FİZİK

Nedir Bu Mutlak Sıfır Denilen Şey?

Mutlak sıfır denilen sıcaklık değeri -273,15 santigrat dereceye karşılık geliyor. Teorik olarak bu sıcaklık değerine ulaşan bir maddenin enerjisi de sıfıra eşit olur, molekülleri hareket edemeyecek duruma erişir. Yani artık onu daha fazla soğutmak mümkün değil.

Mutlak sıfırın ne kadar soğuk olduğunu anlamak için şöyle düşünebilirsiniz: Su, 0 santigrad veya 32 Fahrenhayt’ta donar, bu, 273 Kelvin’e eşittir; yani mutlak sıfıra yakın bile değildir. Mutlak sıfıra, -273 Santigrat ya da -459 Fahrenhayt derecede ulaşılır!

Mutlak sıfır noktasında ne olacağını sadece teoride biliyoruz çünkü bir maddeyi bu derece soğutmak pratikte mümkün değil.

Bir şeyin sıcaklığını ölçerken aslında ölçtüğümüz şey, onu oluşturan par­çacıkların ortalama enerjisidir. Maddeler ısıtıldıklarında molekülleri daha hızlı hareket eder, soğutulduklarında da yavaşlamaya başlar. Sıcaklık ne kadar düşerse, atomların hareketi de o kadar yavaşlar. Öyleyse belli bir noktada durmaları gerekir. Bu varsayımsal durma noktasına mutlak sıfır denir.

Bu sıcaklıkta, maddeleri sadece donmuş (veya katı) olarak düşünmemek gerekir. Daha ziyade bu noktada entropi minimum değerinde olur.

Kelvin Ölçeği

Mutlak sıfır fikri 18. yüzyılda sıcaklık ve enerjinin gösterildiği bir grafiğin sı­fıra doğru uzatılmasıyla fark edilmiştir. Enerji sıcaklıkla birlikte artar. Bu iki niceliği birbirine bağlayan doğrusal grafik, enerjinin sıfırlandığı sı­caklığı bulmak için geriye doğru uzatılabilir. Böyle yapıldığında -273,15 derece Celsius’a ulaşılır.

On dokuzuncu yüzyılda Lord Kelvin mutlak sı­fırdan başlayan yeni bir sıcaklık ölçeği önerdi. Kelvin’in ölçeği, aslında Celsius ölçeğinin yana kaydırılmışıydı. Celsius’ta su 0 derecede donarken Kelvin’de 273 derecede donar, Celsius’ta 100 derecede kaynarken Kelvin’de 373 derecede kaynar.

Belli bir basınç ve sı­caklıkta, hem su hem buhar hem de buz aynı anda bulunabilir. “Suyun üçlü noktası” olarak bilinen bu sıcaklık 273,16 kelvin (0,01° Celsius) kabul edil­miş, Kelvin ölçeği buna göre sabitlenmiştir.

Kelvin’den Fahrenheit’a: 273,15 çıkar. 1,8 ile çarp. 32 ekle.
Fahrenheit’tan Kelvin’e: 32 çıkar. 5 ile çarp. 9’a böl. 273,15 ekle.
Kelvin’den Celsius’a: 273 ekle.
Celsius’tan Kelvin’e: 273 çıkar.

Günümüzde bilim insanlarının çoğu sıcaklık ölçümlerinde negatif sayı barındırmaması nedeniyle Kelvin ölçeğini kullanır.

Evrendeki En Soğuk Yer: Bumerang Nebulası

Sıcaklık yükseldikçe düşer. Ancak, uzayın derinliklerinde, en boş olduğu bölgelerdeki atomların bile sıcaklığı mutlak sıfırdan birkaç derece yukarıdadır. Şu ana değin Evren’de saptanan en soğuk bölge, Bumerang nebulasında mutlak sıfırın yalnızca bir derece üstünde olan karanlık bir gaz bulutudur.

Bumerang nebulası

Bu nebulanın dışında, bütün uzayda ortam sıcaklığı görece ılık; 2,7 kelvindir. Bu ılıklığın nedeni kozmik mikrodalga arkaplan ışımasıdır. Yani Büyük Patlama’dan kalan ve bütün uzayı kaplayan ısı. Bundan daha soğuk olması için bu arkaplan sıcaklığının engellenmiş olması ve atomların kendilerinde arta kalan ısıyı da yitirmiş olması gerekir. Dolayısıyla pratik olarak uzayın herhangi bir bölgesinin mutlak sıfır sıcaklığında olması düşünülemez.

Laboratuvar ortamında Evren’den bile daha düşük sıcaklıklara geçici olarak ulaşılmış olsa bile mutlak sıfır soyut bir düşüncedir. Ne kadar çalışırlarsa çalışsınlar, bilim insanları gerçekte mutlak sıfıra kesinlikle ulaşamayacaklarını bilirler.

Neden böyle olmak zorundadır?

Çünkü her şeyden önce kendi sıcaklığı mutlak sıfır olmayan bir termometre ölçüm sırasında sistemi bozacaktır. İkinci olarak, böylesi düşük enerjilerde sıcaklık ölçümü yapmak başlı başına zordur, çünkü süper iletkenlik ve kuantum mekaniği gibi birtakım başka et­kiler araya girer ve atomların hareketlerini ve hallerini etkiler. Dolayısıyla o sıcaklığa ulaşıp ulaşmadığımızdan hiçbir zaman emin olamayız.

Mutlak sıfır için belki de “orada öyle bir yer yok” demek en doğrusudur.

Matematiksel

Sibel Çağlar

Kadıköy Anadolu Lisesi, Marmara Üniversitesi, ardından uzun süre özel sektörde matematik öğretmenliği, eğitim koordinatörlüğü diye uzar gider özgeçmişim… Önemli olan katedilen değil, biriktirdiklerimiz ve aktarabildiklerimizdir bizden sonra gelenlere... Eğitim sisteminin içinde bulunduğu çıkmazı yıllarca iliklerimde hissettikten sonra, peki ama ne yapabilirim düşüncesiyle bu web sitesini kurmaya karar verdim. Amacım bilime ilgiyi arttırmak, bilimin özellikle matematiğin zihin açıcı yönünü açığa koymaktı. Yolumuz daha uzun ve zorlu ancak en azından deniyoruz.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu