Existuje teplotní limit? Jaká je nejvyšší teplota na Zemi?

Pokud vezmete veškerou energii z něčeho, dosáhnete absolutní nuly, nejnižší teploty ve vesmíru (nebo téměř absolutní nuly, tím více, tím lépe). Ale jaká je nejvyšší teplota? "Nic není ztraceno. Všechno se mění," řekl Michael Ende. Myslím, že mnoho lidí přemýšlelo o nejvyšší možné teplotě a nenalezlo odpověď. Pokud existuje absolutní nula, musí existovat absolutní ... co?

Vezměte si klasický experiment: kapka potravinářského barviva ve vodě s různými teplotami. Co uvidíme? Čím vyšší je teplota vody, tím rychleji je potravinářské barvivo distribuováno v celém objemu vody..

Proč se to děje? Protože teplota molekul přímo souvisí s kinetickým pohybem - a rychlostí - zúčastněných částic. To znamená, že ve vodě je teplejší, jednotlivé molekuly vody se pohybují větší rychlostí, což znamená, že částice potravinového barviva budou rychleji transportovány v horké vodě než ve studené vodě..

Pokud jste zastavili všechny tyto provoz - přinesl všechno do ideálního stavu odpočinku (dokonce překonal zákony kvantové fyziky pro to) - pak byste dosáhli absolutní nuly: nejchladnější možné termodynamické teploty.

Ale co takhle jít? Pokud zahřejete částicový systém, samozřejmě, budou se pohybovat rychleji a rychleji. Existuje však limit na to, kolik je můžete ohřívat, je nějaká katastrofa, která vám zabrání ohřátí po určité hranici?

Při teplotě tisíců stupňů teplý, které přenesete na molekuly, začnou zničit samotné vazby, které drží molekuly dohromady, a pokud budete i nadále zvyšovat teplotu, elektrony se začnou oddělovat od atomů samotných. Dostanete ionizovanou plazmu tvořenou elektrony a atomovými jádry, ve kterých nebudou žádné neutrální atomy.

Je stále v rozumném smyslu: máme oddělené částice - elektrony a pozitivní ionty - které skočí při vysokých teplotách a dodržují obvyklé zákony fyziky. Můžete zvýšit teplotu a čekat na pokračování..

S dalším nárůstem teploty se jednotlivé subjekty, které jsou vám známy jako "částice", se začnou rozpadat. Při asi 8 miliardách stupňů (8 x 10 ^ 9) spontánně produkujete paru hmoty-antihmoty - elektrony a pozitrony - ze surové energie srážek částic..

Na 20 miliard stupňů Atomová jádra se začnou spontánně rozpadat na oddělené protony a neutrony. Protony a neutrony přestanou existovat na 2 biliony stupňů a objeví se základní částice, jejich složky - kvarky a gluony, jejich vazby při takových vysokých energiích již nemohou odolat.

Na asi 2 kvadriliony stupňů Začnete vyrábět všechny známé částice a antičástice ve velkém množství. To však není horní limit. V těchto mezích se odehrává spousta zajímavých věcí. Vidíte, je to energie, při které můžete produkovat Higgsův boson, a tedy i energii, při které můžete obnovit jednu ze základních symetrií ve vesmíru: symetrii, která dává částici zbytkovou hmotu.

Jinými slovy, Jakmile zahřejete systém na tento energetický limit, zjistíte, že všechny vaše částice jsou nyní bez hmoty a létají rychlostí světla. To, co bylo pro vás směsí hmoty, antihmoty a radiace, se stane čistým zářením (bude se chovat podobně), zatímco zbývající hmota, antihmota nebo ani.

A to není konec. Systém můžete zahřát na ještě vyšší teploty, ai když se v něm všechno nebude pohybovat rychleji, bude naplněno energií, stejně jako rádiové vlny, mikrovlnné trouby, viditelné světlo a rentgenové paprsky (a všechny se pohybují rychlostí světla) jsou formou světla, dokonce pokud mají zcela jinou energii. Možná, že se nám rodí neznámé částice nebo se projevují nové zákony (nebo symetrie) přírody. Možná si myslíte, že stačí, když vše ohřeje a zahřeje na nekonečnou energii, aby to zjistila, ale nebylo to tam. Existují tři důvody, proč to není možné..

V celém pozorovatelném vesmíru existuje jen omezené množství energie. Vezměte si vše, co existuje v našem časoprostoru: veškerá hmota, anti-hmota, záření, neutrina, temná hmota, dokonce i energie vlastní samotnému kosmu. Je jich tam asi 10 ^ 80 částic obyčejné hmoty, asi 10 ^ 89 neutrin a antineutrinos, o něco více než fotony, plus veškerá energie temné hmoty a temné energie, rozložená v okruhu 46 miliard světelných let pozorovaného vesmíru, jehož centrum je v naší pozici.

Ale i když jste to všechno změnili na čistou energii (pomocí E = mc ^ 2), ai kdybyste využili všechnu energii k ohřevu systému, nedostali byste nekonečné množství energie. Pokud toto všechno vložíte do jediného systému, dostanete obrovské množství energie rovné teplotě 10 ^ 103 stupňů, ale to není ani nekonečno. Ukazuje se, že horní limit zůstává. Než se k tomu dostanete, budete mít další překážku..

Pokud uzavřete příliš mnoho energie v jakékoli omezené oblasti prostoru vytvoříte černou díru. Obvykle si myslíte, že černé díry jako obrovské, masivní, husté objekty, které mohou polykat hordy planet: neobtěžoval, neopatrný, snadné. Faktem je, že pokud dáte jediné kvantové částici dostatek energie - i když se jedná o bezmasé částice pohybující se rychlostí světla - změní se na černou díru. Tam je měřítko na kterém jen mít něco s jistým množstvím energie bude znamenat, že částečky nebudou ovlivňovat jako obvykle, a jestliže vy dostanete částečky s tou energií ekvivalentní 22 mikrogramům vzorcem E = mc ^ 2, vy můžete získat energii na 10 ^ 19 GeV, než se váš systém odmítne ohřát. Začnete se objevovat černé díry, které se okamžitě rozpadnou do stavu nízkoenergetického tepelného záření. Ukazuje se, že tento energetický limit, Planckův limit, je horní pro vesmír a odpovídá teplotě 10 ^ 32 Kelvinů. To je mnohem nižší než předchozí limit, protože nejen samotný vesmír je konečný, ale černé díry také působí jako odstrašující prostředek. To však není vše: existuje omezení a další.

Při určité teplotě rozpoutáte potenciál, který vedl náš vesmír k kosmické inflaci, expanzi. Dokonce i v době Velkého třesku byl vesmír ve stavu exponenciální expanze, když prostor expandoval jako prostorový balón, pouze exponenciálně. Všechny částice, antičástice a záření se rychle oddělily od ostatních kvantových částic hmoty a energie a když inflace skončila, přišel Velký třesk..

Pokud se vám podaří dosáhnout teploty, nutné vrátit stav inflace, stiskněte tlačítko restartu vesmíru a jeho budoucnost, způsobit inflaci, pak velký třesk a tak dále, znovu. Pokud jste ještě nedosáhli, zvažte: pokud se dostanete na tuto teplotu a způsobíte požadovaný účinek, nepřežijete. Teoreticky to může nastat při teplotách řádově 10 ^ 28 - 10 ^ 29 Kelvinů, to je jen teorie..

Ukazuje se, že můžete snadno dosáhnout velmi vysokých teplot.. I když se fyzikální jevy, na které jste zvyklí, budou lišit v detailech, můžete stále dosahovat vyšších a vyšších teplot, ale pouze do okamžiku, kdy bude zničeno vše, co je vám drahé. Ale nebojte se Large Hadron Collider. Dokonce i na nejvýkonnějším urychlovači částic na Zemi dosahujeme energie, které jsou 100 miliard krát nižší než ty, které jsou potřebné pro univerzální apokalypsu..