Fra det vi vet om universet vårt, er den kaldeste mulige temperaturen “absolutt” null grader Kelvin, eller -273,15 grader Celsius (-459,67 grader Fahrenheit). Men hva med den varmeste mulige temperaturen?
Fysikken er litt uklar om hvordan det absolutt hotteste av varmt ser ut, men teoretisk sett har en slik ting – eller i det minste, har eksistert – en gang. Det kalles Planck temperaturmen som med alt i livet, er det heller ikke så enkelt.
Hva er temperatur, forresten?
Det første man kan tenke seg når man tenker på temperatur kan være en beskrivelse av mengden varme et objekt inneholder. Eller, for den saks skyld, inneholder ikke.
Varme, eller Termisk energi, er en viktig del av forklaringen. Vår intuitive forståelse av varme er at den strømmer fra kilder med høyere temperaturer til de med lavere temperaturer, som en dampende kopp te som avkjøles mens vi blåser på den.
I fysikktermer er termisk energi mer som et gjennomsnitt av tilfeldige bevegelser i et system, vanligvis blant partikler som atomer og molekyler. Sett to objekter med varierende mengder termisk energi nær nok til å berøre, og de tilfeldige bevegelsene vil kombineres til begge objektene er i likevekt. Som en form for energi måles varme i enheter av joule.
Temperaturderimot, beskriver energioverføring fra varmere til kaldere strøk, i det minste teoretisk. Det er vanligvis beskrevet som en skala, i enheter som Kelvin, Celsius eller Fahrenheit. Et stearinlys flamme kan ha en høy temperatur sammenlignet med et isfjell, men mengden termisk energi i dens oppvarmede veke kommer ikke til å gjøre stor forskjell når den plasseres mot fjellet av frossent vann.
Hva er egentlig absolutt null, da?
Absolutt null er en temperatur, så det er et mål på den relative overføringen av termisk energi. I teorien markerer det et punkt på en temperaturskala hvor ikke mer termisk energi kan fjernes fra et system, takket være lovene til termodynamikk.
Praktisk sett er dette nøyaktige punktet for alltid utenfor rekkevidde. Men vi kan komme fristende nærme: Alt vi trenger er måter å redusere den gjennomsnittlige mengden termisk energi som spres mellom partiklene i et system, kanskje ved hjelp av lasere, eller den riktige typen flip-flopping magnetfelt.
Men til syvende og sist er det alltid et gjennomsnitt av energi som vil la temperaturen være en brøkdel over den teoretiske grensen for hva som kan utvinnes.
Hva er den varmeste temperaturen mulig?
Hvis absolutt null setter en grense på trekke termisk energi fra et system, kan det være naturlig at det også er en grense for hvor mye termisk energi vi kan skyve inn i ett. Det er. Faktisk er det et par grenser, avhengig av nøyaktig hva slags system vi snakker om.
I den ene ytterligheten heter det noe Planck temperaturog tilsvarer 1,417 x 1032 Kelvin (eller noe sånt som 141 millioner millioner millioner millioner millioner grader). Dette er hva folk ofte vil referere til som “absolutt varme”. Ingenting i dagens univers kommer i nærheten av denne typen temperaturer, men det eksisterte et kort øyeblikk rett ved tidenes morgen. På den brøkdelen av et sekund – en enkelt enhet av Planck-tid, faktisk – når størrelsen på universet var bare én Planck-lengde på tvers, var den tilfeldige bevegelsen av innholdet omtrent så ekstrem som den kunne bli.
Eventuelle varmere, og krefter som elektromagnetisme og kjernefysiske krefter vil være på nivå med tyngdekraften. Å forklare hvordan dette ser ut krever fysikk vi ikke har grep om ennå, en som forener det vi vet om kvantemekanikk med Einsteins generell relativitetsteori.
Det er også noen ganske spesifikke forhold. Tid og rom vil aldri være så begrenset igjen. I dag er det beste universet kan håndtere ynkelige få billioner grader vi skaper når vi knuser atomer sammen i en kolliderer.
Det motsatte av absolutt null
Men det er en annen måte å se på varme, en som snur hele spørsmålet om temperatur på hodet.
Husk at termisk energi beskriver et gjennomsnitt av bevegelser mellom delene av et system. Alt som trengs er at en liten prosentandel av partiklene flyr kaotisk rundt for å kvalifisere som “varme”.
Så hva skjer hvis vi snur denne tilstanden og har langt flere glidende partikler enn trege? Det er det fysikere kaller en omvendt Maxwell – Boltzman-distribusjonog merkelig nok er det beskrevet med verdier som går under absolutt null.
Dette merkelige systemet ser ut til å kaste ut regelboken om fysikk. Ikke bare kvantifiserer vi det som negativt til absolutt null, det er teknisk sett varmere enn noen positiv verdi. Ganske bokstavelig talt varmere enn varmt.
Som et innfall av statistikk, er det ikke noe vi finner i et naturlig hjørne av universet. For det første ville det kreve uendelig mye energi, og litt til.
Det betyr ikke at vi ikke kan bøye reglene litt og lage noe lignende. I 2013 det ble demonstrert av fysikere ved Ludwig-Maximilians University München og Max Planck Institute of Quantum Optics i Tyskland; de brukte imidlertid atomgasser innenfor svært spesifikke omgivelser, som setter sine egne øvre energigrenser.
Resultatene var et stabilt system av partikler med så mye kinetisk energi at det ble umulig å dytte inn mer. Den eneste måten å beskrive denne spesielle ordningen på var å bruke en temperaturskala som gikk inn i negativ Kelvin, eller flere milliarddeler av en grad under absolutt null .
En slik bisarr tilstand kan i teorien absorbere termisk energi ikke bare fra varmere rom, men fra kaldere rom også, noe som gjør den til et ekte monster av ekstreme temperaturer.
I dette djevelske hjørnet av universet ville en maskin være i stand til å tøffe unna med mer enn 100 prosent effektivitet når den matet fra både varmt og kaldt, og ser ut til å tummel nesen på termodynamikkens lover.
Alle forklaringer bestemmes av faktasjekkere til å være korrekte og relevante på publiseringstidspunktet. Tekst og bilder kan endres, fjernes eller legges til som en redaksjonell beslutning for å holde informasjonen oppdatert.