পরম শূন্য হল সাধারণ তাপমাত্রার শীতলতম সীমা, যেখানে একটি সিস্টেম তার সর্বনিম্ন উপলব্ধ শক্তি অবস্থা দখল করে।
গ্যাস পরীক্ষাগুলি বিজ্ঞানীদের সীমানা চিহ্নিত করতে সাহায্য করেছিল, যখন কোয়ান্টাম পদার্থবিদ্যা ব্যাখ্যা করে কেন কিছু গতি সেখানে টিকে থাকে।
মহাজাগতিক সম্প্রসারণ পটভূমির বিকিরণকে শীতল করে, কিন্তু স্ট্যান্ডার্ড কসমোলজি ভবিষ্যদ্বাণী করে না যে মহাবিশ্ব পরম শূন্যে পৌঁছেছে।
একটি ফ্রিজার জলকে বরফে পরিণত করে। ল্যাবরেটরি ফ্রিজ অনেক ঠান্ডা হয়. কেন ভাল রেফ্রিজারেটর সবসময় তাপমাত্রা কমিয়ে রাখতে পারে না?
সংখ্যা কোন থামার বিন্দু প্রস্তাব. শূন্যের পরে পশ্চাৎপদ গণনা করুন এবং সর্বদা অন্য একটি ঋণাত্মক সংখ্যা থাকে। যদি মহাবিশ্ব অসীম হতে পারে, তাহলে ঠান্ডার একটা সীমা থাকবে কেন?
পরম শূন্য হল −273.15 ডিগ্রি সেলসিয়াস বা −459.67 ডিগ্রি ফারেনহাইট। ফ্রিজার একটি সূচনা পয়েন্ট প্রস্তাব. কিছু ঠান্ডা হয়ে গেলে কী পরিবর্তন হয়?
ফ্রিজার যা নিয়ে যায়
জলের অণুগুলি ক্রমাগত নড়াচড়া করে, এমনকি যখন একটি গ্লাস স্থির দেখায়। হিমায়ন তাদের একটি কাঠামোতে সংগঠিত করে, কিন্তু তারা এখনও কম্পন করে। আরও শীতলকরণ সেই তাপীয় কম্পনগুলিকে হ্রাস করে।
একটি ফ্রিজার তার অভ্যন্তর থেকে উষ্ণ ঘরে শক্তি স্থানান্তর করে। এটি বরফের মধ্যে ঠান্ডা নামক পদার্থ ঢেলে দেয় না। এটি শক্তি অপসারণ করে, উপাদানটিকে তার সম্ভাব্য সর্বনিম্ন শক্তি অবস্থার কাছাকাছি নিয়ে আসে, যাকে স্থল অবস্থা বলা হয়।
পরম শূন্য হল সর্বনিম্ন সম্ভাব্য তাপমাত্রা, যেখানে একটি সিস্টেমের স্থল অবস্থার উপরে কোন তাপ শক্তি নেই। একবার সেখানে গেলে, কুলিংয়ের মাধ্যমে আর কোনো শক্তি সরানো যাবে না। এটি তাপ শক্তির একটি সীমা, খালি স্থানের প্রয়োজন নয়।
পরমাণুর একটি সংগ্রহ পরম শূন্য হবে যদি এটি সর্বনিম্ন অনুমোদিত শক্তির অবস্থা দখল করে। পরমাণুগুলি এখনও বিদ্যমান থাকবে এবং শক্তি এবং কোয়ান্টাম গতি ধরে রাখতে পারে। যা অনুপস্থিত হবে তা হল তাপ উত্তেজনা যা তাদের শক্তিকে ন্যূনতম থেকে বাড়িয়ে দেয়।
কেন কিছুই পরম শূন্য থেকে ঠান্ডা হতে পারে না
কোয়ান্টাম পদার্থবিদ্যা একটি সীমাবদ্ধতা যোগ করে: একটি সিস্টেম শুধুমাত্র শক্তি দখল করতে পারে যা তার ভৌত আইন অনুমতি দেয়। শীতলকরণ উচ্চ-শক্তি রাজ্যের জনসংখ্যা হ্রাস করে। নিখুঁত শূন্যের নীচে যেতে হলে সর্বনিম্ন অনুমোদিত একটির নীচে একটি রাজ্যের প্রয়োজন হবে, যা সিস্টেমের অধিকারী নয়।
নীচের ধাপ সহ একটি সিঁড়ি চিত্র করুন। অবতরণ কাউকে সেই ধাপের কাছাকাছি নিয়ে আসে, কিন্তু একটি শক্তিশালী ধাক্কা এটির নীচে আরেকটি ধাপ তৈরি করতে পারে না। একটি রেফ্রিজারেটর একইভাবে শক্তি স্থানান্তর করে; এটি শীতল পদার্থের জন্য একটি নতুন, নিম্ন শক্তির অবস্থা তৈরি করতে পারে না।
অবশিষ্ট কোয়ান্টাম গতিকে শূন্য-বিন্দু গতি বলা হয়। ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট অফ স্ট্যান্ডার্ডস অ্যান্ড টেকনোলজি ব্যাখ্যা করে, এটি তাপ-চালিত নয়। একটি শক্তিশালী রেফ্রিজারেটর এটি অপসারণ করতে পারে না, কারণ এটি স্থল অবস্থার অন্তর্গত।
কে কোথায় কাজ করেছে নীচে
ফরাসি পদার্থবিদ Guillaume Amontons 1700-এর দশকে একটি প্রাথমিক সূত্র খুঁজে পান: শীতল বায়ু তার চাপ কমিয়ে দেয়। গ্যাস কণা তাদের পাত্রের দেয়ালে আঘাত করে চাপ তৈরি করে। একটি নির্দিষ্ট পাত্রে একটি গ্যাস ঠান্ডা করা সেই প্রভাবগুলির গড় শক্তি হ্রাস করে।
একটি বেলুন সাধারণত ঠান্ডা হলে সঙ্কুচিত হয় এবং গরম হলে প্রসারিত হয়। ঠাণ্ডা তাপমাত্রার দিকে গ্যাস পরিমাপ বাড়ানো একটি সাধারণ শেষ পয়েন্টের পরামর্শ দেয়। আসল গ্যাসগুলি প্রথমে তরল বা শক্ত করে, তাই একটি বেলুন আসলে কিছুই সঙ্কুচিত হবে না।
উইলিয়াম থমসন, যাকে পরবর্তীতে লর্ড কেলভিন বলা হয়, 1848 সালে সীমানাকে −273 ডিগ্রি সেলসিয়াসের কাছাকাছি স্থাপন করে একটি পরম তাপমাত্রা স্কেল প্রতিষ্ঠা করতে সাহায্য করেছিলেন। আধুনিক কেলভিন স্কেল সেখানে শুরু হয়: পরম শূন্য ঠিক 0 কেলভিন, লেখা 0 কে। এক কেলভিনের পরিবর্তন এক সেলসিয়াস ডিগ্রির সমান, কিন্তু স্কেল বিভিন্ন জায়গায় শুরু হয়।
যেখানে নেতিবাচক সংখ্যা অন্তর্গত
নেতিবাচক সংখ্যাগুলি একটি আপত্তি উত্থাপন করে: কেন তাপমাত্রাও শূন্যের নীচে নামতে পারে না? তারা সেলসিয়াস স্কেলে করতে পারে, যেখানে শূন্য জলের হিমাঙ্ককে চিহ্নিত করে। কিন্তু −20 ডিগ্রি সেলসিয়াসে একটি শীতের দিন হল 253.15 কে, পরম শূন্যের উপরে।
দূরত্ব একটি দরকারী তুলনা প্রস্তাব করে: একটি বিচ্ছেদ ঋণাত্মক হতে পারে না, যদিও নেতিবাচক সংখ্যা বিদ্যমান। সাধারণ তাপমাত্রারও একইভাবে নিম্ন সীমানা রয়েছে। অসীমভাবে অনেকগুলি মান 0 K এবং 1 K-এর মধ্যে ফিট করে, তাই মানের অসীম পরিসরের এখনও নীচে থাকতে পারে৷
নেতিবাচক কেলভিন তাপমাত্রা বিশেষভাবে প্রস্তুত সিস্টেমেও বিদ্যমান, কিন্তু তারা ঠান্ডা পরিসীমা প্রসারিত করে না। মিউনিখের লুডভিগ ম্যাক্সিমিলিয়ান ইউনিভার্সিটি এবং কোয়ান্টাম অপটিক্সের ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক ইনস্টিটিউটের গবেষকরা বিজ্ঞানে এমন একটি অবস্থা প্রদর্শন করেছেন। তাদের পরমাণুগুলি অ্যাক্সেসযোগ্য শক্তির একটি সীমিত পরিসরের মধ্যে নিম্নতরগুলির চেয়ে উচ্চ-শক্তির অবস্থার পক্ষে।
সেই বিপরীত বন্টন তার পরিসংখ্যানগত বর্ণনায় একটি নেতিবাচক তাপমাত্রা তৈরি করে। এই ধরনের সিস্টেম তাপকে ইতিবাচক-তাপমাত্রার সিস্টেমে স্থানান্তর করবে। এটি শূন্যের মধ্য দিয়ে ঠাণ্ডা হয়ে পৌঁছানো একটি ঠাণ্ডা অবস্থার চেয়ে বেশি গরম।
না পৌঁছে কাছে যাওয়া
সীমানা কোথায় তা জানার অর্থ এই নয় যে একটি রেফ্রিজারেটর সেখানে পৌঁছাতে পারে। অপ্রাপ্যতা নীতি, তাপগতিবিদ্যার তৃতীয় সূত্রের একটি প্রণয়ন, একটি সীমিত শারীরিক শীতল প্রক্রিয়ার মাধ্যমে পরম শূন্যে পৌঁছানো বাতিল করে। বিজ্ঞানীরা ঠিক সেখানে না পৌঁছে এটির কাছে যেতে পারেন।
কুলিং ইতিমধ্যেই ব্যবহারিক মান আছে। গবেষকরা কোয়ান্টাম আচরণ অধ্যয়ন করতে আল্ট্রাকোল্ড পরমাণু ব্যবহার করেন। ওয়েবের মিড-ইনফ্রারেড যন্ত্রটি 7 কে-এর নিচে কাজ করে, অস্পষ্ট আলো শনাক্ত করতে তার নিজস্ব উষ্ণতা থেকে সংকেতকে দমন করে।
তাপের ঊর্ধ্বসীমা আছে কিনা
গরম করা কি চিরকাল চলতে পারে? অনেক স্ট্যান্ডার্ড মডেলে, ইতিবাচক তাপমাত্রার কোন সীমাবদ্ধ সিলিং নেই: আরও শক্তি যোগ করলে তা বাড়ানো যেতে পারে। কিন্তু একটি সমীকরণে একটি সীমাহীন পরিসীমা প্রতিষ্ঠিত করে না যে প্রকৃতি সেই পরিসরের প্রতিটি তাপমাত্রা উপলব্ধি করতে পারে।
গরম করার ফলে উত্তপ্ত হওয়া উপাদানেরও পরিবর্তন হয়। অণুগুলি ভেঙে যেতে পারে, এবং পরমাণুগুলি তাদের ইলেকট্রন হারাতে পারে, তাই একটি অত্যন্ত গরম গ্যাস আর রান্নাঘরের বাতাসের মতো আচরণ করে না। মোটামুটি 1.4 × 10³² কে, প্ল্যাঙ্ক তাপমাত্রা, পদার্থবিদ্যা বোঝার জন্য মহাকর্ষের একটি কোয়ান্টাম বিবরণ প্রয়োজন যা অসম্পূর্ণ থেকে যায়।
এই স্কেলটি পরম শূন্যের নিশ্চিততার সাথে মেলে এমন প্রমাণিত সর্বোচ্চ নয়। সতর্ক উত্তর হল যে সাধারণ মডেলগুলি আবদ্ধ ছাড়াই তাপমাত্রা বৃদ্ধির অনুমতি দেয়, যখন চূড়ান্ত শারীরিক সীমাটি অমীমাংসিত থাকে। ইনফিনিটি নিজেই এমন কোনো তাপমাত্রা নয় যা একটি চুলা, তারকা বা পরীক্ষায় পৌঁছাতে পারে।
প্রসারিত মহাবিশ্ব কেন ঠান্ডা হয়ে যায়
একটি প্রসারিত মহাবিশ্ব অসীম হতে হবে না; জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা এর পূর্ণ মাত্রা জানেন না। একটি সসীম মহাবিশ্ব প্রসারিত হতে পারে, এবং একটি অসীমও প্রসারিত হতে পারে। যেভাবেই হোক, সীমাহীন ছায়াপথগুলির মধ্যে ক্রমবর্ধমান দূরত্ব বস্তুকে তার স্থল অবস্থার নীচে একটি শক্তির অবস্থা দেয় না।
সম্প্রসারণ, তবে, মহাজাগতিক মাইক্রোওয়েভ পটভূমিকে শীতল করে, যা আদি মহাবিশ্ব থেকে ছেড়ে আসা বিকিরণ। আজ এর তাপমাত্রা প্রায় 2.725 কে.
যখন মহাজাগতিক দূরত্ব সম্প্রসারণের মাধ্যমে দ্বিগুণ হয়, তখন সেই পটভূমির তাপমাত্রা অর্ধেক হয়ে যায়। আরেকটি দ্বিগুণ এটি আবার অর্ধেক করে: মোটামুটি 2.7 K হয়ে যায় 1.35 K, তারপর 0.675 K। এটি পটভূমি বিকিরণকে বর্ণনা করে, প্রতিটি বস্তু নয়; তারা এবং অন্যান্য স্থানীয় সিস্টেম গরম থাকতে পারে।
অন্তহীন সম্প্রসারণ কি কখনো পরম শূন্যে পৌঁছাবে?
সেই প্যাটার্নটি অনুসরণ করা চূড়ান্ত প্রশ্নের দিকে নিয়ে যায়: যদি সম্প্রসারণ চিরকাল চলতে থাকে, তাহলে মহাবিশ্ব কি শেষ পর্যন্ত পরম শূন্যে পৌঁছাবে? স্ট্যান্ডার্ড সদা-প্রসারিত মডেলগুলিতে, শীতল পটভূমি কোনো নির্দিষ্ট সময়ে শূন্যে পৌঁছায় না। প্রতিটি সীমিত প্রসারণ একটি ধনাত্মক তাপমাত্রা ছেড়ে দেয়, যদিও তা ছোট।
এমনকি এক ট্রিলিয়ন অর্ধেক ইতিবাচক অবশিষ্টাংশ রেখে যায়। গাণিতিকভাবে, তাপমাত্রা একটি সীমা হিসাবে শূন্যের কাছাকাছি। ইনফিনিটি ভবিষ্যতের তারিখ নয় যখন অবশিষ্টাংশ অদৃশ্য হয়ে যায়।
ধ্রুবক অন্ধকার শক্তি স্বাভাবিক মহাজাগতিক মডেলে আরেকটি জটিলতা যোগ করে। ত্বরিত সম্প্রসারণ একটি মহাজাগতিক ঘটনা দিগন্ত তৈরি করে, যার বাইরে এখন নির্গত সংকেত কখনই পর্যবেক্ষকের কাছে পৌঁছাতে পারে না। কোয়ান্টাম তত্ত্ব এই দিগন্তকে একটি অশূন্য তাপমাত্রার সাথে যুক্ত করে।
গ্যারি গিবনস এবং স্টিফেন হকিং ফিজিক্যাল রিভিউ ডি-তে প্রকাশিত কাজের মাধ্যমে এই দিগন্ত-তাপমাত্রার সংযোগ স্থাপন করেন। যদি সেই মডেলটি সুদূর ভবিষ্যতের বর্ণনা দেয়, তবে একজন পর্যবেক্ষকের পারিপার্শ্বিক পটভূমির বিকিরণ বিবর্ণ হয়ে গেলেও একটি অশূন্য দিগন্ত তাপমাত্রার কাছে পৌঁছায়। সেই ভবিষ্যদ্বাণী অন্ধকার শক্তির দীর্ঘমেয়াদী আচরণের উপর নির্ভর করে, যা অনিশ্চিত থাকে।
স্ট্যান্ডার্ড ছবিতে উত্তরটি নেই। মূল পটভূমি শূন্যের কাছে পৌঁছেছে, যখন ধ্রুবক অন্ধকার শক্তি একটি অশূন্য দিগন্ত তাপমাত্রা সরবরাহ করে। উভয়ই সর্বত্র এক অভিন্ন তাপমাত্রা বোঝায় না।
সেজন্যই ঠাণ্ডার একটা সীমা আছে, মহাবিশ্বের না থাকলেও। পরম শূন্য পদার্থ এবং কোয়ান্টাম গতির অনুমতি দেয়, কিন্তু স্থল অবস্থার উপরে কোন তাপীয় উত্তেজনা নেই। অন্তহীন সম্প্রসারণ ব্যাকগ্রাউন্ড রেডিয়েশনকে সেই সীমানার দিকে না পৌঁছাতে পারে, ঠিক যেমন বারবার অর্ধেক করা কখনই ধনাত্মক সংখ্যাকে শূন্য করে না।
পরম শূন্যের গভীরে খনন করুন
এই সম্পদগুলি তাপমাত্রা পরিমাপ, মহাজাগতিক শীতলকরণ এবং মহাবিশ্বের সম্ভাব্য তাপীয় ভবিষ্যত ব্যাখ্যা করে।
কেলভিন: ভূমিকা
পরম তাপমাত্রা স্কেল ব্যাখ্যা করে এবং কেন কোয়ান্টাম গতি শূন্য কেলভিনে টিকে থাকতে পারে। (NIST, জানুয়ারী 2026 আপডেট)
মহাকাশ কত বড়? আমরা একজন নাসার বিশেষজ্ঞকে জিজ্ঞাসা করেছি: পর্ব: 61
সমগ্র মহাবিশ্বের অজানা ব্যাপ্তি থেকে পর্যবেক্ষণযোগ্য মহাবিশ্বকে আলাদা করে। (NASA, মে 2025)
কত কম তাপমাত্রা যেতে পারে? লর্ড কেলভিন এবং পরম শূন্যের বিজ্ঞান
আধুনিক লেজার কুলিং এবং নির্ভুল পরিমাপের সাথে ঐতিহাসিক গ্যাস পরীক্ষাগুলিকে সংযুক্ত করে। (NIST, জুন 2024)
ডি সিটার স্পেসের কোয়ান্টাম তাপগতিবিদ্যা
একটি আদর্শায়িত, দ্রুতগতিতে সম্প্রসারিত মহাবিশ্বে পর্যবেক্ষকদের জন্য ভবিষ্যদ্বাণী করা তাপীয় পরিবেশ পরীক্ষা করে। (শারীরিক পর্যালোচনা D, ডিসেম্বর 2023)
মহাবিশ্বের সম্প্রসারণ
ব্যাখ্যা করে কিভাবে সম্প্রসারণ ফোটনের তরঙ্গদৈর্ঘ্যকে প্রসারিত করে এবং মহাজাগতিক পটভূমির তাপমাত্রা কমিয়ে দেয়। (শিকাগো বিশ্ববিদ্যালয়)
The Brighter Side of News-এ মূল গল্প "কেন ঠান্ডার একটা সীমা আছে, মহাবিশ্বের না থাকলেও" প্রকাশিত হয়েছে।
সম্পর্কিত গল্প
নতুন, ঠান্ডা-প্রতিরোধী, ধাতব মিশ্রণগুলি −253°C পর্যন্ত চরম তাপমাত্রা সহ্য করে
প্রথম তারা আকাশে আলো দেওয়ার আগে মহাবিশ্ব ইতিমধ্যে উষ্ণ ছিল
মাটির 6,800 ফুট নীচে, অন্ধকার পদার্থের সন্ধানে, কিছু খুব, খুব ঠান্ডা হয়ে গেছে
এই ধরনের ভালো গল্প ভালো লাগে? নিউজ' নিউজলেটারের উজ্জ্বল দিক পান।
