Aká je najhorúcejšia teplota v známom vesmíre a mohli by sme ju dosiahnuť?

(sakkmesterke/Getty Images)

Z toho, čo vieme o našom vesmíre, najchladnejšia možná teplota je „absolútna“ nula stupňov Kelvina alebo -273,15 stupňov Celzia (-459,67 stupňov Fahrenheita). Ale čo najvyššia možná teplota?

Fyzika je trochu nejasná v tom, ako vyzerá to najhorúcejšie zo všetkých, ale teoreticky vzaté, taká vec existuje – alebo aspoň existovala – kedysi existovala. Volá sa to Planckova teplota , ale ako vo všetkom v živote, ani to nie je také jednoduché.

Čo je to vlastne teplota?

Prvá vec, ktorá vás môže napadnúť pri premýšľaní o teplote, môže byť popis množstva tepla, ktoré predmet obsahuje. Alebo, keď na to príde, neobsahuje.



Teplo, príp termálna energia , je dôležitou súčasťou vysvetlenia. Naše intuitívne chápanie tepla je také, že prúdi zo zdrojov s vyššími teplotami do zdrojov s nižšími teplotami, ako keď naň fúkame, ako sa ochladzuje pariaca sa šálka čaju.

Z hľadiska fyziky je tepelná energia skôr spriemerovaním náhodných pohybov v systéme, zvyčajne medzi časticami, ako sú atómy a molekuly. Umiestnite dva objekty s rôznym množstvom tepelnej energie dostatočne blízko na to, aby ste sa ich mohli dotknúť, a náhodné pohyby sa budú kombinovať, až kým oba objekty nebudú v rovnováhe. Ako forma energie sa teplo meria v jednotkách joulov.

Teplota , na druhej strane opisuje prenos energie z teplejších do chladnejších oblastí, aspoň teoreticky. Zvyčajne sa popisuje ako stupnica v jednotkách ako Kelvin, Celsius alebo Fahrenheit. Plameň sviečky môže mať v porovnaní s ľadovcom vysokú teplotu, ale množstvo tepelnej energie v jeho zohriatom knôte nebude mať veľký rozdiel, keď ho umiestnite na horu zamrznutej vody.

Čo je teda vlastne absolútna nula?

Absolútna nula je teplota, takže je to miera relatívneho prenosu tepelnej energie. Teoreticky označuje bod na teplotnej stupnici, kde už nie je možné odobrať zo systému žiadnu tepelnú energiu vďaka zákonom termodynamika .

Prakticky povedané, tento presný bod jenavždy mimo dosahu. Môžeme sa však dostať dráždivo blízko: Všetko, čo potrebujeme, sú spôsoby, ako znížiť priemerné množstvo tepelnej energie šírenej medzi časticami systému, možno pomocoupomocou laserov, alebo správny druhklopné magnetické pole.

Ale nakoniec vždy dôjde k spriemerovaniu energie, ktorá ponechá teplotu o zlomok nad teoretickou hranicou toho, čo sa dá extrahovať.

Aká je najteplejšia možná teplota?

Ak absolútna nula nastavuje limit ťahanie tepelnej energie zo systému, môže byť logické, že existuje aj limit, koľko tepelnej energie môžeme do jedného vložiť. Existuje. V skutočnosti existuje niekoľko obmedzení v závislosti od toho, o akom systéme hovoríme.

V jednom extréme je niečo tzv Planckova teplota a zodpovedá 1,417 x 1032Kelvin (alebo niečo ako 141 miliónov miliónov miliónov miliónov miliónov miliónov stupňov). To je to, čo ľudia často označujú ako „absolútne horúce“. Nič v dnešnom vesmíre sa nepribližuje týmto druhom teplôt, ale existovalo to na krátky okamih priamo na úsvite času. Za ten zlomok sekundy – v skutočnosti za jedinú jednotku Planckovho času – keď veľkosť vesmíru bola len jedna Planckova dĺžka, náhodný pohyb jeho obsahu bol asi taký extrémny, ako len mohol byť.

Akékoľvek horúcejšie a sily ako elektromagnetizmus a jadrové sily by boli na rovnakej úrovni ako sila gravitácie. Vysvetlenie toho, ako to vyzerá, si vyžaduje fyziku, ktorej ešte nerozumieme, takú, ktorá spája to, čo vieme o kvantovej mechanike s Einsteinovou všeobecná teória relativity .

To sú tiež dosť špecifické podmienky. Čas a priestor už nikdy nebudú také obmedzené. Dnes je to najlepšie, čo vesmír dokáže spravovať mizerných niekoľko biliónov stupňov vytvoríme, keď rozbijeme atómy dohromady v zrážači.

Opak absolútnej nuly

Existuje však aj iný spôsob, ako sa na teplo pozerať, a to ten, ktorý staví celú otázku teploty na hlavu.

Majte na pamäti, že tepelná energia popisuje priemer pohybov medzi časťami systému. Stačí len malé percento jeho častíc, ktoré chaoticky poletujú, aby sa kvalifikovali ako „horúce“.

Čo sa teda stane, ak preklopíme tento stav a budeme mať oveľa viac chrumkavých častíc ako tie pomalé? To je to, čo fyzici nazývajú prevrátený Maxwell-Boltzmanovo rozdelenie a napodiv je to popísané pomocou hodnôt, ktoré idú pod absolútnou nulou .

Zdá sa, že tento zvláštny systém vyvracia pravidlá fyziky. Nielenže ju kvantifikujeme ako negatívnu až absolútnu nulu, ale je aj technicky horšia ako akákoľvek kladná hodnota. Doslova horúcejšie ako horúce.

Ako zvláštna štatistika to nie je niečo, čo by sme našli v akomkoľvek prirodzenom kúte vesmíru. Jednak by to vyžadovalo nekonečné množstvo energie a potom ešte nejakú.

To neznamená, že nemôžeme trochu ohnúť pravidlá a vytvoriť niečo podobné. V roku 2013 bolo preukázané fyzikmi na Univerzite Ludwig-Maximilians v Mníchove a Inštitúte kvantovej optiky Maxa Plancka v Nemecku; ale používali atómové plyny vo veľmi špecifických nastaveniach, ktoré si ukladajú svoje vlastné horné energetické limity.

Výsledky boli stabilným systémom častíc s takou kinetickou energiou, že nebolo možné vložiť viac dovnútra. Jediným spôsobom, ako opísať toto konkrétne usporiadanie, bolo použitie teplotnej stupnice, ktorá siahala do záporných Kelvinov alebo niekoľko miliardtín stupňa pod absolútnou nulou. .

Takýto bizarný stav by teoreticky mohol absorbovať tepelnú energiu nielen z teplejších priestorov, ale aj z chladnejších priestorov, čo z neho robí skutočné monštrum extrémnych teplôt.

V tomto diabolskom kúte vesmíru by bol stroj schopný utiecť s väčšou ako 100-percentnou účinnosťou, keď by sa napájal z horúceho aj studeného, ​​a zdalo by sa, že sa oháňa zákonmi termodynamiky.

Kontrolóri faktov určili, že všetky vysvetľovače sú správne a relevantné v čase zverejnenia. Text a obrázky môžu byť zmenené, odstránené alebo pridané ako redakčné rozhodnutie, aby boli informácie aktuálne.

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.