Mutlak sıfır evrende mümkün olan en düşük sıcaklıktır. Hiç bir şey mutlak sıfırdan daha düşük sıcaklığa sahip olamaz. 1800'lü yıllarda pek çok bilim adamı mümkün olan en düşük sıcaklığı hesaplamaya çalışmıştır. Bu bilim adamlarından biri de Lord Kelvin 'dir. Kelvin mutlak sıfırı tanımlayan ve bu sıcaklıkta neler olabileceğini öngören ilk kişidir. Kelvin ayrıca mutlak sıfıra göre bir termometre de geliştirmiştir.

Mutlak sıfır -273.15°C yani Sıfır Kelvin'dir (0K). Çoğunlukla çok düşük sıcaklıkların ancak uzayda var olabileceğini düşünürüz. Uzayın ortalama sıcaklığı 2.7K (-270.45°C) iken gözlemleyebildiğimiz en soğuk bölge Bumerang Nebulası'dır (1K, -272.15°C). Fakat evrendeki en soğuk yer dünyadaki mutlak sıfır deneyleri yapılan laboratuvarlardır. Bu laboratuvarlarda 1994 yılında 700 nanokelvin (7x10^-13), 2003 yılında 450 pikokelvin (4,5x10^-16) sıcaklığına ulaşılmıştır. NASA, Uluslararası Uzay İstasyonunda Soğuk Atom Laboratuvarı adlı bir laboratuvar kurmuş ve gerçekleştirilen deneylerde sıcaklık 100 pikokelvin'e (1x10^-16) kadar düşürülmüştür.

Mutlak Sıfırda Neler Olur?

Bir maddenin sıcaklığı azaldıkça maddeyi oluşturan atomların hareketleri de yavaşlar. Mutlak sıfır noktasında bu hareketler tamamen yok olmasa da en az hareketin olduğu bir aşamaya geçilir. Bu noktada kuantum fiziği kanunları geçerli olur.

Mutlak sıfırda maddenin gaz formu bulunamaz. Yani bu sıcaklıktaki bütün maddeler katıdır.

Mutlak sıfırda maddelerde ısı enerjisi kalmaz.

Bazı maddeler mutlak sıfıra yakın sıcaklıklara soğutulduklarında maddelerin elektriksel direncinin sıfıra yaklaştığı gözlenmiştir. Yani bu tür maddeler süper iletken özelliği kazanmaktadır. Örneğin mutlak sıfıra soğutulmuş daire biçimindeki iletken bir tele elektrik verilirse, akım kayıpsız şekilde sonsuza kadar telde döner. Ayrıca magnetik alan çizgileri süper iletkenlerin içinden geçemez (Meissner Etkisi). Bu durum süper iletkenlerin magnetik alanda havalanmalarını sağlar. Gelecekte süper iletkenlerin çok hızlı giden trenlerde kullanılması düşünülmektedir.

Aşağıdaki videoda soğutularak süper iletken haline getirilen bir metalin magnetik alanda havalanmasını izleyebilirsiniz.

Yanlış Bilinenler?

Eğer konuyu internette araştırırsanız "Mutlak sıfırda atomların hareketleri durur" cümlesiyle pek çok yerde karşılaşırsınız. Fakat yukarıda da bahsettiğim gibi mutlak sıfırda tanecikler yavaşlasa da tamamen durmazlar. Çünkü bu durum Heisenberg belirsizlik ilkesine aykırıdır. Yapılan deneylerde mutlak sıfıra çok yaklaşıldığında maddeyi oluşturan atomların bir bütün gibi hareket ederek dalga hareketi oluşturdukları gözlenmiştir. Bu durumun mümkün olabileceğini Bose ve Einstein yıllar önce açıklamıştır. Bu nedenle bu duruma Bose-Einstein Yoğunlaşması denilmektedir.

Mutlak Sıfıra Ulaşmak?

Mutlak sıfıra ulaşmak şu anki bilgilerimize göre imkansızdır. Bu konuyu karışık termodinamik ve kuantum yasalarından uzak durarak şöyle anlayabiliriz. Bir maddeyi soğutmak, o maddenin ısı enerjisi kaybetmesi anlamına gelir. Bir maddenin ısı enerjisi kaybetmesi için de kendinden daha soğuk olan bir ortamda olması gerekir. Çünkü ısı enerjisi sadece sıcaktan soğuya doğru hareket eder. Bu nedenle bir maddenin mutlak sıfıra ulaşması için yani bütün ısı enerjisini kaybetmesi için mutlak sıfırdan daha düşük sıcaklıktaki bir ortama konulması gerekir. Daha önce de bahsettiğim gibi hiç bir şey mutlak sıfırdan daha düşük sıcaklıkta olamaz. Bu nedenle mutlak sıfıra ulaşmak (en azından şimdilik) imkansızdır.