سردترین محل شناخته شده در جهان بر روی ایستگاه فضایی بین المللی قرار دارد!

MacTavish · 24/8/19

سردترین محل شناخته شده در کل دنیا برخلاف تصور ما در قطب جنوب یا دشت‌های یخ‌زده سیبری نیست و در کمال تعجب، این محل بر روی ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) قرار گرفته است؛ در بررسی جزئیات این موضوع با ما همراه باشید.

سردترین محل شناخته شده در تمام کائنات بر روی آزمایشگاه متحرک و عظیمی که در مدار زمین قرار دارد و با نام ایستگاه فضایی بین المللی یا همان ISS شناخته می‌شود، قرار گرفته است؛ سازمان فضایی ایالات متحده، ناسا (NASA)،‌ در یکی از تازه‌ترین پروژه‌های خود با نام «آزمایشگاه اتم سرد» (CAL)‌ مقدمات قرار دادن تجهیزاتی فوق پیشرفته را بر روی ISS فراهم کرده است که با کاهش دمای اتم‌ها تا مقدار شگفت‌انگیز ده میلیونم یک کلوین، علاوه بر محیا کردن شرایط انجام آزمایش‌های مختلف فیزیک کوانتوم و تلاش برای پی بردن به ماهیت اصلی دنیای ما، عنوان سردترین محل جهان را هم به خود اختصاص داده است.

تصویری از ایستگاه فضایی بین المللی

در زندگی روزمره ما هر ماده‌ای که با آن سر و کار داریم تقریبا رفتار قابل پیش‌بینی و مشخصی را از خود نشان می‌دهد و قوانین مرتبط با علوم مختلف مانند فیزیک، این رفتارها را در غالب نظریه‌های گوناگون برای ما دسته‌بندی می‌کنند؛ با این وجود زمانی که شرایط محیطی به شدت تغییر می‌کند و به عنوان مثال، مواد شدیدا سرد و یا گرم می‌شوند،‌ رفتار اتم‌ها و ذرات از آنچه که انتظار می‌رود، فاصله می‌گیرد.

یکی از این شرایط غیرمعمول محیطی، نزدیک شدن به دمای صفر مطلق یا همان 0 کلوین بوده که معادل رسیدن به دمای 273- درجه سلسیوس است؛ این شرایط دمایی که به عنوان سردترین شرایط شناخته شده در نظر گرفته می‌شود، باعث بروز حالت‌های عجیب و ناشناخته‌ای در مواد می‌شود.

از طرف دیگر، مشخصه دما به صورت کلی برای اندازه‌گیری توانایی مولکول‌های مواد برای جابه‌جایی و حرکت تعریف می‌شود؛ اگر در یک ماده مشخص مولکول‌ها توانایی تحرک زیادی نداشته باشند، ماده مورد نظر جامد خواهد بود. اگر این قابلیت تحرک کمی افزایش یابد ماده می‌تواند به حالت مایع برسد و در صورتی هم که آزادی حرکت مولکول‌ها بسیار بیشتر شود، ماده به حالت گازی می‌رسد.

حال اگر دمای مولکول‌ها را به حدی پایین بیاوریم که شرایط محیطی به دمای صفر مطلق نزدیک شود، ماده به حالت بدون تحرک می‌رسد و همان رفتار عجیبی که به آن اشاره کردیم، در ماده دیده می‌شود. در چنین حالتی قوانین عادی فیزیک دیگر توانایی توجیه پدیده‌ها را ندارند و از نظر علمی وارد محدوده فیزیک کوانتوم می‌شویم.

به عنوان مثال اگر گاز هلیوم را به حالت فوق سرد برسانیم و آن را به دمای 273- درجه سلسیوس نزدیک کنیم، ماده به جای رسیدن به حالت جامد در حالت مایع می‌ماند و با تبدیل‌شدن به اَبَر سیال، رفتاری فوق‌العاده عجیب را از خود نشان می‌دهد و مثلا در صورت قرار گرفتن در یک ظرف نگهداری، همانند یک موجود جاندار از ظرف به بیرون می‌خزد!

ابر سیال فوق سرد هلیوم با تمامی رفتارهای شگفت‌انگیز خود جزو حالتی از ماده که با نام چگالش بوز-اینشتین (BEC) شناخته می‌شود، دسته‌بندی شده است؛ در این حالت از ماده که برای اولین بار در دهه 20 میلادی وجود آن پیش‌بینی شد، اتم‌ها به پایین‌ترین سطح انرژی خود می‌رسند و تبدیل به ابر اتم‌هایی می‌شوند که رفتاری موجی دارند.

اما با عبور از بحث‌های تخصصی فیزیک ذرات، می‌توان گفت که تحقیق و بررسی در مورد حالت BEC در سیال هلیوم فرصت ارزشمندی را برای دانشمندان فراهم می‌کند تا ابهامات فراوان دانش شگفت‌انگیز فیزیک کوانتوم را کاهش دهند. با این حال رساندن اتم‌های هلیوم به چنین شرایطی به هیچ وجه کار ساده‌ای نیست و به همین دلیل است که آژانس فضایی ناسا به فکر ساختن سردترین محل شناخته شده در جهان در غالب پروژه آزمایشگاه CAL افتاده است.

تا قبل از سال 1995 فراهم کردن شرایط بررسی حالت چگالش بوز-اینشتین بر روی زمین انجام می‌شد و دانشمندان با معلق کردن اتم‌ها در تجهیزات مغناطیسی بدون اصطکاک و استفاده از تکنولوژی لیزر و فناوری‌های پیشرفته دیگر، تنها می‌توانستند برای کسری از ثانیه فرصت مطالعه این حالت را داشته باشند.

نیروی جاذبه زمین در این نوع آزمایش‌ها رسیدن به شرایط مطلوب را فوق‌العاده سخت می‌کند و به همین دلیل، ایده انجام تست‌ها در جاذبه صفر فضا به ذهن محققان رسیده است. بر روی ایستگاه فضایی بین المللی چنین امکانی فراهم شده و در آزمایش‌های پیشین، دانشمندان توانسته‌اند که در سردترین محل جهان دمای اتم‌های عنصر روبیدیم را به 10 میلیونم کلوین برسانند؛ این دما از دمای متوسط فضا، یعنی 3 کلوین، پایین‌تر است.

در صورت رسیدن آزمایشگاه اتم سرد ناسا به بازدهی کامل،‌ دانشمندان می‌توانند ذرات BEC را تا میزان حداکثری 10 ثانیه از نزدیک بررسی کنند و ساعت‌های طولانی و به دفعات زیاد، آزمایش‌های خود را در شرایط جاذبه صفر تکرار کنند. این اولین بار است که چنین تجهیزات فوق پیشرفته‌ای در خارج از جو زمین کار گذاشته می‌شود و با پایین آوردن دمای یک محیط کمتر از دمای متوسط فضا، سردترین محل شناخته شده در دنیا به صورت مصنوعی به وجود می‌آید.

به کمک تجهیزات سردترین محل شناخته شده در جهان می‌توان ماهیت بنیادی دنیای اطراف را کشف کرد

رابرت شاتول (Robert Shotwell)، یکی از دانشمندان برجسته ناسا، در این رابـ*ـطه می‌گوید که به صورت معمول آزمایش‌های چگالش بوز-انیشتین نیازمند تجهیزاتی است که یک اتاق معمولی را به طور کامل پر می‌کنند، اما دستگاه ساخته‌شده در پروژه CAL به اندازه یک یخچال خانگی کوچک است و حتی امکان کنترل آن از راه دور و توسط دانشمندانی که بر روی زمین قرار دارند، وجود دارد.

تجهیزات آزمایشگاه اتم سرد ناسا در ماه می گذشته به ایستگاه فضایی بین المللی ارسال شد و گفته شده که در ماه سپتامبر، پس از کسب تاییدیه‌های نهایی، انجام آزمایش‌ها به صورت رسمی و تمام‌وقت شروع خواهند شد.

در پایان هم شما را به تماشای ویدیویی در مورد سردترین محل جهان در آزمایشگاه اتم سرد سازمان فضایی ناسا دعوت می‌کنیم:

ویدیو معرفی آزمایشگاه اتم سرد دنیا