Temperatura extrema

797579_termometer.jpg Fer una mirada a les situacions extremes estudiades per la física acostuma a deixar una certa sensació de vertigen, però alhora el plaer d’explorar indrets completament desconeguts i difícils d’imaginar. Distàncies còsmiques fins als límits de l’Univers observable, velocitats inimaginables, forats negres de massa inconcebible… i coses tan aparentment properes com els límits de la temperatura.

A l’escola ens van ensenyar que la temperatura, en realitat és una mesura del grau de vibració de les molècules. Que una cosa estigui més o menys calenta vol dir que els seus àtoms vibren amb més o menys intensitats. I quan escalfem, el que en realitat fem és donar energia per fer que els àtoms vibrin més de pressa.

Això feia relativament senzill entendre el concepte de zero absolut. La temperatura més baixa possible. A mida que baixem la temperatura, els àtoms es mouen cada vegada més lentament i el zero absolut és aquella temperatura a la que es queden aturats. Quan estàs quiet ja no et pots moure més lentament, de manera que la temperatura ja no pot seguir baixant.

Però que passa per l’altre extrem? Hi ha algun límit a la temperatura màxima que es pot assolir? Doncs el cas és que si, i com resulta habitual, qui va posar aquesta temperatura sobre la taula va ser l’expert en els límits de la física, l’amic Max Planck. Per tant, quan parlem de la màxima temperatura possible, ens hi referim com “temperatura de Planck”.

La clau per visualitzar aquesta temperatura és recordar que fins on sabem, res no pot anar més de pressa que la llum. La velocitat de la llum és un límit infranquejable ja que a partir de les equacions d’Einstein sabem que quan donem energia a un objecte perquè es mogui més de pressa, una petita part d’aquesta energia farà que la seva massa augmenti. Aquest efecte és inapreciable a velocitats baixes, però passa a ser molt important a grans velocitats. Quan ens acostem a la velocitat de la llum, si donem més energia amb idea de fer anar mes de pressa alguna cosa, l’únic que aconseguim és que augmenti la seva massa, però no la seva velocitat.

Doncs això cal tenir-ho en compte ja que la temperatura és la mesura del grau de vibració dels àtoms, però parlar de vibració és una manera de dir “com de de pressa es mouen”. I es poden moure molt de pressa, però mai més de pressa que la velocitat de la llum. Aquesta velocitat és la màxima que poden tenir els àtoms i per tant, aquesta seria la màxima temperatura a la que es pot arribar: La temperatura de Planck, que és de 1,416 785(71) × 1032 K. Al costat d’això, l’interior del Sol és un indret glacialment fred.

Tot i que el concepte tampoc és extremadament difícil, quan he buscat que és aquesta temperatura he trobat diferents interpretacions (que no són incompatibles unes amb altres). Per exemple, és la temperatura a la que els electrons adquireixen tanta massa que col·lapsen en un forat negre; és la temperatura que va tenir lloc just després del Big bang; és la temperatura a la que les partícules es desintegren; és la temperatura a la que s’evaporaria un forat negre…

Sempre pensem que per la vida cal una certa quantitat de calor. Però la veritat és que l’Univers no va ser un indret apte per la vida tal com la coneixem fins que es va refredar extraordinàriament. En realitat ens movem molt més a prop del zero absolut que no pas de la temperatura que va tenir l’Univers al principi. Des d’un punt de vista còsmic, els éssers vius som fills del fred.

6 comentaris

  • Sinera

    01/10/2012 16:09

    Perdoneu. He dit:

    “Ni l’infinita energia del Big Bang va poder existir sense quelcom que el fes possible.”

    Sobre “infinita”. Per això el nostre univers conegut és així ara i serà diferent dintre d’uns milers de milions d’anys (de fet cada dia és diferent!). Potser no, però l’expansió tampoc serà infinita.

  • Sinera

    01/10/2012 15:33

    POT NÉIXER QUELCOM DEL NO-RES?

    Gràcies, Daniel, per la teva resposta a una pregunta que té poc a veure amb la temperatura.

    Em dius que l’espai es crea amb la pròpia expansió i que no som capaços d’imaginar-ho. Que l’espai es comporta de manera diferent i incomprensible. Que NO HI HA CAP ESPAI més enlla del que es crea amb l’expansió…

    Bé. De segur que tens tota la raó perquè jo no hi entenc ni papa. Però tots aquests raonaments parteixen del punt del Big Bang, a només uns 13.700 milions enrere, més enllà del qual no hi hauria res.

    Em costa creure que el nostre Big Bang no vagi ser produït per l’explosió d’un o molts universos anteriors colapsats. Si tot hagués començat amb el Big Bang no tindríem altra remei que creure en els déus. També em costa creure que el “nostre” Big Bang ha estat l’únic que s’ha produït.Seria com afirmar que la vida només pot existir aquí, a la terra (Igual és veritat!)

    Afirmes que “el concepte d’espai, tal com l’entenem no té sentit fora de l’Univers”… Per tant tampoc té sentit l’espai previ al Big Bang, una barrera més enllà de la qual els científics no s’atreveixen a creuar.

    Però com deixar d’imaginar, com fa en Martin Bojowald -que potser només és un “pseudo”- que pot haver-hi hagut i que hi haurà infinits cicles d’expansió i colapse de o dels universos?

    Quantes vegades tu mateix i tants científics no haureu deixat volar l’imaginació amb d’altres possibilitats potser de ciència ficció?

    Ara tenim un Higgs que tal volta inunda tot l’univers… i per què no un Higgs o el què sigui que abarqui una “entitat” (per no dir-li “espai”) infinita?

    Encara que no ens ho volem o no podem permetre, hi ha quelcom inexorable (crec jo en la meva innocència!): res pot néixer del no-res absolut. Ni l’infinita energia del Big Bang va poder existir sense quelcom que el fes possible.

    Seré molt tontícola… però necessito molta més imaginació per creure en déus infinits que en universos infinits.

    Penso que la finitud potser ha d’implicar la infinitud, sempre un pas més enllà que potser mai l’home podrà imaginar o definir.

    I perdona, Dani. Però és que disfruto com un camell!

  • daniel closa

    01/10/2012 11:26

    Carquinyol. Anar més calent que en Planck és anar realment MOLT calent! :-D

    Sinera. Uix! Entres en un tema realment difícil de visualitzar. Tant el que fa a la temperatura de la zona cap on s’expandeix l’Univers, com en el problema de les capses, el detall clau està en el punt de partida. Dius que “…l’univers, per definició, també ha d’estar contingut dintre d’una capça més gran -cap on s’expandeix encara el Big Bang. ” I aquí hi ha la clau de l’assumpte. La resposta és que no. L’Univers no s’expandeix en un espai infinit. Quan parlem de l’Univers, incloem l’espai mateix. No es tracta de materia i energia expandint-se en l’espai. És l’espai mateix el que s’expandeix. Mé enllà no hi ha espai. O millor dit, el concepte d’espai, tal com l’entenem no té sentit fora de l’Univers. En el Big Bang es va generar l’energia i la materia, però també l’espai i el temps.
    Naturalment, en arribar a aquest punt ja no podem crear una imatge mental. El nostre cervell està totalment condicionat per pensar en coses a mida humana, on l’espai i el temps es comporten de determinada manera.
    En realitat és igual d’estrany que acceptar que el temps pot anar a ritme diferent segons com de pressa et moguis. L’espai també és un concepte flexible i modificable, i quan el tractem a escala cósmica… es estrany a més no poder.

  • Sinera

    01/10/2012 10:56

    Permetem, Dani, que deixi un moment de banda la temperatura.

    EL PROBLEMA DE LES MEVES CAPSES:

    Qualsevol cosa que poguem imaginar s’ha de trobar forçosament en un espai determinat: una forquilla estarà a un calaix, i el calaix dintre la capsa de la cuina, … i així tot fins la capça que podem definir com univers… Però l’univers, per definició, també ha d’estar contingut dintre d’una capça més gran -cap on s’expandeix encara el Big Bang. I també forsoçament hem d’afirmar que tot aquell espai inconegut… o ÉS INFINIT o es trova dins d’una altra capça… I seguint així la capça final ha de ser INFINITA, perquè sinó també tindria el seu propi continent… Vaja que haurem de considerar que quan s’caben les capses només ens queda l’infinitud total, que deu ser allò a que els pobres humans en diem déu…

    I encara quan parlen d'”espais curbs”… si existeix un límit haurà d’existir sempre un nou continent…

    Ja no vull preguntar per la temperatura ni d’altres característiques d’aquest infinit que jo, potser en la meva estulticia, considero absolutament necessari.

    Perdoneu aquesta disquisició meva. És que a vegades un no sap on deixar anar les seves idees o preocupacions. És una manera d’alliberar-se una mica! No em feu cas!

  • Sinera

    01/10/2012 10:29

    Val. La temperatura de l’univers està prop del zero absolut, menys quan un solet d’estufa estelar escalfa una mica els seus voltants o els seus fillets…

    Però, quina deu ser la temperatura en aquella regió desconeguda, potser infinita, cap on l’univers s’expandeix? Hi ha alguna temperatura o qualsevol altra cosa coneguda en aquell espai abans de ser invadit pel nostre univers desbocat?

    Teniem aquí, en aquesta regió on vivim, una determinada temperatura abans de ser “invadits” per les galàxies i demés cosos estranys? Era un espai inerme, buit, un no-res? si ho poguéssum saber també sabríem com és la immensitat cap on s’expandeix l’univers…

  • Carquinyol

    01/10/2012 7:56

    No la sabia aquesta de la temperatura màxima. Ara bé això et permet fer frases ben descriptives com ara ‘anar més calent que en Planck’ o ‘tu acabaràs colapsat en forat negre’