گرم ترین دمای جهان شناخته شده ما چیست؟


فرارو- تا آنجا که ما در مورد جهان خود می دانیم، سردترین دمای ممکن صفر درجه کلوین “مطلق” یا منفی 273.15 درجه سانتیگراد (459.67 درجه فارنهایت) است، اما گرم ترین دمای ممکن چیست؟ فیزیک در مورد اینکه چه چیزی داغترین گرمای جهان را دارد کمی مبهم است، اما از نظر تئوری، چنین چیزی مدتی است وجود داشته یا حداقل وجود داشته است. این دما “پلانک” نامیده می شود، اگرچه مانند بسیاری از چیزها به راحتی قابل توضیح نیست.

به گزارش فرارو، این مستلزم آن است که ابتدا کار خود را در مورد مفهوم دما روشن کنیم. اولین چیزی که ممکن است هنگام فکر کردن به دما به ذهن خطور کند، توصیف میزان گرما در یک جسم است. گرما یا انرژی حرارتی بخش مهمی از این توضیح است. درک شهودی ما از گرما، گرمایی است که از یک منبع دمای بالاتر به دمای پایین‌تر جریان می‌یابد، مانند یک فنجان چای داغ که هنگام دمیدن خنک می‌شود.

در فیزیک، انرژی حرارتی بیشتر شبیه به میانگین گیری حرکات تصادفی در یک سیستم است که معمولاً بین ذراتی مانند اتم ها و مولکول ها رخ می دهد. برای مثال، قرار دادن دو جسم با مقادیر متفاوت انرژی حرارتی در نزدیکی یکدیگر، تا زمانی که هر دو جسم در تعادل باشند، حرکات تصادفی با هم ترکیب می‌شوند. در این فرآیند گرما به عنوان نوعی انرژی با ژول اندازه گیری می شود. از سوی دیگر، دما حداقل در تئوری، انتقال انرژی از مناطق گرمتر به مناطق سردتر را توصیف می کند و معمولاً به عنوان معیاری مانند کلوین، سلسیوس یا فارنهایت توصیف می شود. شعله یک شمع ممکن است دمایی بالاتر از کوه یخ داشته باشد، اما مقدار انرژی گرمایی در فتیله گرم شده آن زمانی که در مقابل کوهی از آب یخی قرار می گیرد، تفاوت چندانی ندارد.

پس دقیقاً صفر مطلق چیست؟

صفر مطلق یک دما و مبنای اندازه گیری انتقال حرارت نسبی است. در تئوری، این مبنا به نقطه ای در اندازه گیری دما اشاره دارد که به لطف قوانین ترمودینامیک، دیگر نمی توان آن را در یک سیستم حذف کرد. در عمل نمی توان برای همیشه به این نقطه دقیق رسید. اما می توانیم قانع کننده به آن نزدیک شویم. تنها کاری که باید انجام دهیم این است که راه هایی برای کاهش میانگین گرمای از دست رفته بین ذرات در یک سیستم پیدا کنیم که می توان با کمک لیزر یا نوع مناسب میدان مغناطیسی فلیپ فلاپ به آن دست یافت. اما در نهایت، همیشه یک کاهش متوسط ​​در انرژی وجود دارد که باعث می شود دمای کسر بالاتر از آن چیزی باشد که از نظر تئوری می توان به دست آورد.

گرم ترین دمای ممکن امروز چقدر است؟

اگر صفر مطلق محدودیتی را برای مقدار انرژی گرمایی استخراج شده از یک سیستم تعیین کند، ممکن است منطقی باشد که برای اینکه چقدر انرژی گرمایی را می توانیم در یک سیستم منتقل کنیم، محدودیتی نیز وجود دارد. در واقع، بسته به نوع سیستمی که در مورد آن صحبت می کنیم، محدودیت هایی وجود دارد. در یک حالت شدید، دمایی به اصطلاح پلانک وجود دارد که برابر با 1.417 تا 1032 کلوین (یا چیزی حدود 141 میلیون میلیون میلیون درجه) است. این چیزی است که دانشمندان اغلب از آن به عنوان “گرمای مطلق” یاد می کنند. هیچ چیز در جهان امروز به این درجه حرارت نزدیک نیست، اما در لحظات کوتاه در طلوع زندگی وجود دارد. در آن کسری از ثانیه – در واقع یک واحد زمان پلانک – زمانی که اندازه جهان فقط یک طول پلانک است، حرکت تصادفی محتویات آن تقریباً به این دما می رسد.

به نظر می‌رسد توضیح این فرآیند به بخشی از فیزیک نیاز دارد که ما هنوز به آن دسترسی نداریم. بخش متحد کننده آن چیزی است که در مورد مکانیک کوانتومی در نظریه نسبیت عام اینشتین می دانیم. اینها به نوبه خود رویدادهای بسیار خاصی هستند که هرگز زمان و مکان را بیش از حد محدود نمی کنند. امروزه بهترین چیزی که کیهان می تواند مدیریت کند تریلیون ها سطح کوچکی است که در هنگام برخورد اتم ها در یک برخورد ایجاد می کنیم.

صفر مطلق معکوس!

اما راه دیگری برای درک این میزان گرما وجود دارد، راهی که کل موضوع دما را تغییر می دهد. توجه داشته باشید که انرژی حرارتی میانگین حرکت بین بخش‌های یک سیستم را توصیف می‌کند. تنها چیزی که لازم است درصد کمی از ذرات آن است تا به درون هرج و مرج پرواز کنند تا «داغ» نامیده شوند. پس چه اتفاقی می افتد اگر آن را معکوس کنیم و ذرات زیپ بیشتری نسبت به ذرات کند داشته باشیم؟ این همان چیزی است که فیزیکدانان آن را توزیع معکوس ماکسول-بولتزمن می نامند و به طور منحصر به فردی با استفاده از مقادیر کمتر از صفر مطلق توصیف شده است.

به نظر می رسد این سیستم عجیب قوانین فیزیک را زیر پا گذاشته است. ما نه تنها آن را تا صفر مطلق منفی تعریف می کنیم، بلکه از نظر فنی داغتر از هر مقدار مثبت است. به عنوان یک ویژگی خاص، چیزی نیست که ما در هر گوشه طبیعی جهان پیدا کنیم. یک چیز، به مقدار بی نهایت انرژی و سپس مقداری انرژی نیاز دارد. این بدان معنا نیست که ما نمی توانیم قوانین را نادیده بگیریم و چنین کاری انجام دهیم. در سال 2013، فیزیکدانان دانشگاه لودویگ-ماکسیمیلیان مونیخ و موسسه ماکس پلانک برای اپتیک کوانتومی در آلمان نشان دادند که گازهای اتمی محدودیت های انرژی بالایی را در تنظیمات خاص اعمال می کنند.

نتیجه یک سیستم پایدار از ذرات با انرژی جنبشی بسیار است که دیگر نمی توان آنها را به داخل هل داد. تنها راه برای توصیف این تنظیم خاص استفاده از مقیاس دمایی است که به کلوین منفی یا چندین میلیارد قسمت یک درجه یعنی صفر مطلق کاهش می یابد. چنین حالت عجیبی از نظر تئوری می تواند انرژی گرمایی را نه تنها از فضاهای گرمتر بلکه سردتر جذب کند و آن را به یک هیولای واقعی از دماهای شدید تبدیل کند. در واقع در این گوشه جهنمی کیهان، ماشینی وجود دارد که می تواند بیش از 100 درصد گرما و سرما را تغذیه کند و دمایی غیر قابل تصور ایجاد کند.

منبع: Sciencealert

ترجمه: مصطفی جرفی فرارو


تمامی اخبار به صورت تصادفی و رندومایز شده پس از بازنویسی رباتیک در این سایت منتشر شده و هیچ مسئولتی در قبال صحت آنها نداریم