Υπάρχει μέγιστη θερμοκρασία;

Στην πραγματικότητα, δεν υπάρχει απάντηση σε αυτό το ερώτημα, που έχει ταλαιπωρήσει ακόμη και τους μεγαλύτερους φυσικούς. Η θερμοκρασία εκφράζει το βαθμό ατομικής ή μοριακής διέγερσης της ύλης. Με τη βοήθεια αυτού του ορισμού, αντιλαμβανόμαστε ότι υπάρχει ένα κατώτερο όριο, μια ελάχιστη τιμή, που αντιστοιχεί στην πλήρη αδράνεια όλων των μορίων. Είναι το περίφημο «απόλυτο μηδέν», ή 0 βαθμοί Κέλβιν, που αντιστοιχεί σε –273,15 βαθμούς Κελσίου. Το «απόλυτο μηδέν» προσδιορίστηκε από το λόρδο Κέλβιν στα μέσα του 19ου αιώνα. Ωστόσο, τα πράγματα περιπλέκονται σε ό,τι αφορά το ανώτερο όριο: Μπορούμε, θεωρητικά, να αυξάνουμε τη θερμοκρασία επ’ αόριστον;
Ας δούμε τι συμβαίνει στην περίπτωση του νερού. Στους –273 βαθμούς Κελσίου είναι παγωμένο, με τη μορφή στερεού πάγου. Αν του προσθέτουμε σιγά σιγά ενέργεια, δηλαδή θερμότητα, τα μόριά του θα αρχίσουν να πάλλονται, όλο και πιο έντονα, μένοντας όμως περιορισμένα στη θέση τους, μέχρι μια πολύ συγκεκριμένη τιμή: τους 273,15 βαθμούς Κέλβιν, δηλαδή 0 βαθμούς Κελσίου, σημείο από το οποίο και μετά το νερό περνά στην υγρή κατάσταση. Εάν το θερμάνουμε ακόμη περισσότερο, τα μόρια του νερού θα διεγείρονται όλο και πιο πολύ. Η θερμοκρασία του θα φτάσει σε ένα δεύτερο κρίσιμο όριο, τους 373,15 βαθμούς Κέλβιν –ή 100 βαθμούς Κελσίου–, όπου θα αρχίσει να περνά στην αέρια κατάσταση. Δίνοντας ακόμη περισσότερη ενέργεια στο σύστημα, προκύπτει ένα καινούργιο φαινόμενο: ο σταδιακός ιονισμός του αερίου. Η ύλη διασπάται μέχρι να φτάσει στην κατάσταση του πλάσματος, κάτι σαν ένα «χαοτικό» αέριο, που αποτελείται από πυρήνες και ελεύθερα ηλεκτρόνια. Αυτή η κατάσταση της ύλης υπάρχει, μεταξύ άλλων, στον Ήλιο –όπου η θερμοκρασία, υπό πολύ υψηλές πιέσεις, φτάνει μέχρι και τα 15 εκατομμύρια βαθμούς– και στους αντιδραστήρες θερμοπυρηνικής σύντηξης. Μπορούμε όμως, έστω και θεωρητικά, να προχωρήσουμε ακόμη περισσότερο;
Τη δεκαετία του ’60, ο Γερμανός φυσικός Rolf Hagedorn είχε υπολογίσει ένα όριο, τους 1,8 x 10¹² βαθμούς Κέλβιν, δηλαδή 1,8 τρισεκατομμύρια βαθμούς. Αυτή η «θερμοκρασία Hagedorn», όπως είναι γνωστή, καθορίζει το όριο μεταξύ της κατάστασης πλάσματος των αδρονίων και της κατάστασης της ύλης που αποκαλείται «πλάσμα κουάρκ-γλοιονίων». Ωστόσο, με το σημερινό επίπεδο γνώσεων, είναι αδύνατοn να γνωρίζουμε τι θα συμβεί αν αυξήσουμε τη θερμοκρασία αυτού του πλάσματος κουάρκ-γλοιονίων. Πολλοί θεωρητικοί υποθέτουν ότι η ύλη μπορεί να μην αποτελείται από σφαιρικά σωματίδια, αλλά από μικροσκοπικά παλλόμενα νήματα, τις χορδές, γεγονός που θα μετέβαλε κατά πολύ τις ιδιότητές της σε ακραίες καταστάσεις. Σε αυτές τις θεωρίες των Χορδών, οι οποίες είναι ακόμη ανολοκλήρωτες, δεν έχει αποσαφηνιστεί η έννοια μιας οριακής θερμοκρασίας που να αντιστοιχεί σε μια μετάβαση της ύλης πέρα από την κατάσταση των χορδών. Για την κβαντική θεωρία, τέλος, δε θα μπορέσουμε ποτέ να μετρήσουμε μια θερμοκρασία μεγαλύτερη από τη λεγόμενη θερμοκρασία Πλανκ, ίση με 10³² βαθμούς Κέλβιν. Είναι, στην ουσία, η θερμοκρασία σύντηξης του χώρου και του χρόνου, που επικρατούσε 10^-43 δευτερόλεπτα μετά τη γέννηση του σύμπαντος, την πιο απομακρυσμένη χρονικά φάση την οποία θα μπορέσουμε ποτέ να ανασυνθέσουμε… Αλλά αυτή η θερμοκρασία Πλανκ είναι τόσο «αστρονομική», που είναι δύσκολο να αναγνωρίσουμε σε αυτή ένα πραγματικό όριο. Πρόκειται περισσότερο για ένα όριο πέρα από το οποίο χάνουμε απλώς τη φυσική έννοια των πραγμάτων.

Πηγή

Posted in: επιστήμη, Περιβάλλον