Защо температурите достигат до над 1 милиард градуса, но падат само до −273
Температурата е едно от фундаменталните понятия, които макар ежедневния ни опит с нея, елементарно може да ни обърка. И това не е правилно единствено за неекспертите. Температурата е съществена научна идея от епохи и разбирането на нейните граници има значение надалеч оттатък чистата просвета.
Всичко се свежда до термодинамиката, проучването на силата, температурата, топлината и работата и по какъв начин те са свързани между тях. Четирите закона (от нулевия до третия) са толкоз фундаментални, че се появяват в изцяло разнообразни дисциплини. И хора са посветили живота си в опити да ги опровергаят – само че без триумф.
Нулевият закон удостоверява, че температурата е значим емпиричен параметър и че топлинното равновесие е преходно. Така че, в случай че обект A и обект B са в топлинно равновесие с обект C, те също са в топлинно равновесие един с различен. Това значително значи, че термометрите в действителност са прецизен метод за премерване на температурите на нещата и в случай че някой каже, че през вчерашния ден е било X градуса и по-късно каже, че през днешния ден също е X градуса, това значи, че и двата дни са имали една и съща температура.
Една от обичаните ни аналогии за останалите три закона е да си представим вселената като хазартна маса. Първият закон е запазването на силата и е равностоен на това да знаете, че не можете да спечелите на тази маса, тъй като не можете да създадете нещо от нищото. Вторият закон ни споделя, че даже не можете да завършите наедно, тъй като никоя система не е 100% ефикасна и ентропията постоянно се усилва в една изолирана система. Третият гласи, че не можете да напуснете масата; не можете да решите да не играете тази игра – където и да отидете, вие сте подложени на законите на термодинамиката.
Температурата на обект или вещество се дължи на придвижването на неговите молекули: колкото по-горещо е, толкоз повече молекулите се движат. Когато сила се в профил от система посредством термодинамични процеси (като в ледник, например), молекулите се забавят.
И точно тук идва безспорната нула. Ако непрекъснато махаме сила от системата, ще пристигна миг, в който молекулите ще са изцяло неподвижни; няма да има по какъв начин да ги забавите още. Тоест, не може да се доближи по-ниска температура.
Стойността на безспорната нула е −273,15°C (или −459,67°F) или просто 0 Келвина по скалата на Международна система единици. Рекордът за най-ниската температура, достигана в миналото, бе строшен доскоро повече от година с охлаждането на газа рубидий до 38 пикокелвина (3,8 * 10-11 K), единствено напълно мъничко над безспорната нула.
Някаква част от Големият адронен ускорител
Хората харесват симетрията, тъй че в случай че има долна граница, има ли и горна граница? Ами нещата не са толкоз ясни, когато става въпрос за това какъв брой горещо може да бъде нещо. Най-горещата температура, създавана в миналото в лабораторията, е 5 трилиона Келвина – в Големия адронен колайдер като това е била температурата на Вселената няколко мига след Големия гърмеж.
Но можем ли да е още по-горещо? Може да е допустимо, за какво не – що се отнася до физиката на най-горещата температура, занапред ще откриваме какъв и къде, и какъв брой е таванът. Абсолютната жега (обратното на безспорната нула) има редица благоприятни условия – може да бъде 10 000 пъти по-гореща от това, което сме постигнали в ускорителя на частици да вземем за пример. Но не е ясно.
Единственото ограничаване, което може да се откри от физическа позиция, зависи от по този начин наречената канара на Планк. Този набор от мерни единици зависи извънредно от физически константи и има наклонност да алармира къде физиката, каквато я познаваме, се разпада. Температурата на Планк е еквивалентна на 1,4 x 1032 K. Това е 100 милиарда милиарда пъти повече от това, което можете да получим в ускорителя. Учените не имат вяра, че е допустимо да стане по-горещо от това, само че същинската граница може да е доста по-ниска.
