Život iznad nule

Foto: Vreme

Koliko puta ste tokom protekle, izuzetno snežne i hladne zime oslušnuli, pogledali ili potražili podatke o temperaturi? Ako razmislite, ispostavlja se da je temperatura fizička veličina o kojoj se češće izveštava nego o svim onim medijski atraktivnijim, životnijim i “nenaučnim” veličinama kao što su broj preminulih u nesrećama ili cena žita na svetskim berzama. Posebno kad je reč o temperaturi vazduha.

Informacija o trenutnoj temperaturi vazduha je danas sastavni deo gotovo svake informativne emisije, dostupna je u svakom automobilu, na internet sajtu i na svakom iole boljem telefonu. Samo su podaci o vremenu, o časovima i minutima, rasprostranjeniji od podataka o temperaturi. Pritom, temperatura i podaci o njoj snažno utiču na život. U skladu sa njom se planiraju svakodnevne obaveze, političke kampanje, vojni napadi, broj kupljenih kilovat-sati i broj vozila na ulicama zavejanog grada.

No, šta je uopšte temperatura? Pre svega, ona nije isto što i toplota, što se često pogrešno izjednačava. Naime, ako pitate fizičare, koji o fizičkim veličinama prirodno najviše znaju, reći će da je temperatura jedna intenzivna fizička veličina. Odnosno da nije ekstenzivna. I teško da vam na prvi pogled to mnogo znači. No, o čemu je reč?

Ekstenzivne veličine su, naime, aditivne i proporcionalne veličini fizičkog sistema koji opisuju – takve su površina i zapremina, gustina, naelektrisanje, energija i impuls. Ako razmislite, ovu vrstu veličina nekako doživljavamo prirodnije i lakše shvatamo – što je neka reka veća, ona ima više energije, ili što je posuda veća, ima veću zapreminu. U ekstenzivne veličine spada i toplota, pošto je ona uvek zapravo neka razmenjena energija, dok temperatura, kao što je rečeno, spada u intenzivne veličine.

Intenzivne veličine, mada ih redovno koristimo kao u slučaju temperature, izmiču toj vrsti promišljanja. Često ljudi, mada su im sasvim bliske, uopšte ne misle o ovakvim veličinama i zapravo nisu svesni šta one fizički predstavljaju, pa ih uglavnom shvataju uslovljeno, odnosno vezuju za neke sasvim određene fenomene – što je niža temperatura, ima više snega. Pored temperature, ovakve veličine su brzina, viskoznost, koncentracija ili specifično naelektrisanje.

Intenzivne veličine uvek karakterišu neki sistem nezavisno od njegove veličine. One su takve da moraju biti iste u celom sistemu i svim njegovim delovima. Tako se podrazumeva da se svaki deo, svaki vagon voza kreće brzinom od 50 na sat, ako se kaže da se voz kreće tom brzinom.

Sa druge strane, kad kažemo da je temperatura vazduha deset stepeni Celzijusa, takođe podrazumevamo da je to temperatura koja se odnosi i na vazduh u sobi u kojoj čitamo “Vreme nauke” i na vazduh koji se nalazi izvan nje. Ili ne? Naravno da ne, ako je soba zagrejana. Možemo bar reći da je deset stepeni svuda u ulici. Ili, takođe ne? Taksista na svom meraču temperature u automobilu na jednom ćošku meri 12 stepeni, a ulični sat sa elektronskim termometrom na principu termopara na drugom ćošku pokazuje devet stepeni. Ko tu greši?

Da li meteorolozi lažu kad kažu da je temperatura u celom gradu deset stepeni? Naravno, oni govore o proseku koji se odnosi na uslove koji vladaju u meteorološkoj mernoj stanici. A šta ako ostanemo u dobro zagrejanoj sobi gde brižljivo i pouzdano tačno merimo temperaturu, ali odemo dalje i pogledamo da li je temperatura ista za svaki litar vazduha?

Činjenica da temperatura ne zavisi od veličine sistema zapravo znači nešto drugo i kad se o njoj govori, zaboravlja se jedna važna stvar – ona podrazumeva da je sistem u takozvanoj termodinamičkoj ravnoteži. Kad sipamo vrelu vodu u hladnu šolju, one nemaju istu temperaturu, no posle jednog, ne tako dugog vremena, njihova će se temperatura izjednačiti pa smatramo da su u termodinamičkoj ravnoteži i da imaju jednaku temperaturu koja je ista za ceo sistem, što smo i rekli da je slučaj sa intenzivnim veličinama.

Ako se vratimo na primer sa zagrejanom sobom, pokazuje se da će se u toj sobi, ako je ne remetimo previše otvarajući i zatvarajući prozore, paleći i gaseći grejanje, posle dovoljno dugo vremena takođe uspostaviti pomenuta termodinamička ravnoteža. O neizbežnosti tog scenarija govore zakoni termodinamike. A kad se već dogodi da je cela soba u toplotnoj ravnoteži, da su se svi molekuli tog sistema uslovno ujednačili po brzini, onda možemo da kažemo kako postoji veličina koja karakteriše ceo sistem, u celosti i delovima. I to je – temperatura.

Da bi je izmerili, ubacićemo u sobu nekakav merač i sačekati da i on dođe u termodinamičku ravnotežu s ostatkom sobe. Takve merne instrumente smatramo termometrima – iz istorijskih i uopšte ljudskih razloga oni ne daju neki “intenzivan” broj koji je pre svega svojstven brzini kretanja svih molekula u sobi, već pokazuju neku uporednu, sasvim indirektnu dužinsku veličinu – visinu živinog stuba koja je veća što je temperatura viša.

Takav vrlo sugestivan merač iz XVIII veka je i uslovio pravljenje svih dosadašnjih temperaturnih skala. Sve one, bilo Farenhajtova, Celzijusova ili apsolutna, Kelvinova skala, samo su predmet ljudskog dogovora, pošto je veličina jednog stepena mogla biti sasvim drugačije postavljena. Kao što, uostalom, pre samo nekoliko vekova, ljudi uopšte nisu ni merili temperaturu, niti su znali za nju.

Temperaturne skale su zapravo veštački razvijene u odnosu na dve vrlo jasno vidljive prirodne toplotne pojave koje se događaju sa vodom i to isključivo na normalnom atmosferskom pritisku – jedno je topljenje leda, odnosno pretvaranje vode iz čvrstog stanja u tečno, drugo je ključanje i pretvaranje u gas. Prostim izborom da prvi događaj bude na nula, a drugi na 100 stepeni, dobija se cela skala, kao i veličina svakog stepena.

Ovako je u suštini skalu temperature 1742. godine postavio švedski astronom Andres Celzijus, mada je on sam izabrao da nula bude ključanje, a 100 stepeni mržnjenje vode. No, na sugestiju slavnog botaničara Karla Linea, skala je obrnuta i postavljena onakvom kakva je danas, kad je reč o normalnom atmosferskom pritisku. Ispostavlja se da, precizno izmereni, početak i kraj skale, nisu baš sasvim ni 0, ni 100 Celzijusa, ali to ne menja suštinu.

Budući da je tako ipak ostalo pitanje najniže moguće temperature koja vlada u otvorenom svemiru, 1900. godine je uvedena i apsolutna Kelvinova skala koja pripada zvaničnom SI sistemu mera i čija je nula, 0 K, pomerena na -273,15 Celzijusa, što se smatra najnižom temperaturom u prirodi. No, širina stepena je i dalje arbitrarno ljudska i vezana za vodu pod određenim, normalnim pritiskom.

Zaista je teško zamisliti kako je pre samo nekoliko vekova izgledao svet u kome se temperatura nije ni merila, niti uzimala u razmatranje, ali zar nije zapanjujuće kako je jedna sasvim dogovorna, gotovo izmišljena veličina danas postala tako važna za svakodnevni život? Posebno kad samo indirektno govori u kakvoj se vrsti toplotne ravnoteže našao vazduh u sobi, ljudsko telo, drvo ili elektronski uređaj.

Međutim, temperatura time ipak odaje presudnu stvar o ponašanju i stanju celog tog sistema – da li je pregrejan, bolestan, rashlađen, pokretljiv. Znajući samo temperaturu nečega, znamo bar pola istine o tome šta je sa njim. Svejedno da li govorimo o telesnoj temperaturi čoveka koji laže ili organizaciji jednog društva kao što je pčelinje.

Izvor: Vreme

Autor: Slobodan Bubnjević