Есть ли предел тому, насколько горячим может быть объект? [закрыто]

Температура — это мера средней кинетической энергии частиц в данном месте (поправьте меня, если я ошибаюсь), поэтому должен быть определенный предел нагрева, как и абсолютный ноль для охлаждения. И каким процессом можно достичь такой температуры?

Я голосую за то, чтобы закрыть этот вопрос как не по теме, потому что он должен быть на Physics SE.

Ответы (2)

Во-первых, давайте немного предыстории. « Абсолютно горячий » — это концепция существования максимальной температуры . Он точно описывает ваш вопрос. Долгое время никто не мог выяснить, существует ли абсолютная жара, но в ХХ веке крупные революции в теоретической физике дали нам ответы.

«Абсолютно горячая» — это не название самой высокой температуры, а понятие о том, что она существует. Итак, каков наш ответ — существует ли максимально возможная температура, соответствующая концепции «абсолютно горячей»? Ну да . Но сначала мы должны поговорить о тепле и температуре.

Фотоны ведут себя как частицы и волны. По мере того, как мы добавляем больше энергии, длина волны фотона уменьшается, а его частота увеличивается. Таким образом, длина волны света, излучаемого горячими объектами, обычно зависит от температуры объекта. Более горячие объекты будут излучать более энергичные фотоны с более короткими длинами волн.

Согласно современной физике, планковская длина — это наименьшая значимая длина во Вселенной (причина этого — совсем другой вопрос). Если мы продолжим безостановочно повышать температуру нашего объекта, длина волны испускаемых им фотонов будет уменьшаться, пока не достигнет планковской длины. Наш объект достиг бы температуры, называемой температурой Планка . Это о 1,417 × 10 32 К .

Планковская температура теоретически является самой высокой возможной температурой. В этот момент объект теоретически не мог стать еще горячее, поскольку длина волны фотона не может уменьшиться за пределы планковской длины.

Но что произойдет, если мы добавим больше энергии к объекту? Выйдет ли она за пределы планковской температуры? Ну... Бог его знает. В тот момент мы бы даже не назвали это температурой. Никто не знает, что именно произойдет, но точно не будет соответствовать определению температуры.

Спасибо за ваше удивительное умение делать что-то сложное из того, что даже я мог понять.
Допустим, этот теоретический фотон получил еще больше энергии. Почему это не соответствует определению температуры?
@Mobal Ну, фотон стал бы горячее, чем это физически разрешено. Мне нравится ваш вопрос; теоретически не может быть предела тому, сколько энергии мы можем добавить к фотону. Но мы понятия не имеем, что произойдет, если она превысит планковскую температуру, поскольку длина волны больше не должна уменьшаться. На самом деле это не соответствовало бы понятиям, которые мы уже установили, например, планковская длина — это наименьшая возможная длина.
Если бы мы нашли способ добавить к чему-то достаточно энергии, чтобы нагреть это выше температуры Планка, не было бы это косвенным доказательством опровержения того, что длина Планка является самой короткой из возможных?
@Mobal Я думаю, что это нерешенная проблема в физике, хотя, согласно нашим моделям, длина Планка должна быть кратчайшей из возможных (подробнее об этом можно прочитать здесь: goo.gl/4VBO8T ). Но, в конце концов, у нас нет возможности проверить это. При такой высокой температуре на самом деле образуется черная дыра (называемая Кугельблиц). В общей теории относительности Эйнштейна энергия также является источником гравитации.
Я не гений в физике, но является ли энергия источником гравитации из-за E = mc^2
@Mobal Я не слишком тщательно изучал общую теорию относительности. Но это уравнение, вероятно, имеет какое-то отношение к этому. Другие вещи, такие как давление, масса и импульс, также являются источниками гравитации. Каким-то образом мы перешли от температуры к GR, ха-ха.
Клянусь, ОТО связано со всей астрономией
Спасибо за отличный ответ. Это заставляет меня задуматься о температуре внутри черной дыры. А как насчет «просто» внутри нейтронных или кварковых звезд: приближаемся ли мы к этим температурам или даже не приближаемся??
@JoeBlow Максимальная температура нейтронной звезды составляет 10 ^ 12. Таким образом, планковская температура в сотни миллионов триллионов раз больше этой величины.
э-э, возможно, я просто наивен, но я не думаю, что температура является четко определенной величиной, когда энергия системы фиксирована (например, одиночный фотон)...
@colnegn Прости? Почему бы нет?
ну, я не эксперт в этом вопросе, но я считаю, что E и T являются сопряженными переменными (они связаны преобразованием Фурье) и, следовательно, имеют соответствующую неопределенность. аналогично в системе с фиксированным объемом: давление плохо определено.
В действительности, разве фотон не превратился бы в частицы задолго до того, как достиг планковской энергии? Я понимаю, что ответ был теоретическим, но когда его спросили «что, если бы вы придали ему больше энергии», в действительности, задолго до того, как фотон достиг этой энергии, он отдал бы часть энергии в виде создания частиц. (или я ошибаюсь?). Я не думаю, что ошибаюсь.
@userLTK Да, образование пар, вероятно, произойдет задолго до того, как они достигнут планковской температуры. Это всего лишь теоретическое объяснение планковской температуры. Все-таки в истории Вселенной материя имела планковскую температуру раньше — за 10^-42 секунды до Большого взрыва вся Вселенная была при этой температуре. Это примерно 200 планковских периодов после Большого Взрыва (вы можете прочитать о планковском времени, это самый короткий из возможных периодов времени)!
@SirCumference, значит, теоретически возможно, что не было фотонов до или через 10 ^ -42 секунды после Большого взрыва, потому что для фотонов было слишком жарко? или я слишком много читаю в этом.
@userLTK Все это происходило в эпоху Планка, в самый ранний период после Большого взрыва. В настоящее время не существует доступной физической теории для описания таких коротких времен. По мере того, как вы все ближе и ближе приближаетесь к t(0), наши текущие теории начинают рушиться. Я предполагаю, что некоторые аспекты ОТО и КМ ломаются больше, чем другие, чтобы физики могли определить температуру в это время. Тем не менее, по большей части, мы понятия не имеем, что тогда происходило.
@userLTK Кроме того, я сделал опечатку ранее, когда сказал «за 10 ^ -42 секунды до Большого взрыва». Я имел в виду после Большого взрыва XD
@userLTK, значит, когда фотон получает больше энергии, он начинает заполнять пространство?
@SanketDeshpande Что вы имеете в виду под «заселением пространства»?
@SirCumference, может быть, отдает тепло, создавая больше материи? не уверена.
@SanketDeshpande Все еще не уверен, что вы подразумеваете под «заселением пространства», если только вы не думаете о частицах в классическом смысле как о сферах.
@SanketDeshpande Я думаю, он спрашивает о парном производстве, что является сверхэнергетической ситуацией. Кроме того, я узнал из другой ветки, что один фотон сам по себе не может произвести пару частиц, но если он что-то столкнет, то может. Достаточно высокие температуры, вероятно, начнут создавать пары частиц, но одиночный фотон, не задев что-то, — нет. Но энергия, необходимая для этого, чрезвычайно высока, она создается только очень сильными событиями, такими как аккреционные диски черных дыр или внутри ускорителей частиц.
@userLTK точно, это то, что я имею в виду, но не был уверен, что это делает один фотон
@SanketDeshpande Я задал здесь несколько связанный вопрос. Ответ на мой вопрос также является ответом на ваш, если вы хотите получить более подробную информацию. физика.stackexchange.com/questions/266507/…
Интересно, а если мы возьмем изолированную систему с 2 фотонами и будем ее непрерывно нагревать, что получится? Будет ли он производить материю и потреблять все заданное пространство? Какие-нибудь мысли?

Как я заявил в своем комментарии к ответу сэра Кумферфера, я могу быть просто наивен в этом вопросе, но я считаю, что:

Предполагая, что плотность состояний (количество состояний на возможную энергию) для данной системы можно считать эффективно непрерывной, можно определить обратную температуру:

1 к Б Т знак равно β знак равно д С д Е

Где E — энергия системы, а S — энтропия системы ( С знак равно п ⁡ ( Ом ( Е ) ), куда Ом ( Е ) есть плотность состояний (функция энергии).

Это означает, что для заданной плотности состояний системы: если производная ее натурального логарифма имеет какие-либо экстремумы (локальные максимумы или минимумы), то система будет иметь бесконечную температуру при этих энергиях (в местах экстремумов - помните который Ом является функцией энергии).

Интересно, что по этому определению: при энергиях, где наклон энтропии системы S отрицателен, система определяется как имеющая отрицательную энергию (которая по иронии судьбы более энергична, чем состояния с положительной температурой!... хотя, если честно : Я не совсем уверен, что системы при отрицательных температурах на самом деле находятся в равновесии, что (я думаю) указывает на то, что температура плохо определена ... но, безусловно, любопытство заслуживает некоторого внимания.

Есть ли предел тому, насколько горячим может быть объект? [закрыто]
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v