أين سجلت اقل درجة حرارة في العالم

الكون

الكون هو كل ما هو كائن، وهو يضمُ كل الزمان والمكان؛ الزمن الماضي، والحاضر، والمستقبل، والمكان الذي رأيناه، ولم نره، وعرفناه ولم نعرفه. الكون هو الذي يضم كل المادةِ والطاقة، وكل قوانين الطبيعة التي تجمع بينهما، وفيه كل حياةٍ ممكنة، وكل مكانٍ يُمكن أن توجد فيه حياة. في هذا الكون، وحسب نموذج الإنفجار العظيم، قبل حوالي 13.8 مليار سنة بدأ كل شيء؛^[١] من انفجارٍ ساخنٍ جداً بدرجة حرارةٍ تُعرف بدرجة حرارة بلانك، وهي أعلى درجة حرارة ممكنة، ولم يصل إليها شيءٌ في هذا الكون ما عدا الكون نفسه بعد الإنفجار العظيم بوقت قصير جداً جداً يعرف بزمن بلانك والبالغ 10^-43 ثانية، ومقدار درجة حرارة بلانك هو 10³²كلفن.^[٢] بالمقابل، كانت أعلى درجة حرارة وصل إليها الإنسان في عام 2012 هي 5.5 ترليون (5,500,000,000,000) كلفن في مصادم الهايدرونات الكبير (بالإنجليزية: Large Hadron Collider) بُغية دراسة سلوك المادة في ظروفٍ مشابهةٍ لتلك الظروف بعد الانفجار العظيم.^[٣] وبالتأكيد فإن المادة ستسلك سلوكاً مختلفاً عند درجة الحرارة العالية تلك، وستتغير قوانين الفيزياء التقليدية بدءاً من عند درجة حرارة بلانك، بالإضافة لاختلاف سلوك المادة عند درجات الحرارة المنخفضة جداً، وإظهارها لسلوك مميز ومفيد جداً.^[٤]

درجة حرارة الكون اليوم

درجة الحرارة في باطن الشمس هي 15 مليون كلفن تقريباً، وتقل كلما اتجهنا نحو الخارج لتصل الى 5800 كلفن عند سطح الشمس.^[٥] والشمس كسائر النجوم التي بحجمها وعمرها، تقل الحرارة كلما ابتعدنا عن مركزها أكثر، وتقل أكثر وأكثر كلما ابتعدنا عن المجرة، وتبلغ درجة الحرارة في الفراغ الشاسع بين المجرات 2.735 كلفن؛ حيث تم الحصول على هذا الرقم من خلال القياسات لإشعاع الخلفية الكوني (بالإنجليزية: Cosmic Microwave Background Radiation).^[٦]

أقل درجة حرارة مُسجلة

إن من أقل درجات الحرارة المُسجلة في الكون تقع في الفراغ الشاسع الموجود بين المجرات كما ذكرنا، ومن المحتمل أنك تفكر بأن 2.735 كلفن هي أقل درجة حرارة مُسجلة على الإطلاق، بالفعل هذه الحرارة باردة جداً فهي فوق الصفر المطلق ب2.735 درجة فقط (الصفر المطلق هو -273.15 درجة مئوية) لكنها وبالرغم من أنها أقل درجة حرارة طبيعية فإنه قد تم تسجيل درجات حرارة أبرد منها بكثير!^[٧]

إن من أبرد الأجسام الطبيعية التي تم رصدها في الكون هو سديم بومرانغ (بالإنجليزية: Boomerang Nebula)، والذي يقع ضمن كوكبة سينتورورس (بالإنجليزية: the constellation Centaurus)، حيث يبعد عنا حوالي 5000 سنةٍ ضوئيةٍ. حيث وجد العلماء في عام 1997 أن درجة حرارة الغازات المنبعثة من مركز النجم المحتضر بعدما تمدّدت وبردت قد وصلت إلى درجة كلفن واحدة فوق الصفر المطلق. ويحافظ السديم على درجة الحرارة المنخفضة هذه كثلاجة كونية في الفضاء.^[٨]

وقد استطاع العلماء قياس أبرد درجة حرارة مُسجلة على الإطلاق وهي 100 بيكو كلفن (0.000,000,000,1 كلفن) وهي من صنع بشري، حيث إنه باستخدام معكوس دورة كارنوت تم صنع الثلاجة، وللحصول على درجة حرارة كهذه فستحتاج إلى ثلاجة ذرية، وتم تسجيلها في مختبر درجات الحرارة المنخفضة (بالإنجليزية: Low Temperature Laboratory) الموجود في فنلندا عن طريق تبريد معدن الراديوم، الأمر الذي تم ليس من أجل التبريد فقط، بل من أجل دراسة مغناطيسية نواة عنصر الراديوم، حيث إن معدن الراديوم نفسه يصبح موصلاً فائقاً عند درجة الحرارة الانتقالية المعروفة لكل العناصر، والموصل الفائق هو مادة ليس لها مقاومية، أي أن التيار سيسري فيها للأبد دون الحاجة لبطارية بشكل دائم، الأمر الذي يشبه السائل الذي لا يمتلك إحتكاكاً داخلياً، فهو سيستمر بالجريان للأبد.^[٧][٩]

مشروع أبرد بقعة في الكون

كان من المخطط بدء هذا المشروع في عام 2016 من قبل وكالة ناسا الفضائية، والتي ستقوم بإنشاء أبرد بقعة في الكون داخل محطة الفضاء الدولية عن طريق ثلاجةٍ ذريةٍ تقوم بالتبريد حتىدرجة حرارة 100 بيكو كلفن بُغية دراسة المواد عند درجات الحرارة هذه، حيث إن مفاهيم المادة الصلبة، والسائلة، والغازية، لا تعود صالحةً هنا، حيث إن المادة تقترب من أن تصبح طاقتها صفراً، الأمر الذي يولد خصائص جديدة للمادة، بل إنه يشكل شكلاً جديداً من المادة، هو “كمّات”، وهذه الكمّات تُطيع ميكانيكا الكم بشكل كبير، وفي مرحلة من المراحل ، وعند جمع عينات من نفس المادة في مكان واحد، فإنها لن تمتزج كما نعرف من تعاملنا اليومي مع المادة، بل إنها ستتداخل كما تتداخل الموجات، هذا ما يعرف ب”موجات المادة”.^[١٠]

الذي يميز محطة الفضاء الدولية ويجعلها أفضل مكان لصنع أبرد بقعة في الكون أنه سيكون من السهل التبريد هناك، وهذا بسبب ضعف الجاذبية هناك، حيث إنه من المبادئ الأساسية في الديناميكا الحراريّة أنه عندما يتمدّد الغاز فإنه سيبرد، تماماً كما يحدث عندما تقوم برش مزيل العرق، فإن الغاز المضغوط يكون بحجمٍ صغيٍر جداً، لدرجة أنه يكون سائلاً داخل العبوة، وعند خروجه من العبوة فإنه يكون بارداً، وهذا بسبب أنك سمحت له بالتمدد بفتح منفذٍ صغيرٍ في العبوة.^[١٠]

الصفر المطلق

لا يوجد شيء أبرد من الصفر المطلق (0 كلفن)، وهي درجة الحرارة الوحيدة التي لا يمكنك الوصول إليها بتاتاً، وذلك لأنك عندما تقوم بعكس دورة كارنوت ستقوم ببذل شغلٍ ما للتبريد، وكلما أردت الحصول على درجة حرارةٍ أقل كلما احتجت لشغلٍ أكبر، الأمر الذي يعني أنك إذا أردت الحصول على درجة حرارة الصفر المطلق فإنك ستحتاج لمقدارٍ لا نهائيٍ من الشغل، وهو الشيء المستحيل تماماً.[٨]