Людство завжди прагне ставити рекорди. Але чи вдасться нам коли-небудь нагріти на Землі речовину до найвищої температури у Всесвіті?
Найнижча можлива температура – це абсолютний нуль градусів Кельвіна, або -273,15°С. Але як щодо максимально високої можливої температури? Відносно верхньої межі температур фізика багато в чому залишається неясною, але теоретично, вона повинна існувати – або, принаймні, існувала колись. Вона називається температурою Планка, але в її визначенні не все так просто.
Найвища температура у Всесвіті
Спочатку згадаємо те, чому нас вчать в школі — температура є мірою енергії атомів. Це означає, що нижче абсолютного нуля температура опускатися не може, адже це означає точку, при якій атоми тіла позбавляються всієї енергії. Якщо абсолютний нуль встановлює обмеження на витяг теплової енергії з системи, цілком можливо, що існує також обмеження на кількість теплової енергії, яку ми можемо «втиснути» в систему.
Насправді існує навіть кілька обмежень, в залежності від того, про яку саме систему ми говоримо. На одній знаходиться те, що називається температурою Планка і вона приблизно дорівнює 1,417 *10 в 32 степені Кельвіна (або щось на зразок 142 мільйонів мільйонів мільйонів мільйонів мільйонів градусів). Це те, що часто називають “абсолютною температурою”. Ніщо в сучасному Всесвіті не наближається до цих температур, але вона існувала в миті після Великого вибуху. За цю частку секунди – фактично єдину одиницю планківського часу – коли розмір Всесвіту становив всього одну планківську довжину в поперечнику, випадковий рух її вмісту було настільки екстремальним, наскільки це можливо.
Але є й інший спосіб поглянути на тепло, яке перевертає все питання про температуру з ніг на голову. Майте на увазі, що теплова енергія описує середню швидкість частинок системи. Все, що потрібно, це невеликий відсоток частинок, які хаотично літають з дуже високою швидкістю.
- Американські вчені розповіли, чому середньовічним повіям не можна було жити з чоловіками
- Медики з’ясували, чи пов’язане споживання червоного м’яса із запаленням
Якщо так, то ми перевернемо цей стан і отримаємо набагато більше швидких частинок, ніж повільних? Це те, що фізики називають інвертованим розподілом Максвелла–Больцмана, і, як не дивно, воно описується значеннями нижче абсолютного нуля. Ця дивна система, здається, порушує всі відомі закони фізики. Ми не тільки визначаємо її як негативну щодо абсолютного нуля, вона технічно гарячіша від будь-якого позитивного значення.
Це не означає, що ми не можемо трохи змінити правила і зробити щось подібне. У 2013 році це було продемонстровано фізиками з Мюнхенського університету Людвіга-Максиміліана та Інституту квантової оптики Макса Планка в Німеччині. Однак вони використовували атомні гази в дуже специфічних умовах, і у них є свої власні верхні енергетичні межі.
В результаті вийшла стабільна система частинок з такою великою кінетичною енергією, що додати ще більше енергії в неї стало неможливим. Єдиний спосіб описати цю конкретну ситуацію – використовувати температурну шкалу Кельвіна з негативними значеннями, або на кілька мільярдних часток градуса нижче абсолютного нуля.