H μάχη των… θερμοκρασιών

Μπορεί κάποιος να μας πει τι είναι η θερμοκρασία και πώς πρέπει να τη
μετράμε; Και τέλος πάντων, η ζέστη και το κρύο υπολογίζονται σε σχέση με τι;

Εμείς, που δεν είμαστε ειδικοί, έχουμε συνηθίσει να χρησιμοποιούμε τα
θερμόμετρα υδραργύρου και ξέρουμε ότι όταν η κόκκινη ένδειξη αρχίζει να
ξεπερνά τους 35 βαθμούς ζεσταινόμαστε, ενώ όσο κατεβαίνει προς το μηδέν τόσο
πιο πολύ κρυώνουμε.

Ζήτημα ταχύτητας. Για τους Φυσικούς όμως, θερμοκρασία δεν είναι ακριβώς
η αίσθηση της ζέστης ή του κρύου αλλά η ταχύτητα! Για παράδειγμα, τα μόρια του
νερού και του αέρα «γκελάρουν» το ένα πάνω στο άλλο, όπως ακριβώς συμβαίνει με
τα μπαλάκια που χοροπηδούν μέσα στην κληρωτίδα του Λόττο. Οι συγκρούσεις
μεταφέρουν ενέργεια μεταξύ των μορίων και ο μέσος όρος αυτής της κινητικής
ενέργειας αντιστοιχεί στη θερμοκρασία. Όσο πιο μεγάλη είναι η θερμοκρασία τόσο
πιο γρήγορα τα μόρια συνωθούνται το ένα στο άλλο. Όταν η θερμοκρασία είναι
μικρότερη, τα μόρια κινούνται σαν αποχαυνωμένα.

Σύμφωνα με την εφημερίδα «New York Times», οι επιστήμονες είναι σε θέση να
προσδιορίσουν την έννοια της θερμοκρασίας αλλά η μέτρησή της είναι μεγάλος
μπελάς. Τα περισσότερα θερμόμετρα, συμπεριλαμβανομένου και εκείνου που
λειτουργεί με υδράργυρο και το οποίο εφευρέθηκε στις αρχές του 1700 από τον
Γκάμπριελ Φαρενάιτ, στηρίζονται στο γεγονός ότι το «γκελάρισμα» των μορίων
μεταξύ τους αναγκάζει τα αέρια και τα υγρά να διαστέλλονται όταν θερμαίνονται.
Αυτό όμως δεν είναι αρκετό και οι ειδικοί προσπαθούν να καταλήξουν σε έναν
τρόπο προσδιορισμού της θερμοκρασίας με ακρίβεια, χρησιμοποιώντας συσκευές που
αναλύουν την υπέρυθρη ακτινοβολία, τα πολύ ψυχρά άτομα, τον συριγμό των
ηλεκτρονίων και άλλα τέτοια περίεργα.

Εμείς αισθανόμαστε τη ζέστη και το κρύο, αλλά οι επιστήμονες προσπαθούν ακόμη να βρουν έναν τρόπο ώστε να υπολογίζουν με ακρίβεια τις τιμές της θερμοκρασίας

O Φίλωνας. Οι προσπάθειες για τον υπολογισμό της θερμοκρασίας ξεκίνησαν
από τον 2ο αιώνα π.X. και μέχρι σήμερα καλά κρατούν. Τότε, ένας μηχανικός που
λεγόταν Φίλωνας παρατήρησε τη συστολή και τη διαστολή των αερίων ανάλογα με το
κρύο ή τη ζέστη.

Ο Γερμανός φυσικός Φαρενάιτ έβαλε τα πράγματα σε μια τάξη, δημιουργώντας μια
πρώτη κλίμακα της θερμοκρασίας. Προσδιόρισε το σημείο βρασμού του νερού στους
212 βαθμούς και το σημείο που παγώνει στους 32 βαθμούς. Ο Σουηδός αστρονόμος
Άντερς Κέλσιους έφτιαξε μια δική του κλίμακα και είπε ότι το σημείο βρασμού
είναι 0 βαθμοί και το σημείο που το νερό παγώνει οι 100 βαθμοί.

H κλίμακα αυτή αντιστράφηκε αργότερα και το σημείο βρασμού αντικαταστάθηκε με
τους 100 βαθμούς, ενώ το σημείο που το νερό παγώνει με τους 0 βαθμούς.

Τέλος πάντων, μιας και είπαμε παραπάνω ότι η θερμοκρασία είναι ταχύτητα, η πιο
χαμηλή θερμοκρασία που την αποκαλούμε ως το «απόλυτο μηδέν» θεωρείται σήμερα
ότι είναι οι -459,67 βαθμοί στην κλίμακα Φαρενάιτ, όπου σχεδόν τίποτα δεν
κινείται. H ουσία είναι ότι για να φτιάξεις μια κλίμακα χρειάζεσαι ένα σημείο
αναφοράς. Έτσι λοιπόν, μέχρι να ξεκαθαριστεί επιτέλους το πώς θα
προσδιορίζουμε με ακρίβεια τη θερμοκρασία, μια επιτροπή ειδικών θεσμοθέτησε 17
στάνταρ μεγέθη θερμοκρασιών, ανάμεσα στα οποία είναι το σημείο τήξης του
στοιχείου γάλλιο (85,6 βαθμοί Φαρενάιτ) και το σημείο που ο χαλκός παγώνει
(1.984 βαθμοί Φαρενάιτ).

Έχουμε εσωτερικό θερμόμετρο

Τα θερμόμετρα που τοποθετούνται στο αυτί μετρούν τη θερμοκρασία του σώματος ανιχνεύοντας την ακτινοβολία που εκπέμπει το σώμα μας

Αυτό που δεν ξέρουμε ακόμη είναι πώς μπορεί ο οργανισμός των ανθρώπων
και άλλων θηλαστικών να αντιλαμβάνεται τη θερμοκρασία. Γιατί βλέπετε, τόσο
εμείς όσο και τα υπόλοιπα θηλαστικά, διαθέτουμε εσωτερικό θερμόμετρο. H αρχή
για την κατανόηση αυτού του βιολογικού μυστηρίου έγινε το 1997 από μια
ερευνητική ομάδα που είχε επικεφαλής τον καθηγητή Κυτταρικής και Μοριακής
Φαρμακολογίας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Σαν Φρανζίσκο Ντέιβιντ
Τζούλιους. H ομάδα, λοιπόν, ανακάλυψε μια πρωτεΐνη την οποία χρησιμοποιούν τα
νευρικά κύτταρα ως αισθητήρα θερμοκρασίας. Όταν η θερμοκρασία ξεπερνά τους 108
βαθμούς Φαρενάιτ, η συγκεκριμένη πρωτεΐνη – η οποία μπαινοβγαίνει στα
κυτταρικά τοιχώματα – ανοίγει έναν πόρο μέσα από τον οποίο διέρχονται ιόντα
νατρίου, ασβεστίου και καλίου. Τα ιόντα ερεθίζουν τα νευρικά κύτταρα, τα οποία
με τη σειρά τους στέλνουν ένα «καυτό» μήνυμα πόνου στον εγκέφαλο. Πριν από δύο
χρόνια, μάλιστα, ο ίδιος επιστήμονας απομόνωσε μια άλλη πρωτεΐνη, η οποία
ειδοποιεί για το κρύο όταν βρίσκεται σε περιβάλλον μικρότερο από 77 βαθμούς
Φαρενάιτ.

Τα κόλπα των αστρονόμων

Οι αστρονόμοι από τη δική τους πλευρά χρησιμοποιούν άλλα κόλπα για να
υπολογίσουν τη θερμοκρασία. Αφού δεν μπορούν να τοποθετήσουν ένα θερμόμετρο σε
κάθε μακρινό αστέρι, εκμεταλλεύονται τα τερτίπια της ύλης. H ύλη όταν
θερμαίνεται εκπέμπει φως. Το μήκος κύματος του φωτός που εκπέμπεται ακολουθεί
μια καμπύλη – σαν καμπάνα – πορεία. Στην κορυφή της καμπάνας το μήκος κύματος
υφίσταται κάποιες ανακατανομές, οι οποίες έχουν σχέση με τη θερμοκρασία. Για
παράδειγμα, η κορυφή του κύματος φωτός που προέρχεται από τον Ήλιο έχει
πράσινο χρώμα και αυτό σημαίνει ότι η θερμοκρασία στην επιφάνειά του είναι
περίπου 10.000 βαθμοί Φαρενάιτ. Ο συριστικός ήχος από την κοσμική ακτινοβολία
φανερώνει τη θερμοκρασία του σύμπαντος, που είναι κατά μέσο όρο -454,8 βαθμοί
Φαρενάιτ, λίγοι δηλαδή βαθμοί πάνω από το απόλυτο μηδέν.

Επιμέλεια: Εύη Ελευθεριάδου – Στέφανος Κρίκκης