دیدارنیوز - سروش زمانی مقدم: یکی از مفاهیم بسیار مهم در علم فیزیک، مفهوم "صفر مطلق" است. بنا به دلایل ترمودینامیکی، برای سیستمی که در نقطه صفر مطلق قرار دارد، دمایی پایین تر، متناسب با وضعیتی سردتر وجود ندارد. در واقع میتوان ثابت کرد که سرعت مولکول‌ها با کاهش دما کم میشود و بنابراین صفر مطلق "متناظر" با سرعت صفر است، هرچند که از ملاحظات مکانیک کوانتومی و اصل عدم قطعیت میتوان نشان داد که حتی در صفر مطلق که دمایی پایین‌تر از آن متصور نیست نیز، ذرات کاملا بی حرکت نیستند!
در مقیاس دمای کلوین، مقدار صفر کلوین، یا همان صفر مطلق، برابر با منفی ۲۷۳.۱۵ درجه سلسیوس (سانتی گراد) است!
برای فیزیک پیشگان، این مطلب جدیدی نیست، اما بیابید این بار در جهت عکس پیش برویم. آیا همانند یک حد پایین برای سردی جسم، داغی مطلقی متناظر با بالاترین دمای قابل حصول جسم وجود دارد، به طوری که که جسم دیگر نتواند از آن نقطه گذر کرده و داغتر شود؟
بیایید ابتدا در مقیاس کلوین، برخی از دما‌هایی را که برایمان قابل لمس است مرور کنیم. میانگین دمای بدن شما در حالت سلامت، حدود ۳۱۰ درجه کلوین است و این در حالیست که دمای بالای بدن یک شخص بیمار، یا به اصطلاح تب بالای ۳۱۵ درجه کلوین خطرناک است. از طرفی اگر هنگام خواندن این مطلب، در حال صرف فنجانی قهوه به همراه یک برش کیک خانگی هستید، باید بدانید که قهوه تان در دمایی حدود ۳۵۵ درجه کلوین آماده شده است تا کیکی را که در دمای ۳۷۲ درجه کلوین پخته شده است را، با لذت بیشتری میل نمایید.
قطعا این دما‌ها در مقایسه با دمای سطح خورشید در حدود ۵۷۷۳ درجه کلوین، و یا دمای ۱۵۷۰۰۰۰۰ درجه کلوین در هسته خورشید بسیار پایین و خنده دار هستند، اما عجله نکنید، چرا که حتی این دما‌های وحشتناک نیز، فاصله‌ای بسیار بیشتر از آنچه که تصور کنید، با بالاترین دمای احتمالی ممکن در جهان دارند.
در یک فرآیند انفجار هسته ای، دما میتواند به حدود ۳۵۰ میلیون درجه کلوین برسد، اما حتی چنین دمایی هم، از حد بالای مد نظر ما در این سیاهه، بسیار دور میباشد.
دمای هسته ستاره متوسطی، با وزنی ۸ برابر خورشید خودمان، در هنگام رمبش و تبدیلش به یک سیاهچاله گرانشی، چیزی در حدود ۳ میلیارد درجه کلوین است.
اما ستاره‌های بسیار بزرگتر از این مقدار در کیهان فراوانند. کمی آنطرف‌تر از ما (البته در مقیاس کیهانی)، در فاصله‌ای حدود ۸۰۰۰ سال نوری، ستاره‌ای وجود دارد که جرمی در حدود ۲۵ برابر خورشیدمان دارد. هرگاه زمان مرگ این ستاره فرا برسد، دمایش در هنگام "رمبش" یا فرو ریختن در خودش، به حدود "یک ترا کلوین" (ده به توان ۲۴ درجه کلوین) خواهد رسید. در این دمای بسیار بالا، که حتی شدت آن، کره زمین را نیز در این فاصله از آن با خطرات جدی و مخاطره آمیزی روبرو خواهد کرد، ماده از حالت پلاسمایی که تنها الکترون‌ها در آن از قید هسته رها بوده و آزاد هستند گذر کرده و حتی هسته ذرت سازنده ستاره یعنی نوکلئونها، که شامل پروتون‌ها و نوترون‌ها میباشند نیز شکسته میشوند و در کنار الکترون‌های سرگردان، معجونی با نام "سوپ کوارک-گلوئون" به وجود خواهد آمد که بررسی این دوره از کیهان، خود شاخه خاصی از کیهانشناسی مبتنی بر فیزیک ذرات را تشکیل میدهد.
میدانیم که کلیه مواد، حتی بدن من و شما، در بالاتر از صفر مطلق، از خود پرتو تابش میکنند و هرچه دمای ماده بالاتر باشد، بسامد این پرتوی تابشی "بیشتر" و همچنین طول موج آن "کمتر" خواهد بود و بنابراین چنین مشخصه‌هایی از پرتو، حاوی اطلاعاتی از دمای ماده میباشند.
در بررسی گستره این لیست "ابر داغ ها" شاید برایتان جالب باشد که انسان خردمند در "دستگاه شتاب دهنده بزرگ هادرونی" موسوم به LHC، برای مدتی محدود و تعداد محدودی از ذرات، به دما‌هایی در مرتبه بزرگی ده به توان هیجده درجه کلوین هم میرسند که مختص آزمایش‌های پدیده‌های شاخه فیزیک انرژی‌های بالا، به جهت شبیه سازی اتفاقات کیهان اولیه میباشد.
باز هم، به سوال اول مان باز میگردیم که این لیست را تا کجا میتوان ادامه داد و بالاترین دمای قابل آشکارسازی چقدر است؟!
برای این موضوع ناچار به تعریف کمیتی بسیار مهم در فیزیک با نام "طول پلانک" هستیم. کوچکترین مقیاس طولی قابل اندازه گیری و دارای معنا در فیزیک، طول پلانک است که برابر با ده به توان منفی سی و سه سانتی متر میباشد. در واقع هر فاصله‌ای کمتر از این مقدار، قابل اندازه گیری نبوده و بنابراین طولی کمتر از طول پلانک وجود ندارد. این طول، کمترین مقدار طولی قابل حصول پس از انفجار بزرگ است بدین معنی که در دوره‌ای کوتاه پس از پیدایش کیهان، جهان به اندازه طول پلانک بوده است. شاید بتوان به عنوان تخمینی از کوچکی این طول آن را به این صورت تصور کرد که اگر اتم هیدروژن به اندازه کهکشان راه شیری می‌بود، آنگاه تار موی انسان، طولی برابر با طول پلانک را دارا بود!
به تناسب با این مفهوم، میتوان زمان پلانک را نیز بصورت زمانی تعریف کرد که در آن، نور با حد بالای سرعت فیزیکی، مسافتی برابر با طول پلانک را می‌پیماید که برابر است با ده به توان منفی ۴۳ ثانیه، و بنابراین زمانی کمتر از زمان پلانک در فیزیک بی معنی میباشد.
از چنین زمانی غالبا به عنوان "عصر پلانک" یاد میشود و در فیزیک به دلیل عدم قطعیت‌های کوانتومی، وضعیت جهان در دوره پیش از عصر پلانک، متناسب با زمان‌هایی کمتر از این مقدار و طول‌هایی کوتاهتر از طول پلانک، غیر قابل تعیین و فاقد معنای فیزیکی میباشد.
این دو تعریف طول و زمان پلانک، در واقع حدود غیر قابل نقضی را برای فضا-زمان فیزیکی و سنجش‌های فیزیکی در آن اعمال میکنند که بسیار مهم است.
با این توضیح مختصر و محدودیتی که در فضا (طول) - زمان فیزیکی مان پیش آمد، به بحثمان باز میگردیم. دیدیم که بر اساس دمای ماده میتوان، بسامد و طول موج پرتوی تابشی از آن را تعیین کرد. در ابردمایی از مرتبه بزرگی ده به توان مثبت چهل و سه درجه کلوین که بهتر است بنا به دلیلی که ذکر میشود، به عنوان یک تعریف دیگر، آن را حد "دمای پلانک" بنامیم، ماده پرتویی تابش خواهد کرد که طول موج آن، مرتبه بزرگی برابر با ده به توان منفی سی و سه سانتی متر خواهد داشت که در واقع همان فاصله بسیار کوتاه و غیر قابل گذر "طول پلانک" میباشد که همانطور که گفتیم بر مبنای فیزیک کوانتوم نسبیتی، کوتاهترین طول موجود در جهان است!
حال سوال مهمی در این مرحله پیش می‌آید! از آنجایی که به لحاظ تئوری، هیچ محدودیتی برای مقدار انرژی که به سیستم داده میشود نداریم، با دادن انرژی بیشتر به سیستم چه اتفاقی خواهد افتاد؟ بر طبق نظریاتمان طول موج باید با گذر از طول پلانک کوچکتر شود، اما این اتفاق بنا بر حد طول پلانک امکان پذیر نیست و بنابراین این نقطه‌ای هست که گویا فیزیک ما، با برخورد به یک مانع بزرگ، متوقف و نامفهوم میشود. گویا نظریه‌های ترمودینامیکی ما در دمایی بالاتر از "دمای پلانک" از کار می‌افتند به طوری که نمیتوان برای چنین ماده ای، طبق روال قبل، دمای ترمودینامیکی تعریف کرد یا اینکه دست کم هنوز نمیدانیم که چگونه باید این کار را انجام داد! و چگونه دمایی را برای این وضعیت جسم به آن نسبت داد.
در یک سیاهچاله گرانشی، از آنجایی که برای فرار از سیاهچاله به سرعت ناممکن بیشتر از نور نیاز داریم، اصطلاحا یک افق رویداد همچون یک پرده تشکیل میشود تا تکینگی ایجاد شده را از نظر ما مخفی کرده و ناظری همچون ما که صلاحیت فیزیکی دیدن فضای داخل سیاهچاله را ندارد، از دیدن فضای تکینگی محروم باشد! این غالبا آن چیزیست که از آن به عنوان "عدم وجود تکینگی عریان" یا "فرضیه سانسور کیهانی" نام برده میشود و برخی از نظریه پردازان عنوان میکنند که احتمالا در کیهان، "تکینگی عریان" نداریم.
به طریق مشابه میتوان استدلال کرد که اگر جسمی بخواهد به دمایی بالاتر از دمای پلانک، به عنوان حد بالای دما، متناسب با پایین‌ترین حد فیزیکی طول برسد، مقدار انرژی به اندازه‌ای خواهد رسید که بلافاصله یک افق رویداد شکل گرفته و یک سیاهچاله نوری متشکل از پرتو و انرژی شکل میگیرد. به چنین نوع خاص سیاهچاله، که آن را غالبا سیاهچاله ساخته شده از نور تصور می‌کنیم، به خاطر نامگذاری آن بر مبنای واژه‌ای آلمانی، "کوگل بلیتس" یا "کوگل بلیتز" میگویند.
