Jaka jest najwyższa temperatura w znanym nam wszechświecie i czy możemy ją osiągnąć?

Z tego, co wiemy o naszym wszechświecie, najzimniejsza możliwa temperatura to „bezwzględne” zero Kelvina, czyli -273,15 stopni Celsjusza (-459,67 stopni Fahrenheita). Ale co z najwyższą możliwą temperaturą?

Fizyka wydaje się nieco niejasna, jeśli chodzi o najgorętszą formę ze wszystkich, ale teoretycznie taka rzecz istniała – lub przynajmniej była – raz. nazywa Temperatura PlanckaAle jak ze wszystkim w życiu, to też nie jest takie proste.

Jaka jest temperatura?

Pierwszą rzeczą, która przychodzi na myśl, gdy myślimy o temperaturze, może być opis tego, ile ciepła zawiera ciało. Lub, jeśli o to chodzi, nie zawieraj.

ciepło, lub Energia cieplna, ważna część wyjaśnienia. Nasze intuicyjne rozumienie ciepła polega na tym, że przepływa ono ze źródeł o wyższej temperaturze do źródeł o niższej temperaturze, jak parowanie filiżanki herbaty podczas parzenia w niej.

Fizycznie energia cieplna jest jak średnia przypadkowych ruchów w układzie, zwykle między cząsteczkami, takimi jak atomy i molekuły. Umieść dwa obiekty o różnych ilościach energii cieplnej wystarczająco blisko siebie, aby się zetknęły, a przypadkowe ruchy połączą się, aż oba obiekty będą w równowadze. Jako forma energii ciepło jest mierzone w dżulach.

Temperaturaz drugiej strony, opisuje Transfer energii Od najgorętszych do najzimniejszych regionów, przynajmniej w teorii. Jest zwykle opisywany jako skala w jednostkach takich jak Kelvin, Celsjusz lub Fahrenheit. Płomień świecy może mieć wysoką temperaturę w porównaniu z górą lodową, ale ilość energii cieplnej w podgrzewanym knotu nie będzie miała większego znaczenia, gdy zostanie umieszczona na zamarzniętej górze wody.

Czym właściwie jest zero absolutne?

zero absolutne jest temperaturą, a więc jest miarą względnego transferu energii cieplnej. Teoretycznie wskazuje punkt na skali temperatury, w którym nie można już usunąć energii cieplnej z systemu, dzięki prawom Termodynamika.

W praktyce ten dokładny punkt jest zawsze poza zasięgiem. Ale możemy się zbliżyć: wszystko, czego potrzebujemy, to sposoby na zmniejszenie średniej ilości energii cieplnej rozproszonej między cząsteczkami układu, być może za pomocą lasera lub odpowiedniego rodzaju zmiennego pola magnetycznego.

Ale w końcu zawsze istnieje średnia energetyczna, która pozostawia temperaturę powyżej teoretycznej granicy tego, co można wydobyć.

Jaka jest najwyższa możliwa temperatura?

Jeśli zero absolutne wyznacza granicę Wycofanie energii cieplnej z systemu, sensowne byłoby również ograniczenie ilości energii cieplnej, którą możemy wtłoczyć do pojedynczego systemu. tam. W rzeczywistości istnieją dwa ograniczenia, w zależności od tego, o jakim systemie mówimy.

Z jednej strony coś się nazywa Temperatura Planckarówny 1,417 × 10³² Kelvin (lub około 141 milionów milionów stopni Celsjusza). To jest to, co ludzie często nazywają „absolutnym gorącym”. Nic w dzisiejszym świecie nie zbliża się do tego rodzaju temperatur, ale istniały one przez krótki okres u zarania dziejów. W ciągu tej milisekundy — w rzeczywistości jednej jednostki czasu Plancka — kiedy rozmiar wszechświata wynosił jedną długość Plancka, przypadkowy ruch jego zawartości był najbardziej możliwy.

Wszelkie ciepło i siły, takie jak elektromagnetyzm i siły jądrowe, byłyby na równi z siłą grawitacji. Wyjaśnienie, jak to wygląda, wymaga fizyki, nad którą nie mamy jeszcze kontroli, która łączy to, co wiemy o mechanice kwantowej z teorią Einsteina. Ogólna teoria względności.

Są to również bardzo specyficzne warunki. Czas i miejsce nie będą ponownie ograniczone. Dziś najlepsze, z czym wszechświat może sobie poradzić, to Trywialne kilka bilionów stopni Tworzymy, gdy zderzamy atomy w zderzaczu.

Przeciwieństwo absolutnego zera

Ale jest inny sposób patrzenia na ciepło, sposób, który stawia na głowie całą kwestię temperatury.

Należy pamiętać, że energia cieplna opisuje średnie ruchy między częściami systemu. Wystarczy, że niewielki procent jego cząsteczek krąży losowo, aby zakwalifikować się jako „gorący”.

Więc co się stanie, jeśli odwrócimy ten stan i będziemy mieli o wiele więcej zgniatających cząstek niż wolnych? To właśnie fizycy nazywają odwróconym Dystrybucja Maxwella BoltzmannaI, o dziwo, są one opisane za pomocą wartości, które idą poniżej zera bezwzględnego.

Ten dziwny system wydaje się wyrzucać z gramatyki fizyki. Nie tylko liczymy ją ilościowo od ujemnej do zera absolutnego, ale technicznie jest gorętsza niż jakakolwiek wartość dodatnia. Dosłownie gorętszy niż gorący.

Jako statystyczny kaprys, nie jest to coś, co znajdujemy w żadnym normalnym zakątku wszechświata. Po pierwsze, wymagają nieskończonej ilości energii, a potem trochę.

To nie znaczy, że nie możemy trochę nagiąć zasad i zrobić coś takiego. W roku 2013 zostało pokazane przez fizyków z Uniwersytetu Ludwiga Maximiliana w Monachium i Instytutu Optyki Kwantowej im. Maxa Plancka w Niemczech; Używali gazów atomowych w bardzo specyficznych warunkach, które narzucają im górne granice energii.

Wyniki Stabilny układ cząstek o dużej energii kinetycznej i odepchnięcie ich z powrotem stało się niemożliwe. Jedynym sposobem na opisanie tego konkretnego układu było użycie skali temperatury, która przechodziła w ujemny kelwin, czyli kilka miliardowych stopnia poniżej zera absolutnego.

Taki dziwaczny stan teoretycznie mógłby pochłaniać energię cieplną nie tylko z najgorętszych przestrzeni, ale także z najzimniejszych, czyniąc z niego prawdziwą bestię o skrajnych temperaturach.

W tym diabolicznym zakątku wszechświata maszyna może uciec z ponad stuprocentową wydajnością, ponieważ jest zasilana zarówno przez ciepło, jak i zimno, i wydaje się, że łamie prawa termodynamiki.

Weryfikujący fakty stwierdzają, że wszyscy tłumacze ustni są poprawni i stosowni w momencie publikacji. Tekst i obrazy mogą być modyfikowane, usuwane lub dodawane w ramach decyzji redakcyjnej, aby informacje były aktualne.