ينصُّ القانون الثالث في الترموديناميك على الآتي: الإنتروبي لبلورة مثاليّة عند الصفر المطلق يكون مساوياً للصفر تماماً.

عند الصفر المطلق “صفر كالفن” يجب أن يكون النظام بأقل حالة طاقيّة ممكنة، والقانون يكون صحيحاً لأنَّ البلورة المثاليّة لديها فقط حالة واحدة منخفضة الطّاقة، نعلم أنّ الإنتروبي متعلّق بعدد الحالات المايكروستاتيّة الممكنة، ولنظام يتألف من عدّة جسيمات، تتنبأ ميكانيك الكم أنّه في حالة البلّورة المثاليّة هنالك حالة واحدة فريدة تسمى “الحالة القاعيّة” بأقل طاقة ممكنة.

في حالة كانت بُنية المادة غير منظّمة، سوف تبقى للجزيئات إنتروبيّة عند تبريده لدرجات حرارةٍ منخفضةٍ، وبذلك لن يصل النظام إلى الحالة القاعيّة.

لماذا البلّورات؟

للوصول إلى حالة البلّورة المثاليّة، تكون كل جزيئة مطابقة للجزيئة الأخرى، إضافة لترتيب الجزيئات المثالي.
تخيّل لديك ماء بحالة بخاريّة، الجزيئات يمكنها التحرّك بحريّة، وهذه الحالة ذات إنتروبي عالي “عشوائيّة – فوضى أكثر”، عند تبريد هذا الغاز يتحوّل إلى الحالة السائلة، الجزيئات يمكنها التحرّك أيضاً، ولكن ليس بالمقدار السّابق، إذن ينخفض هنا الإنتروبي، وعند زيادة التبريد تصبح بحالة صلبة، الجزيئات في هذه الحالة لا يمكنها التحرّك، لكن يمكنها الاهتزاز في البلّورات نفسها، لكنّها تقل مع زيادة التبريد، وكلّما اقتربنا من الصفر المطلق سوف يقل الإنتروبي أكثر، وسوف يقل الاهتزاز بطبيعة الحال، حتى يتوقف كلياً عند الصفر المطلق ويكون الإنتروبي”العشوائيّة” مساوياً للصفر.

عند حدوث ذلك سوف تصبح الذرات متماثلة في كل مكان في البلّورة المثاليّة، ذلك لأنَّ هناك احتماليّة واحده لترتيب الذرات، ويكون عندها الإنتروبي:

يوفّر القانون الثالث المرجعيّة لقياس الإنتروبي عند أي درجة حرارة، فيكون إنتروبي أي نظام بالنسبه للصفر المطلق هو الإنتروبي المطلق.

لكن هل تتوقّف الأشياء عن الحركة فعلاً؟

بشكل كلاسيكي، عند التبريد للصفر المطلق سوف تتوقّف الحركة نهائيّاً، ولكن حسب ميكانيك الكم، مبدأ عدم اليقين يتطلّب من أي نظام فيزيائيّ أن يحتوي “طاقة نقطة الصفر”، وهذا ما يسبب الحركة حتى عند الصفر المطلق.

هل يمكن الوصول إلى الصفر المطلق؟

الصفر المطلق هو أدنى نقطة في مقياس كالفن، ومقياس كالفن هو مقياس مطلق، مما يعني أنّ الصفر المطلق رياضياً هو أقل حرارة يمكن الوصول إليها، ويساوي تقريباً -273.15 س°، نعلم من القانون الثاني أنّ الحرارة تنتقل من المصدر المرتفع إلى المنخفض، ولهذا أي جسم يقترب من الصفر المطلق، سوف تنتقل إليه بعض الحرارة من المحيط، وبالتالي لن يتمكن من الوصول أبداً إلى الصفر المطلق بالدقّة.

أقل درجة مسجلّة تم الوصول إليها هي -273.144 س° أي أكثر من الصفر المطلق بحوالي 0.005 س°

*تذكر :الإنتروبي في أي نظام مغلق ومعزول لا يمكن أن يقل أبداً، وإذا قلَّ في مكان ما في النظام، سوف يرتفع بمكان آخر أكثر.

  • إعداد: حكم الزعبي
  • مراجعة: جعفر يوسف
  • تدقيق لغوي: زهراء شبانه