क्या परम शून्य तक पहुंचना संभव है?

पूर्ण शून्य सबसे कम सैद्धांतिक तापमान है, जिसे वैज्ञानिकों ने शून्य से 459.67 डिग्री फ़ारेनहाइट (शून्य से 273.15 डिग्री सेल्सियस) के रूप में परिभाषित किया है। वह बाहरी अंतरिक्ष से भी अधिक ठंडा है। अब तक, हम जो कुछ भी जानते हैं वह पूर्ण शून्य तक नहीं पहुंचा है। लेकिन क्या इस भयावह उपलब्धि को हासिल करना भी संभव है?

इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए, आइए जानें कि वास्तव में तापमान क्या है। हम तापमान के बारे में सोचते हैं कि कोई चीज कितनी गर्म या ठंडी है, लेकिन वास्तव में यह किसी प्रणाली के सभी कणों की ऊर्जा या कंपन का माप है। गर्म वस्तुओं में अधिक ऊर्जा होती है, इसलिए उनके कण अधिक तेज़ी से कंपन कर सकते हैं। वह बिंदु जिस पर कणों में बिल्कुल भी ऊर्जा नहीं होती – और, इसलिए, चलना बंद कर देते हैं – उसे पूर्ण शून्य के रूप में परिभाषित किया गया है।

वैज्ञानिक इन निम्न तापमान तक पहुँचने में रुचि रखते हैं क्योंकि जब कणों की गति धीमी हो जाती है तो कुछ दिलचस्प क्वांटम प्रभाव सामने आते हैं। भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान दिल्ली के सैद्धांतिक संघनित पदार्थ भौतिक विज्ञानी संकल्प घोष ने कहा, क्वांटम यांत्रिकी में एक मौलिक सिद्धांत तरंग-कण द्वंद्व है – वह घटना जिसमें प्रकाश के फोटॉन जैसा कोई कण या तो कण या तरंग के रूप में व्यवहार कर सकता है। .

क्वांटम मैकेनिकल कणों से निपटते समय, उनकी “अविभाज्यता” को याद रखना महत्वपूर्ण है – “कणों या तरंगों को व्यक्तिगत रूप से ट्रैक करना संभव नहीं है जैसा कि हम बड़ी वस्तुओं के साथ कर सकते हैं,” घोष ने लाइव साइंस को एक ईमेल में बताया। “इसकी उत्पत्ति का पता प्रसिद्ध हाइजेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत से लगाया जा सकता है जो क्वांटम मैकेनिकल माप की संभाव्य प्रकृति को मापता है [जिसका अर्थ है कि जब किसी कण की स्थिति को सटीक रूप से मापा जाता है, तो इसकी गति कम सटीक रूप से ज्ञात होती है, और इसके विपरीत]। यह संभाव्य प्रकृति क्वांटम यांत्रिक कण को तरंग जैसा चरित्र देता है।”

इस क्वांटम तरंग जैसे व्यवहार की सीमा प्रणाली में अंतर-कण दूरी के अनुपात द्वारा व्यक्त की जाती है, जिसे थर्मल डी ब्रोगली तरंग दैर्ध्य के रूप में जाना जाता है। सामान्य तापमान पर, यह क्वांटम व्यवहार नगण्य होता है, लेकिन जैसे-जैसे कण ठंडे होते जाते हैं, अजीब प्रभाव सामने आने लगते हैं।

घोष ने कहा, “जैसे-जैसे तापमान नीचे जाता है, [यह अनुपात] बड़ा होता जाता है और पूर्ण शून्य पर यह वास्तव में अनंत होता है।” “क्वांटम घटनाएँ जैसे सुपर तरलता (घर्षण के बिना प्रवाह), सुपरकंडक्टिविटी (बिना किसी प्रतिरोध के धारा प्रवाह), और अल्ट्राकोल्ड परमाणु संघनन सभी इसी के कारण होते हैं।”

1990 के दशक के शुरुआती अल्ट्राकोल्ड प्रयोगों में इन प्रभावों की जांच शुरू करने के लिए लेजर कूलिंग नामक तकनीक का उपयोग किया गया था। ऑक्सफोर्ड विश्वविद्यालय के अल्ट्राकोल्ड भौतिक विज्ञानी क्रिस्टोफर फ़ुट ने कहा, “प्रकाश परमाणुओं पर एक बल लगाता है जो उन्हें लगभग 1 केल्विन (माइनस 272.15 सी या माइनस 457.87 एफ) के उचित ठंडे तापमान तक धीमा कर देता है।” “[यह काफी कम है] ठोस और तरल पदार्थों में क्वांटम व्यवहार को देखने के लिए लेकिन जिन गैसों का हम अध्ययन करते हैं, इन क्वांटम प्रभावों को प्राप्त करने के लिए हमें 10 नैनो-केल्विन तापमान की आवश्यकता होती है।”

किसी प्रयोगशाला में अब तक का सबसे कम तापमान 2021 में जर्मनी में एक समूह द्वारा दर्ज किया गया था। टीम ने चुंबकीय गैस परमाणुओं को 400-फुट (120 मीटर) टॉवर से नीचे गिराया, कणों को लगभग धीमा करने के लिए चुंबकीय क्षेत्र को लगातार चालू और बंद किया। पूर्णतः ठहराव. इस प्रकार के प्रयोग में, जिसे मैग्नेटिक ट्रैप कूलिंग के रूप में जाना जाता है, गैसीय कण अविश्वसनीय 38 पिकोकेल्विन तक पहुंच गए – पूर्ण शून्य से 38 ट्रिलियन डिग्री सेल्सियस ऊपर और गैसों में क्वांटम प्रभाव का अवलोकन शुरू करने की सीमा के भीतर।

लेकिन क्या सामग्री को और भी अधिक ठंडा करने का प्रयास करने का कोई मतलब है? फ़ुट के अनुसार संभवतः नहीं। उन्होंने कहा, “हम पूर्ण शून्य तक पहुंचने की तुलना में इन क्वांटम प्रभावों में अधिक रुचि रखते हैं।” “लेज़र-कूल्ड परमाणुओं का उपयोग पहले से ही परमाणु मानकों में किया जाता है जो सार्वभौमिक समय (परमाणु घड़ियों) और क्वांटम कंप्यूटरों को परिभाषित करते हैं। कम तापमान पर काम अभी भी अनुसंधान चरण में है, और लोग सार्वभौमिक भौतिक सिद्धांतों का परीक्षण करने के लिए इन तरीकों का उपयोग कर रहे हैं।”

वर्तमान में, उस अंतिम 38 ट्रिलियन डिग्री को ठंडा करना संभव नहीं है – और इसे वास्तविकता बनने के लिए कई बाधाओं को पार करना होगा। वास्तव में, भले ही हम पूर्ण शून्य तक पहुंच भी जाएं, लेकिन सटीक माप तकनीकों के कारण हम इसे पूरी तरह से चूक सकते हैं।

फ़ुट ने कहा, “मौजूदा उपकरणों से, आप यह नहीं बता सकते कि यह शून्य था या बस एक बहुत, बहुत छोटी संख्या।” “निरपेक्ष शून्य को मापने के लिए, आपको वास्तव में एक असीम सटीक थर्मामीटर की आवश्यकता होगी, और यह हमारी वर्तमान माप प्रणालियों से परे है।”