Existuje teplotný limit? Aká je najvyššia teplota na Zemi?

Ak z niečoho vezmete všetku energiu, dosiahnete absolútnu nulu, najnižšiu teplotu vo vesmíre (alebo takmer absolútnu nulu, tým viac, tým lepšie). Ale aká je najvyššia teplota? "Nič sa nestratilo. Všetko sa mení," povedal Michael Ende. Myslím, že mnohí ľudia sa pýtali na najvyššiu možnú teplotu a nenašli odpoveď. Ak je absolútna nula, musí existovať absolútny ... čo?

Vezmite klasický experiment: kvapku potravinárskeho farbiva vo vode s rôznymi teplotami. Čo uvidíme? Čím vyššia je teplota vody, tým rýchlejšie sa potravinárske farbivo distribuuje v celom objeme vody..

Prečo sa to deje? Pretože teplota molekúl je priamo spojená s kinetickým pohybom a rýchlosťou zúčastnených častíc. To znamená, že vo vode je teplejšia, jednotlivé molekuly vody sa pohybujú väčšou rýchlosťou, čo znamená, že častice potravinárskeho farbiva budú rýchlejšie prepravované v horúcej vode ako v studenej vode..

Ak ste zastavili všetky tieto prevádzky - priniesol všetko do ideálneho stavu odpočinku (dokonca prekonal aj zákony kvantovej fyziky) - potom by ste dosiahli absolútnu nulu: najchladnejšiu možnú termodynamickú teplotu.

Ale čo tak urobiť? Ak zohrejete časticový systém, samozrejme, budú sa pohybovať rýchlejšie a rýchlejšie. Existuje však limit na to, koľko ich môžete ohrievať, existuje nejaká katastrofa, ktorá vám zabráni ohrievať ich po určitom limite?

Pri teplote tisícov stupňov teplých, ktoré prenesiete do molekúl, začnú ničiť samotné väzby, ktoré držia molekuly spolu, a ak budete pokračovať v zvyšovaní teploty, elektróny sa začnú oddeliť od atómov samotných. Dostanete ionizovanú plazmu pozostávajúcu z elektrónov a atómových jadier, v ktorej nebudú žiadne neutrálne atómy.

Je to stále z dôvodu: máme oddelené častice - elektróny a pozitívne ióny - ktoré budú skákať pri vysokých teplotách a budú dodržiavať bežné fyzikálne zákony. Môžete zvýšiť teplotu a čakať na pokračovanie..

S ďalším zvýšením teploty, jednotlivé subjekty, ktoré sú vám známe ako "častice", sa začnú rozpadať. Pri približne 8 miliardách stupňov (8 x 10 ^ 9) spontánne produkujete paru hmoty-antihmoty - elektróny a pozitróny - zo surovej energie kolízií častíc..

Na 20 miliárd stupňov Atómové jadrá sa začnú spontánne rozpadať na oddelené protóny a neutróny. Protóny a neutróny prestanú existovať pri 2 biliónach stupňov a objavia sa základné častice, ich zložky - kvarky a gluóny, ich väzby pri takýchto vysokých energiách už nebudú odolávať.

Na približne 2 kvadriliony stupňov Začnete vyrábať všetky známe častice a antičastice v obrovských množstvách. Toto však nie je horná hranica. V rámci týchto limitov sa deje veľa zaujímavých vecí. Vidíte, toto je energia, pri ktorej môžete produkovať Higgsov bozón, a teda energiu, pri ktorej môžete obnoviť jednu zo základných symetrií vo vesmíre: symetriu, ktorá dáva častici pokojovú hmotu.

Inými slovami, Akonáhle zohrejete systém na tento energetický limit, zistíte, že všetky vaše častice sú teraz bezmocné a lietajú rýchlosťou svetla. To, čo bolo pre vás zmes hmoty, antihmoty a žiarenia, sa stane čistým žiarením (bude sa správať takto), zatiaľ čo zostávajúca hmota, antihmota alebo ani.

A to nie je koniec. Systém môžete zohriať na ešte vyššie teploty, a hoci sa v ňom všetko nebude pohybovať rýchlejšie, bude naplnený energiou, rovnako ako rádiové vlny, mikrovlnné rúry, viditeľné svetlo a röntgenové žiarenie (a všetky sa pohybujú rýchlosťou svetla) sú formou svetla, dokonca ak majú úplne inú energiu. Pravdepodobne sa nám rodia častice neznáme, alebo sa prejavujú nové zákony (alebo symetrie) prírody. Môžete si myslieť, že stačí len zahriať a zahriať všetko až na nekonečnú energiu, aby ste to zistili, ale nebolo to tam. Existujú tri dôvody, prečo to nie je možné..

V celom pozorovateľnom vesmíre existuje len obmedzené množstvo energie. Vezmite si všetko, čo existuje v našom časopriestore: všetka hmota, anti-hmota, žiarenie, neutrína, temná hmota, dokonca energia samotná vo vesmíre. Existuje asi 10 ^ 80 častíc bežnej hmoty, asi 10 ^ 89 neutrín a antineutrín, o niečo viac ako fotóny, plus všetka energia temnej hmoty a temnej energie, rozložená v okruhu 46 miliárd svetelných rokov pozorovaného vesmíru, ktorého centrum je v našej polohe.

Ale aj keby ste to všetko premenili na čistú energiu (pomocou E = mc ^ 2), a aj keby ste použili všetku túto energiu na zohriatie systému, nedostali by ste nekonečné množstvo energie. Ak to všetko vložíte do jediného systému, dostanete obrovské množstvo energie rovné teplote 10 ^ 103 stupňov, ale to nie je ani nekonečno. Ukazuje sa, že horná hranica zostáva. Ale skôr, než sa k tomu dostanete, budete mať ďalšiu prekážku..

Ak uzavriete príliš veľa energie v ktorejkoľvek obmedzenej oblasti priestoru vytvoríte čiernu dieru. Zvyčajne si myslíte, že čierne diery ako obrovské, masívne, husté objekty, ktoré môžu prehltnúť hordy planét: neobťažoval, neopatrný, ľahké. Faktom je, že ak dáte jednej kvantovej častici dostatok energie - aj keď sa jedná o bezmasú časticu pohybujúcu sa rýchlosťou svetla - zmení sa na čiernu dieru. Existuje škála, na ktorej bude mať práve niečo s určitým množstvom energie, že častice nebudú interagovať ako obvykle, a ak dostanete častice s touto energiou ekvivalentné 22 mikrogramom podľa vzorca E = mc ^ 2, môžete získať energiu na 10 ^ 19 GeV, predtým, než váš systém odmieta byť teplejšie. Začnete sa objavovať čierne diery, ktoré sa okamžite rozpadnú do stavu nízkoenergetického tepelného žiarenia. Ukazuje sa, že tento energetický limit, Planckova hranica, je horný pre vesmír a zodpovedá teplote 10 ^ 32 Kelvinov. Je to oveľa nižšie ako predchádzajúci limit, pretože nielen samotný vesmír je konečný, ale aj čierne diery pôsobia ako odstrašujúci prostriedok. To však nie je všetko: existuje obmedzenie a ďalšie.

Pri určitej teplote uvoľníš potenciál, ktorý viedol náš vesmír k kozmickej inflácii, expanzii. Dokonca aj v čase Veľkého tresku bol vesmír v exponenciálnej expanzii, keď sa priestor rozšíril ako priestorový balón, len exponenciálne. Všetky častice, antičastice a žiarenie sa rýchlo oddelili od iných kvantových častíc hmoty a energie a keď inflácia skončila, prišiel Veľký tresk..

Ak sa vám podarí dosiahnuť teploty, potrebné vrátiť stav inflácie, stlačte tlačidlo reštartu vesmíru a jeho budúcnosť, spôsobiť infláciu, potom Veľký tresk a tak ďalej, znova. Ak ste ešte nedosiahli, zvážte: ak sa dostanete na túto teplotu a spôsobíte požadovaný účinok, neprežijete. Teoreticky to môže nastať pri teplotách rádovo 10, 28 - 10 ^ 29 Kelvinov, toto je len teória..

Ukazuje sa, že môžete ľahko dosiahnuť veľmi vysoké teploty.. Hoci fyzické javy, na ktoré ste zvyknutí, sa budú líšiť v detailoch, môžete stále dosahovať teploty vyššie a vyššie, ale len do bodu, po ktorom bude všetko, čo je pre vás drahé, zničené. Ale nebojte sa Large Hadron Collider. Dokonca aj na najsilnejšom urýchľovači častíc na Zemi dosahujeme energie, ktoré sú 100 miliárd krát nižšie ako tie, ktoré sú potrebné pre univerzálnu apokalypsu..