.
Название статьи:

Самая высокая температура

Раздел статьи: Архив новостей
Источник: http://hi-news.ru/research-development/sushhestvuet-li-predel-temperatury.html
Описание статьи: Во всей наблюдаемой Вселенной имеется только конечное количество энергии. Возьмите все, что существует в нашем пространстве-времени: всю материю, антиматерию, радиацию, нейтрино, темную материю, даже энергию, присущую самому космосу. Существует порядка 10^80 частиц обычной материи, порядка 10^89 нейтрино и антинейтрино, чуть больше фотонов, плюс вся энергия темной материи и темной энергии, распространенные в радиусе 46 миллиардов световых лет наблюдаемой Вселенной, центр которой находится в нашей позиции. 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...
Социальные сети:
Температура вселенной
Температура вселенной

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.

Ступица должна соединяться с ободом посредством радиальных транспортных коридоров, в ней же должны располагаться причальные шлюзы. Для обеспечения искусственной гравитации на уровне 1 g, станция вращается вокруг оси, проходящей перпендикулярно плоскости тора, со скоростью 1 оборот в минуту. Сам тор может быть закрытым — то есть представлять собой закольцованную трубу, так и открытым, в виде закольцованного жёлоба. Во втором случае атмосфера удерживается внутри станции за счёт центробежной силы.

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.

Во всей наблюдаемой Вселенной имеется только конечное количество энергии. Возьмите все, что существует в нашем пространстве-времени: всю материю, антиматерию, радиацию, нейтрино, темную материю, даже энергию, присущую самому космосу. Существует порядка 10^80 частиц обычной материи, порядка 10^89 нейтрино и антинейтрино, чуть больше фотонов, плюс вся энергия темной материи и темной энергии, распространенные в радиусе 46 миллиардов световых лет наблюдаемой Вселенной, центр которой находится в нашей позиции.

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.

Если вы заключите слишком большое количество энергии в любом ограниченном регионе пространства, вы создадите черную дыру. Обычно вы думаете о черных дырах как об огромных, массивных, плотных объектах, способных проглотить орды планет: не заморачиваясь, небрежно, легко. 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.

При определенной высокой температуре вы высвободите потенциал, который привел нашу Вселенную к космической инфляции, расширению. Еще во времена Большого Взрыва Вселенная пребывала в состоянии экспоненциального расширения, когда пространство раскладывалось, как космический воздушный шар, только в геометрической прогрессии. Все частицы, античастицы и излучение быстро разделялись с другими квантовыми частицами материи и энергии, и когда инфляция завершилась, настал Большой Взрыв.

Если вам удастся достичь температур, необходимых для возвращения состояния инфляции, вы нажмете кнопку перезапуска Вселенной и вызовете инфляцию, затем Большой Взрыв и так далее, все по новой. Если до вас пока не дошло, учтите: если вы доберетесь до этой температуры и вызовете нужный эффект, вы никак не выживете. Теоретически это может возникнуть при температурах порядка 10^28 – 10^29 кельвинов, это пока только теория.

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.

Оценить статью:
Поделиться статьей:
Похожие статьи:
Большой адронный коллайдер, сокращённо БАК

Бозон Хиггса

Хиггс и несколько других ученых боролись с загадкой. Фундаментальные частицы вселенной содержат разную величину массы то, что мы обычно называем весом. Без массы, эти частицы никогда бы не соединились для создания знакомых нам атомов, из которых состоит весь наш окружающий мир. Но что создает массу, и почему разные частицы имеют разную массу? Сколько не пытались, никто не смог ответить на этот вопрос. Хиггс с помощью математики представил пространство иначе, как нечто похожее на океан. Частицы окунались в этот океан и набирали массу по мере движения в нем. Чем сильнее частицы пытаются прорваться через этот океан, тем больше они взаимодействуют с океаном и тем большую массу они набирают. Хиггс был убежден, что совершил великое открытие. Но когда он представил свою идею в журнал «CERN Courier», ее отклонили... Обнаружение темной энергии принесло еще один сюрприз. Идея, что вселенная содержит подобный ингредиент, на самом деле возникла на 80 лет ранее. Альберт Эйнштейн предсказал, что само пространство может вызывать силу, отталкивающую галактики друг от друга. Вскоре после создания теории относительности и теории гравитации, Эйнштейн обнаружил, что согласно математике, вселенная будет...

Подробнее
Поверхности кварца отполированы до атомарного уровня

Пространственно-временной континуум

Но как именно работает гравитация? Как земля притягивает луну за сотни тысяч километров пустого пространства? Они ведут себя так, как будто соединены невидимой нитью, но все знают, что это не так. И законы Ньютона этого не объясняли. Эйнштейн бился над этой проблемой более десяти лет. И в итоге пришел к сенсационному выводу. Секрет гравитации лежит в самой природе пространственно-временном континууме. Он оказался еще более гибким, чем Эйнштейн считал ранее. Он может растягиваться как настоящая ткань. Это было действительно радикальным прорывом по отношению к тории Ньютона. Эйнштейн понял, как на самом деле работает гравитация. Это деформация пространственно-временного континуума, вызванная объектами внутри него. Другими словами гравитация это есть форма самого пространство времени. Луна держится на орбите, потому что ее тянут к земле какие то невиданные силы, а скорее потому, что она катится по изгибу пространства временем которое создает земля. С этими открытиями Эйнштейна пространство стало не просто реальным, но и стало гибким...

Подробнее
Никола тесла, таинственные открытия, свободная энергия

Никола тесла, таинственные открытия, свободная энергия

Многие сегодня верят, что Николе Тесле мешали работать, и в конце концов, его убили спецслужбы Америки, которым не нравились его планы подарить людям бесплатное электричество и телефонную связь. Если учесть, что две эти области принесли за последние столетие несколько триллионов долларов дохода, то мотив остановить Теслу любой ценой вполне очевиден. Самое важное изобретение Тесла, оказалось и самым простым. Использовать природные ресурсы, превратить их в энергию доступную всем. Никола Тесла родился в 1856 году, на территории современной Хорватии. Еще в юности он начал работать в компании Эдисона во Франции, где проектировал и улучшал электрическое оборудование. В июне 1884 года, Тесла перебрался в Нью-Йорк. Ему еще не исполнилось и тридцати лет, а он уже получил задание усовершенствовать генераторы постоянного тока компании. Тесла верил в огромный потенциал переменного тока, в отличии от постоянного тока Эдисона. По этому в 1887 году он основал электрическую компанию Тесла. Лаборатория находилась...

Подробнее
Спиральная галактика

Таинственная Темная Энергия

Наша вселенная разваливается, что то заставляет галактики все быстрее и быстрее разлетаться в стороны. Как только физики совершили это страшное открытие, они сразу начали искать объяснение. В ожидании ответа, ученые решили называть неизвестную силу темной энергией. Пока не открыли темную энергию, мы могли полностью полагаться на теорию относительности Эйнштейна. Теперь наша уверенность пошатнулась. Теория Эйнштейна не объясняет темную энергию. Ни одна существующая теория не может ее объяснить. Может быть темной энергии и вовсе не существует, а все что мы полагаем известно о вселенной – ошибочно? Что сделал Эйнштейн? Он изучил всю физику в целом, совместив самые разные области науки, и вывел свои теории. Может быть, его теории пора пересмотреть. Энергия окружает нас, мы получаем энергию от солнца, химических реакций, электричества. Мы используем энергию в наших машинах, батареях, лампах. Мы поняли, как работает энергия, и смогли полностью изменить свою жизнь. Но темная энергия, это совсем другое дело. Мы никак не можем ее использовать. Можем только признать, что понимаем в ней гораздо меньше, чем хотелось бы. Темная энергия вошла в науку внезапно, в самом конце XX века. В 1998 году молодой ученый Сол Перлмуттер задавался серьезными вопросами...

Подробнее

Комментарии