذا فإن النقاط ليست معرفة مسبقة أقوم بنقلها.
في الواقع، عندما انتهيت من قراءة الكتاب المقدس، شعرت أن أشياء كثيرة قيلت بطريقة لم أتمكن من تجميعها بشكل متماسك. ولهذا السبب حاولت استنفاد الأفكار التي يتم نقلها هنا وفقًا لفهمي - على وجه التحديد لأنني ما زلت أشعر أن شيئًا ما مفقود في فهمي.
ديوجين
السؤال ليس غبيا. السبب وراء عدم وصولهم إلى الصفر المطلق حتى الآن ليس تكنولوجيًا
ولكن جسديا. الوصول إلى الصفر المطلق يتعارض مع القانون الثاني للديناميكا الحرارية،
ويمكن صياغة القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أنه استحالة الوصول إلى الصفر
المطلق الصيغ الأخرى للقانون هي: في النظام المغلق، تزداد الإنتروبيا دائمًا أو لا توجد عملية
الذي ينقل الحرارة فقط من النظام البارد إلى النظام الساخن
ألون.
تكتب: "1.ب) بالمعنى الفيزيائي، نربط مفهوم درجة الحرارة بمفهوم الإنتروبيا. أي أنه كلما كانت الجسيمات "أقل ترتيبًا"، كلما ارتفعت درجة الحرارة، والاتجاه المعاكس صحيح أيضًا.
هل يمكنك التفصيل أو إعطاء مثال؟
آسف على الجهل والسؤال المضحك، لكن على حد علمي، لم يتمكنوا أبدًا من الوصول إلى الصفر المطلق بسبب القيود التكنولوجية، وأحدها هو أنه لبناء نظام يبرد إلى هذا الحد، عليك استثمار مبلغ الكثير من الطاقة، والتي يتم التعبير عنها، من بين أمور أخرى، في الحرارة؟ (آسف على هذا التفسير غير المتعلم... أي تعليقات هي موضع ترحيب). وإذا تم ذلك بالفعل، أليس هذا خبرًا خطيرًا جدًا لم تتم تغطيته خارج المواقع العلمية؟
مرحبًا روي، آسف على السؤال الذي لا يتعلق مباشرة بالموضوع، ولكن هل هذا هو اسمك الأصلي؟
اعتقدت أن روي كان مسجلاً دائمًا بـ "أ"، هل أنا مخطئ؟
شكرا.
روي، شكرا. وسنشير إلى المصدر والفكرة المطروحة فيه.
لست متأكدًا من أنني أفهم بالضبط ما يقال هنا.
سأحاول فصل النقاط التي أعتقد أنها موجودة في المقال، وأطلب التصحيح/التوضيحات:
1.أ) بالمعنى "الشعبي"، نربط إضافة الطاقة/الحرارة إلى النظام بزيادة في درجة حرارته.
1.ب) بالمعنى الفيزيائي، نربط مفهوم درجة الحرارة بمفهوم الإنتروبيا. أي أنه كلما كانت الجسيمات "أقل ترتيبًا"، كلما ارتفعت درجة الحرارة، والاتجاه المعاكس صحيح أيضًا.
1.ج) حتى الآن كان من المعتاد النظر إلى التعريفين السابقين على أنهما لا يتعارضان مع بعضهما البعض (أي المزيد من الحرارة = إنتروبيا أعلى).
1.د) أظهرت تجربة جديدة أنه في حالات معينة، عند إضافة الحرارة/الطاقة، تنخفض الإنتروبيا فعليًا. الأمر الذي أدهش العلماء، حيث يمكن وصف المفاجأة عمومًا بكوننا نعلم الآن أن هناك مواقف لا يتطابق فيها التعريفان في (1.أ) و(1.ب) مع بعضهما البعض.
2.أ) عادة، عندما تضيف طاقة إلى إلكترون في حالة مستقرة (في أدنى حالة طاقة في الذرة)، فإنه "يقفز" إلى الحالة الجديدة، ويعود "على الفور" إلى الحالة المستقرة، عندما فهو يطلق الطاقة للنظام.
2.ب) من وجهة النظر الديناميكية الحرارية، لم يكن لهذه "اللحظة" أي معنى، و"توازن" النظام مع الطاقة الجديدة، بطريقة تنعكس في زيادة الإنتروبيا - كما هو متوقع.
2.ج) في تجربة جديدة تمكنوا من إجبار الإلكترون على البقاء في الحالة الجديدة بعد إضافة الطاقة، لذلك لم يعود إلى الحالة السابقة.
2.د) على عكس الوضع الكلاسيكي، لم يعود الإلكترون "على الفور"، ونشأ وضع أضفنا فيه طاقة إلى النظام، ولكن بسبب القيد، لم "تتوازن" الطاقة - وليست كذلك ينعكس في زيادة الانتروبيا.
3.أ) مكتوب في مكان واحد:
"في الأنظمة ذات درجات الحرارة الإيجابية الباردة، يتجاوز عدد الجسيمات في الحالات المنخفضة الطاقة عدد الجسيمات في الحالات عالية الطاقة، وهو الوضع الذي يؤدي إلى التعريف الرسمي لدرجة الحرارة في عالم ميكانيكا الكم"
3.ب) بعد ذلك مباشرة تقريبًا يُكتب:
"في أنظمة خاصة من ميكانيكا الكم، تتناقص الإنتروبيا في الواقع مع زيادة طاقة النظام (وحرارته)، وهو الوضع الذي يؤدي إلى درجة حرارة كمومية سلبية"
3.ج) من (3.أ) يعني ضمنيًا أن درجة الحرارة الكمومية هي مفهوم إحصائي مشتق من حالات الطاقة للإلكترونات. التعريف الذي يجب أن يكون في حد ذاته دائمًا "غير سلبي". مما يؤدي إلى التساؤل حول ما المقصود بدرجة الحرارة الكمومية السالبة؟
3.ج.1) هل الإشارة هنا إلى الطريقة التي تنعكس بها الحالة الكمومية في التأثير على مؤشر درجة حرارة النظام بأكمله؟ أي "درجة الحرارة الفعالة السلبية" للحالة الكمومية - مثل طريقة لوصف "حرارة الكبسولة"؟
شكرا.
مثير!
http://math.ucr.edu/home/baez/physics/ParticleAndNuclear/neg_temperature.html
لم أفهم، إذا كان الصفر المطلق يعني أن الذرات لا تتحرك وتحت الصفر المطلق تتحرك مرة أخرى، فما هو التفسير بين تحت الصفر وفوق الصفر؟