Има ли температурна граница? Коя е най-високата температура на Земята?

Ако вземете цялата енергия от нещо, ще достигнете абсолютна нула, най-ниската температура във Вселената (или почти абсолютна нула, колкото повече, толкова по-добре). Но коя е най-високата температура? "Нищо не се губи. Всичко се трансформира", казва Майкъл Енде. Мисля, че много хора се чудеха за възможно най-високата температура и не намериха отговор. Ако има абсолютна нула, трябва да има абсолютно ... какво?

Вземете класическия експеримент: капка хранителен оцветител във вода с различни температури. Какво ще видим? Колкото по-висока е температурата на водата, толкова по-бързо се разпределя оцветяването в целия обем вода..

Защо се случва това? Тъй като температурата на молекулите е пряко свързана с кинетичното движение - и скоростта - на участващите частици. Това означава, че във водата е по-горещо, отделните водни молекули се движат с по-голяма скорост, а това означава, че частиците от хранителната боя ще бъдат по-бързо транспортирани в гореща вода, отколкото в студена вода..

Ако сте спрели целия този трафик - доведе всичко до идеално състояние на покой (дори преодолява законите на квантовата физика за това) - тогава ще достигнеш абсолютна нула: най-студената възможна термодинамична температура.

Но какво ще стане с другия път? Ако загреете системата на частиците, очевидно те ще се движат по-бързо и по-бързо. Но има ли ограничение за това колко можете да ги затопляте, има ли катастрофа, която ще ви попречи да ги отоплявате след определен лимит.?

При температура от хиляди градуса топло, които прехвърляте към молекули, ще започнат да унищожават самите връзки, които държат молекулите заедно, и ако продължите да увеличавате температурата, електроните ще започнат да се отделят от самите атоми. Ще получите йонизирана плазма, състояща се от електрони и атомни ядра, в която няма да има неутрални атоми.

Все още има причина: имаме отделни частици - електрони и положителни йони - които ще скачат при високи температури, подчинявайки се на обичайните закони на физиката. Можете да повишите температурата и да изчакате продължението..

С по-нататъшно повишаване на температурата, отделните субекти, които са ви известни като "частици", започват да се счупват. На около 8 милиарда градуса (8 x 10 ^ 9) вие спонтанно ще произвеждате пари-антиматерия пари - електрони и позитрони - от суровата енергия на сблъсъците на частиците..

На 20 милиарда градуса Атомните ядра ще започнат спонтанно да се разделят на отделни протони и неутрони. При 2 трилиона градуса, протоните и неутроните ще престанат да съществуват и ще се появят фундаментални частици, техните съставки - кварки и глуони, техните връзки при такива високи енергии вече не могат да издържат.

На около 2 квадрилиона градуса Ще започнете да произвеждате всички известни частици и античастици в огромни количества. Но това не е горната граница. В тези граници се случват много интересни неща. Виждате ли, това е енергията, при която можете да произвеждате бозона на Хигс, а оттам и енергията, при която можете да възстановите една от основните симетрии във Вселената: симетрията, която дава частица на покой..

С други думи, Щом нагрите системата до тази енергийна граница, ще откриете, че всичките ви частици са безмасови и летят със скоростта на светлината. Какво е било за вас смес от материя, антиматерия и радиация, ще стане чиста радиация (ще се държи така), докато оставащата материя, антиматерия, или.

И това не е краят. Можете да затопляте системата до още по-високи температури, и въпреки че всичко няма да се движи по-бързо в нея, то ще бъде пълно с енергия, точно както радиовълните, микровълните, видимата светлина и рентгеновите лъчи (и всички се движат със скоростта на светлината) са форма на светлина ако имат напълно различна енергия. Може би се раждат непознати за нас частици или се проявяват нови закони (или симетрии) на природата. Може би си мислите, че е достатъчно само да загрявате и загрявате всичко до безкрайна енергия, за да разберете, но тя не беше там. Има три причини, поради които това не е възможно..

В цялата наблюдавана вселена има само ограничено количество енергия. Вземете всичко, което съществува в нашето пространство-време: цялата материя, антиматерия, радиация, неутрино, тъмна материя, дори енергията, присъща на самия космос. Има около 10 ~ 80 частици от обикновена материя, около 10 ^ 89 неутрино и антинейтрино, малко повече от фотони, плюс цялата енергия на тъмната материя и тъмната енергия, разпределени в радиус от 46 милиарда светлинни години от наблюдаваната Вселена, чийто център е в нашата позиция..

Но дори и да сте го превърнали в чиста енергия (използвайки E = mc ^ 2), и дори ако сте използвали цялата енергия за загряване на вашата система, вие няма да получите безкрайно количество енергия. Ако сложите всичко това в една система, ще получите огромно количество енергия, равна на около 10 ^ 103 градуса, но това не е безкрайност. Оказва се, че горната граница остава. Но преди да стигнете до него, ще имате друго препятствие..

Ако включите твърде много енергия във всеки ограничен район на пространството ще създадете черна дупка. Обикновено мислите за черни дупки като огромни, масивни, плътни обекти, които могат да поглъщат орди от планети: не притеснявани, небрежни, лесни. Факт е, че ако дадете достатъчно енергия на единична квантова частица - дори ако тя е безмасова частица, движеща се със скоростта на светлината - тя ще се превърне в черна дупка. Има скала, на която просто да има нещо с определено количество енергия ще означава, че частиците няма да взаимодействат както обикновено, и ако получите частици с тази енергия, еквивалентна на 22 микрограма по формулата E = mc ^ 2, можете да получите енергия на 10 ^ 19 GeV, преди системата да откаже да стане по-гореща. Ще започнете да се появяват черни дупки, които незабавно ще се разпаднат до ниско енергийно топлинно излъчване. Оказва се, че тази граница на енергия, границата на Планк, е горна за Вселената и съответства на температура от 10 ^ 32 Келвина. Това е много по-ниско от предишната граница, тъй като не само самата Вселена е ограничена, но черните дупки също действат като възпиращ фактор. Това обаче не е всичко: има ограничение и повече.

При определена температура ще разгърнете потенциала, който доведе нашата Вселена към космическата инфлация, експанзия. Дори по време на Големия взрив, Вселената беше в състояние на експоненциално разширение, когато пространството се разширяваше като пространствен балон, само експоненциално. Всички частици, античастици и радиация бързо се отделят от други квантови частици материя и енергия, а когато инфлацията свърши, дойде Големият взрив..

Ако успеете да достигнете температури, необходимо да се върне състоянието на инфлация, натискате бутона за рестартиране на Вселената и неговото бъдеще, предизвиквайте инфлация, след това Големия взрив и така нататък, отново и отново. Ако все още не сте достигнали, помислете: ако стигнете до тази температура и предизвикате желания ефект, няма да оцелеете. Теоретично, това може да се случи при температури от порядъка на 10 ^ 28 - 10 ^ 29 Келвина, това е само теория..

Оказва се, че лесно можете да достигнете много високи температури.. Въпреки че физическите явления, с които сте свикнали, ще се различават в детайли, все още можете да получите температури по-високи и по-високи, но само до точката, след която всичко, което ви е скъпо, ще бъде унищожено. Но не се страхувайте от големия адронен ускорител. Дори при най-мощния ускорител на частици на Земята, ние постигаме енергии, които са 100 милиарда пъти по-ниски от тези, необходими за универсален апокалипсис..