Forró pillanatok a Spektrumon

A Spektrum új sorozata kísérleteken és esettanulmányokon keresztül mutatja be a hőmérséklet tudományát, és hatását a minket körülvevő világra.

A hőmérséklet a hétköznapi életünk része. Jelen van, amikor a hidegben reszketünk, amikor a villámlást bámuljuk, és amikor teavizet forralunk. Azt gondoljuk, hogy mindent tudunk a hőmérsékletről, pedig a mögötte rejlő tudomány tele van még meglepetésekkel. A műsorban bemutatott kísérletekben láthatunk folyadékként viselkedő szilárd anyagokat, a gravitációval dacoló túlhűtött kerámiát, és a Napnál forróbb plazmát is.

Minden, ami körülvesz bennünket, a hideg vagy a forró közötti tág hőmérsékleti tartományban mozog. Legyen az eleven vagy élettelen, szilárd vagy folyékony, látható vagy láthatatlan, mindennek van hőmérséklete. Ez az anyag belsejében rejtőző energia. Ennek az energiának az áramlása alakította ki bolygónkat és a világegyetemet.

A sorozat első része a hőmérsékleti skála legalsó részére kalauzolja a nézőket, amelyben kiderül, hogy hogyan született meg a 18. század egyik legnagyobb tudományos újítása, a hőmérő, hogy lehet, hogy a háztartási só – amit mindannyian fogyasztunk – 800 Celsius fokig fagyott, és hogyan változtatja meg a hideg az acél természetét, ami a Titanic katasztrófáját is okozhatta.

De kiderül az is, hogy mi történik pontosan a hőmérséklettel, ha áthalad a nullán, és hol lehet a hideg alsó határa, egyáltalán létezik-e ilyen.

És igen, létezik! A hideg elméleti határa, vagyis az abszolút nulla fok, a Celsius-skálán mínusz 273,15 fok. Rendkívül alacsony hőmérséklet, de ez alá már nem lehet menni, ez az elképzelhető leghidegebb. Egy elméleti pont a hőmérsékleti skálán, amelynél a testből már nem nyerhető ki hőenergia.

A Bumeráng-köd, 5 ezer fényévnyire a Földtől a leghidegebb hely, amit a természetben ismerünk. Ez egy végső stádiumú csillag, amit hatalmas gáztömeg vesz körül. Ahogy ez a gáz gyorsan tágul a csillagközi térben, gyorsan elveszíti az energiáját, ami szokatlanul alacsony hőmérsékletet, mínusz 272 Celsius-fokot eredményez. De még ez is egy egész fokkal magasabb az abszolút nullánál.

A londoni Imperial College-ban Ed Hinds professzor és kutatócsoportja a szuperhideg határain dolgozik, az abszolút nulla fok töredékén belül. Ez a kutatás az ígéri, hogy teljesen új világot nyit a fizikában, ami forradalmasíthatja a jövőnket.

Az anyag, amit lehűtenek, kicsiny molekulafelhők. Hogy közel kerüljenek az abszolút nulla fokhoz, a hűtés két fázisára van szükség. Először folyékony hélium alkalmazásával négy fokkal közelítenek az abszolút nullához. De éppen az a néhány fok jelenti a gondot. Vannak módok arra, hogy a héliumot kicsit hidegebbé tegyék, de milliomod fok eléréséhez nem folyadékot, hanem fényt alkalmaznak. A fény szóródásával a molekulák hidegebbé válnak. A molekulák még ezen a hőmérsékleten is mozognak. A lézerfény fotonjai ütköznek a lassan mozgó molekulákkal, és azt a kicsiny impulzust is átadják a fotonoknak. A fotonok szóródnak, de a molekulák lelassulnak, még ha hidegebbé válnak is. Különböző színű lézerfények megfelelő sorrendű alkalmazásával Ed és csapata néhány milliomod fok közelségbe kerül az abszolút nullához.

Ilyen rendkívül alacsony hőmérsékleteken az anyagok elkezdenek másként viselkedni, szubatomi, vagy kvantumszinten. Ebben a kvantumállapotban különös tulajdonságokat mutatnak, ami elvezethet egy újfajta számítógéphez. Egy átlagos számítógép bit ugyanazon időben csak nullát vagy egyet képviselhet. De ezek a kvantumanyagok lehetnek nullák és egyek egyidejűleg. Ha összekapcsoljuk ezeket a többfunkciós biteket sokkal gyorsabbak lehetnek, mint egy hagyományos számítógépes chip. Ez megnyitja a lehetőséget a kvantum-számítógépek, a kvantumkriptográfia felé és sokkal jobbak, mint amit a hagyományos technikákkal el lehet érni. Az abszolút nulla fok világa a fizikának egy különös új birodalma és csak a kezdetén járunk. De azért van valami ironikus abban, hogy hatalmas erőfeszítéseket teszünk, hogy közelebb kerüljünk az abszolút nullához. Ha eleget várunk, évmilliárdok elteltével ugyanis magától is eljön, hiszen az univerzum maga is hideg és egyre hidegebb lesz.

A Jégtől a tűzig: a hőmérséklet elképesztő tudománya című háromrészes sorozat január 14-étől 20 órától mutatja be a hőmérsékleti skála szélsőségeit a Spektrumon.

  • Megosztom