какая максимальная температура может быть во вселенной

Существует ли предел температуры?

Если вы изымете всю энергию из чего-нибудь, вы достигнете абсолютного ноля, самой низкой температуры во Вселенной (ну или почти абсолютного ноля, чем больше, тем лучше). Но какова самая высокая температура? «Ничто не пропадает. Все трансформируется», — говорил Майкл Энде. Думаю, очень многие задавались вопросом касательно самой высокой возможной температуры и не находили ответа. Если есть абсолютный ноль, должен быть и абсолютный… что?

Возьмем классический эксперимент: капнем пищевым красителем в воду с разной температурой. Что мы увидим? Чем выше температура воды, тем быстрее пищевой краситель распределяется по всему объему воды.

Почему так происходит? Потому что температура молекул непосредственно связана с кинетическим движением — и скоростью — участвующих частиц. Это значит, что в воде погорячее отдельные молекулы воды движутся с большей скоростью, и это значит, что частицы пищевого красителя быстрее будут транспортироваться в горячей воде, нежели в холодной.

Если бы вы остановили все это движение — довели все до идеального состояния отдыха (даже преодолели законы квантовой физики ради этого) — тогда вы достигли бы абсолютного ноля: самой холодной возможной термодинамической температуры.

Но как насчет движения в другую сторону? Если вы будете нагреваться систему частиц, очевидно, они будут двигаться все быстрее и быстрее. Но есть ли предел тому, как сильно вы сможете их нагреть, нет ли какой-нибудь катастрофы, которая помешает вам нагревать их после определенного предела?

При температуре в тысячи градусов тепло, которое вы передаете молекулам, начнет разрушать сами связи, которые удерживают молекулы вместе, и если вы будете продолжать увеличивать температуру, электроны начнут отделяться от самих атомов. Вы получите ионизированную плазму, состоящую из электронов и атомных ядер, в которой не будет нейтральных атомов вовсе.

Это еще в рамках разумного: у нас имеются отдельные частицы — электроны и положительные ионы — которые будут прыгать при высоких температурах, подчиняясь привычным законам физики. Вы можете повышать температуру и ждать продолжения.

При дальнейшем повышении температуры отдельные сущности, которые известны вам под «частицами», начинают разбиваться. Примерно при 8 миллиардах градусов (8 x 10^9), вы начнете спонтанно производить пары материи-антиматерии — электроны и позитроны — из сырой энергии столкновений частиц.

При 20 миллиардах градусов атомные ядра начнут спонтанно разрываться на отдельные протоны и нейтроны.

При 2 триллионах градусов протоны и нейтроны перестанут существовать, и появятся фундаментальные частицы, их составляющие — кварки и глюоны, их связи при таких высоких энергиях уже не выдерживают.

Примерно при 2 квадриллионах градусов вы начнете производить все известные частицы и античастицы в огромных количествах. Но и это не является верхним пределом. В этих пределах происходит много интересного. Видите ли, это та энергия, при которой вы можете произвести бозон Хиггса, а значит и та энергия, при которой вы можете восстановить одну из фундаментальных симметрий во Вселенной: симметрию, которая дает частице массу покоя.

Другими словами, как только вы нагреете систему до этого энергетического предела, вы обнаружите, что все ваши частицы теперь безмассовые и летают со скоростью света. То, что было для вас смесью материи, антиматерии и радиации, станет чистой радиацией (будет вести себя как она), оставаясь при этом материей, антиматерией или ни тем ни другим.

И это еще не конец. Вы можете нагревать систему до еще более высоких температур, и хотя быстрее двигаться в ней все не будет, оно будет преисполняться энергией, подобно тому как являются формой света радиоволны, микроволны, видимый свет и рентгеновские лучи (и все движутся со скоростью света), даже если обладают совершенно разной энергией.

Возможно, рождаются пока неизвестные нам частицы или проявляются новые законы (или симметрии) природы. Вы могли бы подумать, что достаточно просто нагревать и нагревать все до бесконечных энергией, чтобы это узнать, но не тут-то было. Есть три причины, почему это невозможно.

Но даже если бы вы превратили все это в чистую энергию (с помощью E = mc^2), и даже если бы вы использовали всю эту энергию для нагрева своей системы, вы не получили бы бесконечное количество энергии. Если заключить все это в единую систему, вы получите гигантское количество энергии, равное примерно температуре в 10^103 градуса, но и это еще не бесконечность. Получается, верхний предел остается. Но прежде чем вы до него доберетесь, у вас будет еще одно препятствие.

Дело в том, что если вы придадите отдельной квантовой частице достаточно энергии — даже если она будет безмассовой частицей, движущейся со скоростью света — она превратится в черную дыру. Есть масштаб, на котором просто иметь что-то с определенным количеством энергии, будет означать, что частицы не будут взаимодействовать как обычно, и если вы получите частицы с такой энергией, эквивалентной 22 микрограммам по формуле E = mc^2, вы сможете набрать энергию в 10^19 ГэВ, прежде чем ваша система откажется становиться горячее. У вас начнут появляться черные дыры, которые будут моментально распадаться до состояния низкоэнергетической термальной радиации. Получается, этот энергетический предел — планковский предел — является верхним для Вселенной и соответствует температуре в 10^32 кельвина.

Это намного ниже предыдущего предела, поскольку не только сама Вселенная конечна, но и черные дыры выступают сдерживающим фактором. Впрочем, это не все: есть ограничение и пуще.

Получается, вы можете легко набрать очень высокие температуры. Хотя физические явления, к которым вы привыкли, будут отличаться в деталях, вы по-прежнему сможете набирать температуры выше и выше, но только до точки, после которой все, что вам дорого, будет уничтожено. Но не бойтесь Большого адронного коллайдера. Даже на самом мощном ускорителе частиц на Земле мы достигаем энергий, которые в 100 миллиардов раз ниже, чем необходимые для вселенского апокалипсиса.

Источник

Какая температура во Вселенной самая высокая?

Каждый атом во Вселенной любит тепло. Мельчайшие частички материи любят тепло настолько, что атомы и субатомные частицы вибрируют все сильнее и движутся все быстрее, когда они горячие. Чем они горячее, тем быстрее движутся. И точно так же, чем они холоднее, тем они медленнее. При абсолютном нуле (-273 градусов по Цельсию) все движения атомов полностью останавливаются. Холоднее быть не может — это самая низкая температура. Сделать что-то холоднее — это как пытаться сделать прямую стрелку еще прямее.

Что самое горячее во Вселенной?

Что может быть еще горячее?

Теоретически, температура может быть еще выше. Первым претендентом на самую высокую температуру будет температура Планка, которая равна 10 32 Кельвинов, или 100 миллионов миллионов миллионов миллионов миллионов градусов. Перечитайте, сколько миллионов, еще раз. Такую температуру просто невозможно представить. Как и это число. Одно дело, когда температура тысячу градусов или даже триллион. Но вот столько? Как это вообще? У нас нет слов, которые сравнивают такие большие вещи. Сказать, что 10 32 Кельвинов — это горячо, это как сказать, что вселенная занимает некоторое пространство.

Почему температура Планка может быть максимальной?

Температура, при которой разрушается сама материя

Температура Хагедорна — это самая высокая температура, которую, как мы думаем, мы сможем достичь. Это та точка, в которой адронная материя (вся нормальная, обычная материя во вселенной, в отличие от темной, например) перестает быть стабильной и попросту разваливается. Мы достигаем этой точки примерно в 2х 10 12 Кельвинов. Что примечательно, некоторые физики-теоретики утверждают, что в этот момент адронная материя не «испаряется», а переходит в другую форму материи — кварковую. И вот ее-то можно нагревать и дальше. Единственное но: мы не знаем, существует она на самом деле.

Максимальная температура в теории струн

Специалисты из области теории струн утверждают, что самая горячая температура — это 10 30 Кельвинов. Это чуть холоднее, чем наш предыдущий претендент. Теоретики струн считают, что самые простые частички нашей вселенной состоят не из обычных частиц, с которыми мы знакомы, а из вибрирующих струн.

К сожалению, проверить предсказания теории струн невозможно. Как и максимальную возможную температуру. Поэтому однозначного и точного ответа на этот вопрос быть не может. Но упомянутые выше варианты, по мнению физиков, будут самыми лучшими.

Если вам была интересна эта статья, почитайте еще, почему в космосе холодно, если там столько горячих звезд. Ведь Солнце очень горячее, да?

Источник

youinf.ru

Cамая высокая температура во Вселенной

Какая температура самая большая во Вселенной?

Это поразительно, но самая высокая температура во Вселенной в 10 триллионов градусов по Цельсию была получена искусственным путем на Земле. Абсолютный рекорд температуры был установлен 7 ноября 2010 года в Швейцарии при эксперименте на Большом адронном коллайдере — БАК (самом мощном в мире ускорителе частиц).

В рамках эксперимента на БАК ученые поставили задачу — получить кварк-глюонную плазму, которая заполняла Вселенную в первые мгновения ее возникновения после Большого взрыва. С этой целью на скорости, близкой к скорости света, ученые столкнули пучки ионов свинца, обладающие колоссальной энергией. При столкновении тяжелых ионов начали возникать «мини-большие взрывы» — плотные огненные сферы, имевшие столь чудовищную температуру. При таких температурах и энергиях ядра атомов буквально плавятся и образуют «бульон» из составляющих их кварков и глюонов. В результате в лабораторных условиях и была получена кварк-глюонная плазма с самой высокой температурой с момента возникновения Вселенной.

До этого ни в одном эксперименте ученым еще не удавалось получить столь немыслимо высокой температуры. Для сравнения: температура распада протонов и нейтронов составляет 2 триллиона градусов по Цельсию, температура нейтронной звезды, которая формируется сразу после взрыва сверхновой, составляет 100 миллиардов градусов.

Выше температуры звезд

Согласно спектральной классификации Моргана-Кинана все звезды делятся на следующие классы по светимости, размеру и температуре:
О — голубые гиганты — 30000-60000 гр. Кельвина (Вега)
В — бело-голубые гиганты 10000-30000 гр. Кельвина (Сириус)
А — белые гиганты 7500-10000 гр. Кельвина (Альтаир)
F — желто-белые звезды 6000-7500 гр. Кельвина (Капелла)
G — желтые карлики 5000-6000 гр. Кельвина (Солнце)
К — оранжевые звезды 3500-5000 гр. Кельвина (не знаю примера)
М — красные гиганты 2000-3500 гр. Кельвина (Антарес)

Наше родное Солнце относится к желтым карликам и имеет температуру ядра в 50 миллионов градусов. Таким образом, температура полученной кварк-глюонной плазмы в 200 тысяч раз превысила температуру ядра Солнца. В тоже время в окружающем космосе обычно царит первозданный холод, так как средняя температура Вселенной только на 0,7 градуса выше абсолютного нуля.

Но почему при столкновении ионов свинца получаются такие высокие температуры?

Все дело в заряде частиц. Чем он больше, тем больше энергия, до которой частица разгоняется в поле коллайдера. Кроме того, ион сам по себе довольно крупный объект. Поэтому при столкновении таких частиц, да еще разогнанных до огромных энергий, и рождается вещество с фантастической температурой.

Кстати, они (ионы) никакой опасности не представляют, так как количество сверх-разогретого вещества очень мизерное, меньше, чем атом.

Прежний рекорд- 4 триллиона градусов, установленный в Брукхейвенской национальной лаборатории (США), продержался всего пару месяцев. Для этого в коллайдере сталкивали ионы золота. Но уже тогда многие ученые предсказывали, что БАК превзойдет этот рекорд, ведь ионы свинца значительно тяжелее ионов золота.

Полученная учеными рекордная температура в 10 триллионов градусов по Цельсию держалась только несколько миллисекунд, но за это время было получено столько интересных данных, что на их анализ пришлось потратить несколько лет. Проводилось множество измерений и полученные данные многократно уточнялись и перепроверялись. После того как появилась уверенность, что кварк-глюонная плазма была получена, различные показатели пересчитали в давление и рекордную температуру.

В течение считанных микросекунд после Большого Взрыва Вселенная состояла из аналогичной кварк-глюонной плазмы, которая представляет собой не ионизированный газ, а скорее жидкость, лишенную вязкости и текущую почти без трения. В дальнейшем (по мере остывания) кварки объединяются в нейтроны и протоны, а уже из них возникают ядра атомов.

Что дальше?

Физики уверены, что при помощи БАК им удалось поймать мгновение перед тем, как плазма конденсировалась в адроны и мгновение до того, как было создано неравновесное состояние между материей и антиматерией (в другом случае наша Вселенная была бы наполнена лишь чистой энергией). Таким образом, проводимые исследования позволяют лучше понять процессы, которые происходили на ранних стадиях развития космоса. В конечном итоге ученые надеются еще больше приблизиться к пониманию того, как и почему из массы однородного кварк-глюонного «супа» возникла существующая материя

Возникновение такого особого состояния вещества, как кварк-глюонная плазма, является ключевым предсказанием квантовой хромодинамики. Согласно ей, по мере того, как ученым удастся воссоздавать условия все более ранних моментов эволюции нашей Вселенной, они увидят как, так называемое сильное взаимодействие, удерживающее нейтроны и протоны внутри атомного ядра, сойдет на нет.

Теперь с помощью установленного на БАКе детектора ALICE массой в 10 тысяч тонн, ученые смогут изучать условия, существовавшие во Вселенной всего через миллисекунду после давшего ей начало Большого взрыва.

Источник

Абсолютной максимальной температурой является температура Планка

Есть ли максимальная температура?

Но как насчет самой высокой температуры? Есть ли абсолютная жара?

Прежде чем ответить на этот вопрос, давайте посмотрим, какие высокие температуры есть в нашем мире и во Вселенной.

Какая самая высокая температура на Земле?

Самая высокая температура, когда-либо зарегистрированная на поверхности Земли, составляет 56,7 ° C. Этот максимум зафиксирован в 1913 году в Долине Смерти в Калифорнии, США. Но, как известно, этой температуре очень далеко до самой высокой температуры во Вселенной.

Какая самая высокая температура на Солнце?

Очевидно, что Солнце – это первое, что всплывает в нашей голове, когда мы думаем о самых горячих вещах во Вселенной или, по крайней мере, о нашей Солнечной системе. Температура на его поверхности составляет около 5500 ° C, в то время как в его ядре температура может достигать 15 миллионов ° C.

Чтобы понять, насколько это жарко, попробуйте представить, что до этой температуры мы нагрели железный шар. Тепло от этого шара мгновенно убило бы все живое в радиусе 2000 километров! Если вам все еще недостаточно жарко, давайте посмотрим на звезды, которые даже горячее нашего Солнца.

Есть ли звезды с температурой больше Солнца?

Конечно. Довольно невзрачный белый карлик в туманности Красный Паук сияет при температуре 300 000 ° C, которая более чем в 50 раз горячее поверхности нашего Солнца. Еще круче этого есть квазары, где сжигается в 100 раз больше энергии, чем во всем Млечном Пути! Газ вокруг квазара может достигать температуры 80 миллионов ° C.

Субатомные температуры

Как видите, мы все выше и выше поднимаемся по температурной лестнице Вселенной. Далее нам снова нужно вернуться из космоса на на Землю. Самая высокая температура, с которой мы когда-либо сталкивались, зафиксирована в Большом адронном коллайдере. Находясь в Швейцарии, эта машина используется учеными для наблюдения за событиями, происходящими во время высокоскоростных столкновений между атомными частицами.

Когда частицы, ускоренные до околосветной скорости, сталкиваются вместе, выделяется невероятное количество энергии. Так, в течение доли секунды температура достигает 4 триллионов ° C, что намного выше, чем при взрыве сверхновой или ядерном взрыве! Эта температура достаточно высока, чтобы растопить даже субатомные частицы, сделав из них грязный суп.

Помимо того, что температура Планка является самой высокой температурой, когда-либо теоретически достигнутой в нашей Вселенной, физики предполагают, что при любой температуре, превышающей стандарт Планка, гравитационные силы затронутых частиц станут настолько сильными, что они могут создать черную дыру. Черная дыра, которая создается из энергии, а не из материи, называется «кугельблиц». Наши общепринятые в настоящее время модели физики рушатся на фоне этого явления, оставляя многие вопросы без ответа.

Если вы что-то не поняли, предлагаем посмотреть этот ролик, из которого вы обязательно поймете многие вещи по этой теме:

Какую самую высокую температуру может пережить человек?

Источник

Какая температура максимально возможна во Вселенной?

Современная физика считает, что эта точка находится на уровне 1.41679 × 10 32 K (Кельвинов) и называется Планковской температурой. Именно такой была температура Вселенной в первые доли секунд после Большого взрыва.

Как Кельвины перевести в Цельсии?

В физике удобно измерять температуру в Кельвинах, которые не подразумевают наличие шкалы отрицательной температуры, то есть абсолютный ноль здесь равен нулю. Чтобы представить температуру в более привычных нам градусах Цельсия, достаточно знать формулу, по которой вычисляется температура в Кельвинах. T_K (темп. В Кельвинах)= T_C (температура в Цельсиях) + T₀ (константа, равная 273.15). Иными словами, чтобы перевести кельвины в Цельсии, достаточно вычесть из Кельвинов число 273.15. например, 1000 К = 1000 — 273.15 = 726.85 °C.

Учитывая формулу по переводу Кельвинов в градусы Цельсия, мы можем представить планковскую температуру в градусах Цельсия как 1.41679 * 10(32)-273.15 °C. Конечно, данная оценка вычислена теоретически и основана на том, что если материи, разогретой до Планковской температуры, придать ещё энергии, то это не приведет к увеличению скорости частиц и, как следствие, повышению температуры. Зато вызовет появление новых частиц во время хаотических столкновений уже существующих, что приведет к росту массы материи. Но представим, что материи, разогретой до планковской температуры, всё-таки придать ещё энергии, чтобы попытаться нагреть её ещё больше. В таком случае, всю Вселенную ждет… а что ждет Вселенную после прохождения точки планковской температуры, не знает никто. Вероятно, гравитационное взаимодействие между частицыми разогретой материи станет настолько сильным, что сравняется с тремя другими взаимодействиями: электромагнитным, сильным и слабым. Описать физику нашего мира а таких не может ни одна существующая на сегодняшний день физическая теория.

Но вернемся от дел космических к делам земным. В своих попытках достичь максимально возможной температуры в пределах лабораторий человек установил температурный рекорд на уровне около 5.5 триллионов Кельвинов, что можно записать как 5*10 12 К. Конечно, ученые не разогревали кусок железа до этой немыслимой температуры — на это просто не хватило бы энергии. Данная температура была зафиксирована во время эксперимента в Большом адронном коллайдере во время столкновения ионов свинца при околосветовых скоростях.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник