какая самая максимальная температура 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.
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?
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?
Самая низкая и высокая температура во Вселенной
Абсолютно всем известен факт о том, что минимальный предел температуры это – 273,15 градуса по Цельсию или 0 градусов по Кельвину. Но почему именно эта цифра стала абсолютным нулём? И чем можно характеризовать изменение температуры вещества? Всё дело в энергии, под действием которой происходит непрерывное движение молекул.
При нагревании тела скорость движения его атомов увеличивается, а при остывании, напротив, уменьшается. Когда же их хаотичное движение полностью прекратится, это будет означать состояние термодинамического покоя тела. Иными словами, оно не будет испускать никакой энергии. Это и будет абсолютный минимум температуры, самая низкая температура Вселенной. Но на самом деле, абсолютный нуль – это лишь физическая модель, в точности повторить которую на реальной практике невозможно, поскольку даже при температуре – 273 С атомы всё равно будут немного двигаться. Об этом говорит принцип неопределенности Гейзенберга.
Разобравшись с этим вопросом, на ум сразу же приходит другой: существует ли максимально высокая температура?
Судя по всему, вещество будет нагреваться до тех пор, пока скорость движения частиц не подойдёт близко к скорости света, ведь она максимально возможная. Но не всё так просто. Тело может принимать энергию и после преодоления скоростного предела, но по мнению учёных, в один момент, температура тела перестанет повышаться.
Руководствуясь известными научными фактами, проведём теоретический опыт и попытаемся узнать, что произойдёт, если бесконечно долго нагревать какое-то вещество.
Для эксперимента будем использовать воду
Дело в том, что скорость частиц воды вряд-ли когда-нибудь достигнет около световой скорости, поскольку молекулы воды начнут распадаться на атомы уже после достижения 1000 С. В результате распада образуются атомы кислорода и водорода. А при дальнейшем нагрева воды, атомы начнут терять свою целостность и произойдёт атомный распад вещества. В результате образуются электроны и атомные ядра, то есть ионизированная плазма. При продолжении нагревания до 20 миллиардов градусов, материя распадется на ещё более мелкие частицы, и атомные ядра расколются на нейтроны и протоны.
При достижении отметки в 2 триллиона градусов наиболее прочные связи начнут разрываться, образуя элементарные частицы – кварки и глюоны. Но даже это не минимальная единица существования материи.
Если мы увеличим температуру… ну, не воды, а уже нашей «глюоновой плазмы» в 1000 раз, то получим в итоге однородную радиацию, излучение, такое как свет. Но это ещё не предел. Мы имеем возможность добавить в наш суп ещё немного энергии и увеличить его температуру. Сколько так ещё может продолжаться? Этот процесс кончится когда энергия настолько сожмется в пространстве, что начнется формирование чёрных дыр, которые самоуничтожаться сразу после своего образования.
Науке удалось измерить этот энергетический предел. Он равен 1,416808*10 32 Кельвина. Эта величина названа планковской и она самая высокая температура во Вселенной. Но чисто гипотетически, учитывая масштабы вселенской энергии, мы может продолжать нагревать нашу систему. Но пока точно неизвестно, что может случится при преодолении максимальной точки температурного состояния вещества. Будущее покажет!
Какая температура в открытом космосе!?
Какая температура в космосе за пределами земной атмосферы? А в межзвездном пространстве? А если мы выйдем за пределы нашей галактики, будет ли там холоднее, чем внутри Солнечной системы? И можно ли вообще говорить о температуре применительно к вакууму? Попробуем разобраться.
Чем меньше атомы сталкиваются друг с другом, тем слабее греется вещество, которое из них состоит. Если находящийся под большим давлением газ выпустить в разреженное пространство, его температура резко понизится. На этом принципе основана работа всем известного компрессорного холодильника. Таким образом, температура в открытом космосе, где частицы находятся очень далеко друг от друга и не имеют возможности сталкиваться, должна стремиться к абсолютному нулю. Но так ли это на практике?
КАК ПРОИСХОДИТ ПЕРЕДАЧА ТЕПЛА!?
Космическое пространство не только пронизано фотонами, которые испускают бесчисленные звезды и галактики. Вселенная заполнена также так называемым реликтовым излучением, которое образовалось на ранних этапах ее существования. Именно благодаря этому явлению температура в космосе не может опуститься до абсолютного нуля. Даже вдали от звезд и галактик материя будет получать рассеянное по Вселенной тепло от реликтового излучения.
ЧТО ТАКОЕ АБСОЛЮТНЫЙ НУЛЬ?
КАКАЯ ТЕМПЕРАТУРА В КОСМОСЕ!?
Наша Вселенная не однородна. Ядра звезд раскалены до миллионов градусов. Но большая часть пространства, конечно же, значительно холодней. Если говорить о том, какая температура в открытом космосе, то она всего на 2,7 градуса выше значения абсолютного нуля и составляет минус 270,45 по Цельсию.
Это тепло возникает за счет уже упоминавшегося реликтового излучения. Но Вселенная расширяется, а это означает, что ее температура будет постепенно снижаться. Теоретически через триллионы лет вещество в ней может охладиться до минимально возможной отметки. Но вопрос о том, закончится ли расширение Вселенной “тепловой смертью”, либо же она станет более разнородной и структурированной из-за действия сил гравитации, остается предметом дискуссий.
В местах скопления материи теплее, но ненамного. Облака газа и пыли, встречающиеся между звездами нашей галактики, имеют температуру от 10 до 20 градусов выше абсолютного нуля, то есть минус 263-253 °C. И только вблизи звезд, внутри которых протекают реакции ядерного синтеза, можно найти достаточно тепла для комфортного существования белковых форм жизни.
ТЕМПЕРАТУРА НА ОКОЛОЗЕМНОЙ ОРБИТЕ.
А какова температура вблизи нашей планеты? Стоит ли космонавтам, отправляющимся на МКС, запасаться теплыми вещами? На околоземной орбите металл под прямыми лучами солнца прогревается до 160 градусов Цельсия. В то же время в тени предметы будут остывать до минус 100 °C. Поэтому для выхода в открытый космос используются скафандры с надежной теплоизоляцией, нагревателями и системой охлаждения, защищающие человека от столь серьезного перепада температур.
Не менее экстремальные условия на поверхности Луны. На ее освещенной стороне жарче, чем в Сахаре. Температура там может превысить 120 °C. Но на темной стороне она падает приблизительно до минус 170 °С. Во время высадки на Луну американцы использовали скафандры, в которых было 17 слоев защитных материалов. Терморегуляция обеспечивалась специальной системой трубочек, в которых циркулировала вода.
ТЕМПЕРАТУРА НА ДРУГИХ ПЛАНЕТАХ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ.
САМОЕ ХОЛОДНОЕ МЕСТО В КОСМОСЕ.
Выше было сказано, что межзвездное пространство прогревается реликтовым излучением, а потому температура в космосе по Цельсию не опускается ниже минус 270 градусов. Но оказывается, могут существовать и более холодные участки. В 1998 году телескоп Хаббл обнаружил газо-пылевое облако, которое стремительно расширяется. Туманность, названная Бумерангом, образовалась вследствие явления, известного как звездный ветер. Это очень интересный процесс. Суть его состоит в том, что из центральной звезды с огромной скоростью “выдувается” поток материи, которая попадая в разреженное космическое пространство охлаждается вследствие резкого расширения.
По оценкам ученых, температура в туманности Бумеранг составляет всего один градус по шкале Кельвина, или минус 272 °C. Это самая низкая температура в космосе, которую на данный момент удалось зафиксировать астрономам. Туманность Бумеранг находится на расстоянии 5 тысяч световых лет от Земли. Наблюдать ее можно в созвездии Центавра.