Postoji li ograničenje temperature? Koja je najviša temperatura na zemlji?

Ako uzmete svu energiju iz nečega, doseći ćete apsolutnu nulu, najnižu temperaturu u Svemiru (ili gotovo apsolutnu nulu, što više, to bolje). Ali što je najviša temperatura? "Ništa nije izgubljeno. Sve se mijenja", rekao je Michael Ende. Mislim da su se mnogi pitali o najvišoj mogućoj temperaturi i nisu našli odgovor. Ako postoji apsolutna nula, mora postojati apsolutna ... što?

Uzmi klasični eksperiment: kap hrane bojanje u vodi s različitim temperaturama. Što ćemo vidjeti? Što je viša temperatura vode, brže se raspoređuje boja kroz hranu..

Zašto se to događa? Zato što je temperatura molekula izravno povezana s kinetičkim kretanjem - i brzinom - uključenih čestica. To znači da je u vodi toplija, pojedinačne molekule vode se kreću većom brzinom, a to znači da će se čestice prehrambene boje brže transportirati u vrućoj vodi nego u hladnoj vodi..

Ako ste zaustavili sav taj promet - doveo je sve do idealnog stanja odmora (čak je i prevladao zakone kvantne fizike za ovo) - tada bi dostigao apsolutnu nulu: najhladniju moguću termodinamičku temperaturu.

Ali što je s drugim putem? Ako zagrijete sustav čestica, očito će se kretati brže i brže. No postoji li granica koliko ih možete zagrijati, postoji li kakva katastrofa koja će vas spriječiti da ih zagrijete nakon određenog ograničenja?

Na temperaturi od tisuću stupnjeva topla, koje ćete prenijeti na molekule, počet će uništavati same veze, koje drže molekule zajedno, i ako nastavite povećavati temperaturu, elektroni će se početi odvajati od samih atoma. Dobit ćete ioniziranu plazmu koja se sastoji od elektrona i atomskih jezgri u kojima neće biti neutralnih atoma.

To je još uvijek u okviru razloga: imamo zasebne čestice - elektrone i pozitivne ione - koje će skakati na visokim temperaturama, poštujući uobičajene zakone fizike. Možete podići temperaturu i čekati nastavak..

S daljnjim povećanjem temperature, pojedinačni entiteti, koje su vam poznate kao "čestice", počinju se slomiti. Na oko 8 milijardi stupnjeva (8 x 10 ^ 9) spontano ćete proizvesti pare materije-antimaterije - elektrone i pozitrone - od sirove energije sudara čestica..

Na 20 milijardi stupnjeva Atomske jezgre će se početi spontano razbijati na odvojene protone i neutrone. Na 2 trilijuna stupnjeva, protoni i neutroni će prestati postojati, i pojavit će se temeljne čestice, njihovi sastavni dijelovi - kvarkovi i gluoni, njihove veze na tako visokim energijama više neće moći izdržati.

Na oko 2 kvadriliona stupnjeva Početi ćete proizvoditi sve poznate čestice i antičestice u velikim količinama. Ali to nije gornja granica. Mnogo se zanimljivih stvari događa u tim granicama. Vidite, to je energija u kojoj možete proizvesti Higgsov bozon, a time i energiju u kojoj možete oporaviti jednu od temeljnih simetrija u Svemiru: simetriju koja daje česticu mirovanju..

Drugim riječima, Čim zagrijete sustav do te granice energije, otkrit ćete da su sve vaše čestice sada bezmasne i letjeti brzinom svjetlosti. Što je za vas mješavina materije, antimaterije i zračenja, postat će čisto zračenje (ponašat će se tako), dok preostala materija, antimaterija, ili.

I to nije kraj. Možete zagrijati sustav na još više temperature, i iako se u njemu sve neće brže kretati, ono će biti ispunjeno energijom, baš kao što su radiovalovi, mikrovalovi, vidljiva svjetlost i rendgenske zrake (i sve se kreću brzinom svjetlosti) oblik svjetlosti, čak i ako imaju potpuno različitu energiju. Možda se rađaju nepoznate čestice ili se manifestiraju novi zakoni (ili simetrije) prirode. Možda mislite da je dovoljno samo zagrijati i zagrijati sve do beskonačne energije da saznamo, ali nije bilo tamo. Tri su razloga zašto to nije moguće..

U cijelom vidljivom svemiru postoji samo konačna količina energije. Uzmite sve što postoji u našem prostoru-vremenu: sve materije, anti-materiju, zračenje, neutrine, tamnu materiju, čak i energiju svojstvenu samom kozmosu. Postoji oko 10 ~ 80 čestica obične materije, oko 10 ^ 89 neutrina i antineutrina, nešto više od fotona, plus sva energija tamne materije i tamne energije, raspoređena u radijusu od 46 milijardi svjetlosnih godina promatranog Svemira, čiji je centar u našem položaju.

Ali čak i ako ste sve to pretvorili u čistu energiju (koristeći E = mc ^ 2), pa čak i ako ste koristili svu tu energiju za zagrijavanje sustava, ne biste dobili beskonačnu količinu energije. Ako sve to stavite u jedan sustav, dobit ćete veliku količinu energije jednaku oko 10 ^ 103 stupnjeva, ali to nije ni beskonačnost. Ispada da gornja granica ostaje. Ali prije nego što dođete do toga, imat ćete još jednu prepreku..

Ako stavite previše energije u bilo kojem ograničenom području prostora stvorit ćete crnu rupu. Obično misliš na crne rupe kao na ogromne, masivne, guste predmete koji mogu progutati horde planeta: ne smetaju, bezbrižno, lako. Činjenica je da ako jednoj jedinoj kvantnoj čestici damo dovoljno energije - čak i ako je to bezmasna čestica koja se kreće brzinom svjetlosti - pretvorit će se u crnu rupu. Postoji skala na kojoj samo imati nešto s određenom količinom energije značiti da čestice neće interakciju kao i obično, a ako dobijete čestice s tom energijom ekvivalent 22 mikrograma po formuli E = mc ^ 2, možete dobiti energiju na 10 ^ 19 GeV, prije nego vaš sustav odbije postati topliji. Pojavit će se crne rupe koje će se odmah raspasti do stanja niskoenergetskog toplinskog zračenja. Ispada da je ova granica energije, Plankova granica, gornja za Svemir i odgovara temperaturi od 10 ^ 32 Kelvina. To je mnogo niže od prethodne granice, budući da je ne samo Univerzum sam konačan, već i crne rupe djeluju kao zastrašujući. Međutim, to nije sve: postoji ograničenje i još mnogo toga.

Na određenoj temperaturi vi ćete osloboditi potencijal koji je vodio naš Svemir do kozmičke inflacije, ekspanzije. Čak iu vrijeme Velikog praska, Svemir je bio u stanju eksponencijalnog širenja, kada se prostor širio kao prostorni balon, samo eksponencijalno. Sve čestice, antičestice i zračenje brzo su se odvojile od drugih kvantnih čestica materije i energije, a kada je inflacija završila, došao je Veliki prasak..

Ako uspijete doći do temperature, Potrebno je vratiti stanje inflacije, pritisnuti gumb za ponovno pokretanje Svemira i njegovu budućnost, uzrokovati inflaciju, zatim Veliki prasak i tako dalje, sve iznova. Ako još niste stigli, razmislite: ako dođete do te temperature i izazovete željeni učinak, nećete preživjeti. Teoretski, to se može dogoditi pri temperaturama reda 10 ~ 28 - 10 ^ 29 Kelvina, to je samo teorija..

Ispada da lako možete doći do vrlo visokih temperatura.. Iako će se fizičke pojave na koje ste navikli razlikovati u pojedinostima, još uvijek možete dobiti temperature više i više, ali samo do točke nakon koje će sve što vam je drago biti uništeno. Ali nemojte se bojati Velikog hadronskog sudarača. Čak i na najsnažnijem akceleratoru čestica na Zemlji, postižemo energije koje su 100 milijardi puta niže od onih potrebnih za univerzalnu apokalipsu..