दलाई लामा हमें पूर्ण नकारात्मक तापमान के बारे में क्या सिखा सकते हैं?

हाल ही में वैज्ञानिक ब्लॉग जगत में हाल ही में प्रयोग के बारे में बहुत शोर सुना गया है जिसमें भौतिकविदों ने क्वांटम कणों से एक नकारात्मक तापमान के साथ एक गैस बनाई थी - पूर्ण शून्य से नीचे । बल्कि यह अजीब है यह माना जाता है कि पूर्ण शून्य एक ऐसा तापमान है जिस पर परमाणुओं की गति तब समाप्त हो जाती है जब सामान्य अवस्था में गतिमान कण पूरी तरह से रुक जाते हैं। जाहिर है, यह जितना ठंडा हो सकता है। क्या कुछ ठंडा हो सकता है?

यहाँ एक छोटा जवाब है। आप नकारात्मक तापमान बना सकते हैं । वास्तव में, यह 1951 में पहली बार किया गया था। लेकिन यह नहीं है कि यह वास्तव में कैसा लगता है - ये तापमान पूर्ण शून्य से अधिक ठंडा नहीं हैं। उदाहरण के लिए, आप तब तक कुछ भी ठंडा नहीं कर सकते हैं जब तक कि तापमान पूर्ण शून्य से नीचे नहीं जाता है। वास्तव में, जैसा कि मैं समझाने की कोशिश करता हूं, नकारात्मक तापमान वाली वस्तुएं व्यवहार करती हैं जैसे कि वे किसी भी सकारात्मक तापमान वाली वस्तुओं की तुलना में गर्म होती हैं।

इसे समझने के लिए, हमें पहले यह पता लगाना होगा कि भौतिकविदों का तापमान से क्या मतलब है। आप भौतिकी या रसायन विज्ञान में एक स्कूल के पाठ्यक्रम से याद कर सकते हैं कि तापमान कण गति की औसत गतिज ऊर्जा को मापता है। जब आप किसी पदार्थ को गर्म करते हैं, तो आप उसके अणुओं को गति देते हैं, और जब यह ठंडा हो जाता है, तो उन्हें धीमा कर दें।

यह परिभाषा वास्तव में समझ में आती है अगर हम इसे अपने हाथों से "स्पर्श" कर सकते हैं, तो यहां एक सिम्युलेटर है जहां आप गैस के अणुओं के साथ खेल सकते हैं। हीटर चालू करें, फिर हीटर का तापमान बढ़ाएँ या घटाएँ और देखें कि क्या होता है।

अब तक, इतना अच्छा। लेकिन भौतिकविदों ने महसूस किया कि तापमान की यह परिभाषा हमेशा काम नहीं करती है, क्योंकि गति की गतिज ऊर्जा के अलावा कई प्रकार की ऊर्जा होती है। ऐसी परिस्थितियां होती हैं जब किसी वस्तु में ऊर्जा होती है, लेकिन सामान्य अर्थ में कोई भी आंदोलन नहीं होता है, जैसे चुंबकीय चुंबक में, या आपकी हार्ड ड्राइव पर इकाइयां और शून्य। क्वांटम सिस्टम हैं जहां गति के बारे में बात करने का कोई मतलब नहीं है, लेकिन आप फिर भी पता लगा सकते हैं कि सिस्टम में कितनी ऊर्जा है। यह स्पष्ट हो गया कि भौतिकविदों को इन संभावनाओं के लिए जगह बनाने के लिए तापमान की अधिक मौलिक परिभाषाओं की आवश्यकता थी।

यहाँ एक नई परिभाषा है कि वे साथ आए थे। तापमान ऊर्जा देने के लिए किसी वस्तु की क्षमता को मापता है । सच में, मैंने झूठ बोला। यह नहीं है कि वे वास्तव में तापमान कैसे निर्धारित करते हैं, क्योंकि भौतिक विज्ञानी गणित की भाषा बोलते हैं, और अंग्रेजी अंग्रेजी नहीं। वे इसे एक अनुपात के रूप में परिभाषित करते हैं: , जिसका अर्थ है कि तापमान ऊर्जा की तुलना में एन्ट्रापी वक्र के ढलान के विपरीत आनुपातिक है।

अब, यदि आप "गणित" नहीं बोलते हैं, तो मैं आपको एक छोटा सा रहस्य बताने जा रहा हूँ। तापमान कैसे काम करता है यह समझने के लिए आपको गणित या भौतिकी को जानने की आवश्यकता नहीं है। आप आश्चर्यजनक रूप से सटीक सादृश्य का उपयोग कर सकते हैं। मैंने पहली बार इसे सुना जब मैं डैनियल श्रोएडर की उत्कृष्ट थर्मोफिज़िक्स पाठ्यपुस्तक में एक छात्र था।



एक ऐसी दुनिया की कल्पना करें जहां लोग खुशी हासिल करने के लिए लगातार पैसे का आदान-प्रदान करते हैं। यह शायद ऐसी चीज नहीं है जिसकी आप शायद ही कल्पना कर सकें। लेकिन थोड़ा ट्विस्ट है।

इस समाज के लोग इस बात पर सहमत हुए हैं कि वे खुशी बढ़ाने के लिए काम करेंगे - न केवल अपना, बल्कि समाज का सामान्य सुख। इसके अप्रत्याशित परिणाम हैं। उदाहरण के लिए, ऐसे लोग हो सकते हैं जब वे कुछ पैसे कमाने के लिए बहुत खुश हो जाते हैं। हम उन्हें लालची कह सकते थे। अन्य लोग पैसे की परवाह नहीं करते हैं - जब वे कुछ पैसे कमाते हैं, तो थोड़ा खुश हो जाते हैं और जब वे इसे खो देते हैं तो थोड़ा दुखी हो जाते हैं। ये लोग उदार हैं - खेल के नियमों से खेलते हुए, वे समाज के सामान्य सुख को बढ़ाने के लिए लालची लोगों को पैसे देने के लिए बाध्य हैं।

तो मैंने इस समाजवादी यूटोपिया को आय के इतने बड़े पैमाने पर पुनर्वितरण के साथ क्यों आविष्कार किया? ऐसा इसलिए है क्योंकि यह ऊष्मा के भौतिकी के लिए एक निकटतम एनालॉग है। जैसा कि स्टीफन कोलबर्ट ने कहा: "वास्तविकता, जैसा कि आप जानते हैं, एक उदार पूर्वाग्रह है।"

यहाँ एक सादृश्य है। एक समाजवादी कम्यून वह है जिसे भौतिक विज्ञानी एक पृथक प्रणाली कहते हैं। प्रजा इस व्यवस्था की वस्तु है। वे जिस पैसे का आदान-प्रदान करते हैं वह ऊर्जा है, जिसकी कुल राशि हमेशा बचती है। खुशी एंट्रोपी है। जिस तरह समाज खुशी को अधिकतम करना चाहता है, भौतिक प्रणालियां अपने कुल प्रवेश को अधिकतम करने के लिए कार्य करती हैं। और अंत में, उदारता तापमान है - धन (ऊर्जा) देने के लिए लोगों (वस्तुओं) की इच्छा।

इसे तुरंत पकड़ना मुश्किल है, इसलिए यहां एक आसान शब्दकोष है जो आपको हमारे एनालॉग्स को वास्तविक भौतिकी में अनुवाद करने की अनुमति देता है:

धन = ऊर्जा
खुशी = एन्ट्रापी
उदारता = तापमान

इस शब्दकोश को देखते हुए, हम अपने कम्यून के बारे में जो कुछ भी कहते हैं वह भौतिक कथनों में बदल जाता है।

अब कल्पना कीजिए कि हमारा समाज वॉरेन बफेट जैसे लोगों से बना है। सबसे पहले, जब वे गरीब होते हैं, तो धन प्राप्त करना उन्हें बहुत खुश करता है। लेकिन, उतना ही धनवान बनना, उन्हें उतनी खुशी नहीं मिलती। यदि आप इन बफेट-जैसे लोगों की खुशी को उनकी संपत्ति के संबंध में साजिश करते हैं, तो यह कुछ इस तरह दिखाई देगा:



इस दुनिया में, प्रत्येक डॉलर आपको पहले की तुलना में कम खुशी लाता है। इस प्रकार, वैश्विक खुशी बढ़ाने के लिए, अमीर बुफे को गरीब बुफे को पैसा देना चाहिए। यह एक ऐसी दुनिया है जहाँ लोग धन प्राप्त करते समय अधिक उदार हो जाते हैं। या ऐसी प्रणाली जिसका तापमान ऊर्जा प्राप्त करने पर बढ़ जाता है ।

बफेट वक्र उन सामान्य कणों का वर्णन करता है जिन्हें हम जानते हैं और प्यार करते हैं, जिनका तापमान उन्हें गर्म करने पर बढ़ता है। ये ठोस, तरल या गैसों में परमाणुओं को स्थानांतरित कर रहे हैं।

अब उन लोगों की दुनिया पर विचार करें जो छिप गए, जैसे अंकल स्क्रूज। प्रत्येक डॉलर वे कमाते हैं जो उन्हें पिछले डॉलर की तुलना में अधिक खुश करता है।



बुफे के विपरीत, यदि अमीर स्क्रूज गरीब स्क्रूज को पैसा देते हैं, तो इससे स्क्रूज की समग्र खुशी कम हो जाएगी। दूसरे शब्दों में, उनकी उदारता कम हो जाती है क्योंकि वे अधिक धन प्राप्त करते हैं । हमारी शब्दावली का उपयोग करना, यह एक ऐसी प्रणाली है जिसमें ऊर्जा प्राप्त करने पर तापमान गिरता है ।

एक पल के लिए यह सोचा खुश हो जाओ। क्या आपके पास कोई ऐसी वस्तु हो सकती है जो आपको ऊर्जा देने पर ठंडी हो जाए?

यह वास्तव में तब होता है जब आपके पास ऐसे शरीर होते हैं जो एक दूसरे के प्रति आकर्षित होते हैं। गुरुत्वाकर्षण द्वारा तारों को एक साथ रखा जाता है और इस तरह से व्यवहार किया जाता है । जब कोई तारा ऊर्जा खोता है, तो उसका तापमान बढ़ जाता है। स्टार को ऊर्जा दें, और आप वास्तव में इसे ठंडा करेंगे। ब्लैक होल एक ही अजीब तरीके से व्यवहार करते हैं - जितनी अधिक ऊर्जा आप उन्हें खिलाते हैं, उतने ही अधिक और ठंडे होते जाते हैं।

और अगर यह आपके लिए पर्याप्त सहज नहीं है, तो यहां एक और परिदृश्य है। उन लोगों की दुनिया की कल्पना करें जिन्होंने आत्मज्ञान प्राप्त किया है - वे पैसे खोने पर खुश हो जाते हैं।



इस उदाहरण में, दलाई लामा को प्राप्त प्रत्येक डॉलर उन्हें दुखी करता है। एक प्राकृतिक प्रवृत्ति, इस मामले में, अपना सारा पैसा किसी ऐसे व्यक्ति को देना है जो इसे स्वीकार करने के लिए तैयार है। यह विचित्र रूप से उलटा वक्र ठीक वैसी स्थिति है, जो नकारात्मक तापमान से उत्पन्न होती है - बस एन्ट्रापी में खुशी को पुनर्वितरित करें और ऊर्जा में पैसा लगाएं (गणितीय रूप से वक्र में नकारात्मक ढलान है, इसलिए इसमें नकारात्मक तापमान होना चाहिए)।

जब नकारात्मक और सकारात्मक तापमान मिलते हैं तो क्या होता है? यह जानने के लिए, कल्पना कीजिए कि दलाई लामा वारेन बफेट से मिले।



विरोधाभासी रूप से, दलाई लामा अरबपति को पैसा देगा, क्योंकि धन की हानि दलाई लामा को खुश करती है, और धन प्राप्त करने से वॉरेन बफेट थोड़ा खुश भी हो जाएगा। इस अजीब मुद्रा में, सार्वभौमिक खुशी बढ़ रही है। हमारे शब्दकोश का उपयोग करते हुए, ऊर्जा एक नकारात्मक तापमान के साथ वस्तुओं से किसी भी सकारात्मक तापमान वाली वस्तुओं में स्थानांतरित होती है!

ऐसा लग सकता है कि किसी तरह के बहुत सिद्धांतवादी द्वारा आविष्कार किया गया है। लेकिन वास्तविक पदार्थ हैं जहां ऊर्जा के संबंध में एन्ट्रापी वक्र धन के संबंध में दलाई लामा की खुशी के वक्र की तरह दिखता है, अर्थात। पूर्ण नकारात्मक तापमान के साथ पदार्थ।

इस तरह के पदार्थ को प्राप्त करने के लिए, आपको एक ऐसी प्रणाली डिजाइन करने की आवश्यकता होती है जिसमें ऊपरी ऊर्जा सीमा होती है। यह एक बहुत ही दुर्लभ चीज है - सामान्य, रोजमर्रा की चीजें जिनके साथ हम बातचीत करते हैं गति की गतिज ऊर्जा होती है, और किसी पदार्थ में कितनी गतिज ऊर्जा हो सकती है इसकी कोई ऊपरी सीमा नहीं है।

ऊपरी ऊर्जा सीमा वाले सिस्टम उच्च ऊर्जा स्थिति में नहीं होना चाहते हैं। जिस तरह दलाई लामा को बहुत सारा पैसा पसंद नहीं है, इन प्रणालियों में कम एन्ट्रापी हैं, अर्थात्। उच्च ऊर्जा अवस्था में होने की कम संभावना। आपको ऐसे पदार्थ को प्राप्त करने के लिए प्रायोगिक रूप से "ट्रिक" करना चाहिए।

यह पहली बार 1951 में पर्सेल और पाउंड द्वारा एक शानदार प्रयोग में किया गया था, जहां वे लिथियम फ्लोराइड क्रिस्टल में नाभिक के मोच को मूर्ख बनाने में कामयाब रहे। इस प्रयोग में, उन्होंने कई मिनटों तक एक पूर्ण नकारात्मक तापमान बनाए रखा। तब से, कई प्रयोगों में नकारात्मक तापमान प्राप्त किया गया है, और सबसे हाल ही में एक पूरी तरह से अलग क्षेत्र में फिर से बनाया गया है - एक लेजर जाल में अल्ट्राकोल्ड क्वांटम गैस परमाणुओं को प्राप्त किया गया था।

ब्लैक होल से लेकर क्वांटम गैस तक, यह उपमा हमें दिखाती है कि थर्मामीटर के साथ हम जो मापते हैं, उससे कहीं अधिक सूक्ष्म तापमान है।