Planckova teplota

16. leden 2017 | 06.00 |

Zatímco nejnižší teoreticky možná teplota je známá pod označením absolutní nula, pak o té největší teplotě, toho zatím příliš nevíme. Někteří fyzikové se domnívají, že horní hranice teplotní stupnice neexistuje, jiní za ni považují tzv. Planckovu teplotu. Její teoretická hodnota je 1,42 x1032 K a bývá někdy označována jako absolutní horko.

Teplo je považováno jako neuspořádaný pohyb částic, tvořících látku. Teplota je přitom mírou intenzity tohoto pohybu. Každá z částic látky koná neustálý neuspořádaný pohyb, který popisujeme metodami statistické fyziky a vysvětlujeme pomocí zákonů termodynamiky. Díky nim víme, že pohybová energie tepelného kmitání částic souvisí s teplotou. Při nižších teplotách se částice látky pohybují pomaleji a logicky při vyšších teplotách se částice pohybují rychleji. Při extrémně vysokých teplotách by se tak částice mohly začít pohybovat rychlostmi blížícími se rychlosti světla. Ovšem z teorie relativity plyne, že s narůstající rychlostí částic začne narůstat rovněž samotná hmotnost částic. Pokud použijeme relativistický vztah pro kinetickou energii částice, zjistíme, že rychlost částic při tepelném pohybu nepřekročí rychlost světla při žádné teplotě. Při nekonečně velké teplotě by rychlost částic dosahovala teoretické hodnoty rychlosti světla.

Jednu dobu se zdálo, že statistická fyzika bude předpovídat pro chování elementárních částic také maximální teplotu. Pokud totiž částice mají díky tepelnému pohybu dostatečně velkou kinetickou energii, může z této energie vzniknout pár částice – antičástice (např. pár elektron – pozitron by začal vznikat při teplotě nad 11 miliard kelvinů). Nezvyšovala by se už kinetická energie částic, ale vznikaly by částice další. Podrobnější analýzy však ukázaly, že ani tímto způsobem se k maximální teplotě nedostaneme. Přitom experimenty na největších urychlovačích dokázaly vytvořit vyšší teploty, než připouštěly teoretické předpovědi. Za tak extrémních teplot vznikají oblasti hmoty s obrovskou hustotou energie a teplotou - ohnivé koule (fireballs). Z nich vylétají stovky nejrůznějších částic. Dosud největších teplot, bylo dosaženo na detektoru ALICE urychlovače v CERN-u v Ženevě a na detektorech Star a Phoenix na iontovém urychlovači RHIC v USA při vytvoření kvark – gluonovového plazmatu. Urychlená jádra olova byla nastřelována na jiná jádra v klidu, vzniklá energie ohřála místo srážky až na 2 biliony kelvinů a stlačila hmotu na dvacetinásobek hustoty atomového jádra. V tomto stavu hmoty velké množství kvarků a gluonů, normálně uvězněných v hadronech (např. v protonech a neutronech), tvoří zárodečnou vesmírnou polévkovou hmotu a nespojují se do nám známých částic.

Tato forma vesmírné pralátky byla přítomná v době, kdy měl vesmír pouze zlomky milióntin sekundy. Vědci se domnívají, že to mohlo být v době kratší než  10-35 s po Velkém třesku. Tehdy byly silná, slabá a elektromagnetická interakce spojená do jediné a teplota dosahovala více než 1027 K. Zatím však nemáme ověřenou teorii popisující vývoj vesmíru v čase menším než 10-44 s. Dosud se totiž nikomu z vědců nepodařilo propojit všeobecnou teorii gravitace s kvantovou mechanikou.

Pokud provedeme odhad zvaný rozměrová analýza, můžeme přibližně získat nejmenší délku, nejmenší čas a největší energii, se kterými budou moci fyzici dále teoreticky pracovat – takzvané Planckovy veličiny. Tyto hraniční hodnoty závisí na třech fundamentálních konstantách: Planckově h, gravitační k a rychlosti světla c. Pokud je zkombinujete tak, aby z nich vyšla čísla s rozměrem času, délky a energie, získáte právě zmiňované Planckovy veličiny. Planckovu energii je možné považovat za maximální možnou energii částice – proto se bude rovnat součinu Boltzmannovy konstanty k a Planckovy teploty. Planckova teplota je potom hledaná maximální hranice teploty. Výpočty pak určí, že  v čase 10-44 s měl vesmír teplotu těsně nad 1032 K. Toto je zatím nejlepší odhad maximální možné teploty, kterou připouštějí fyzikální zákony.

Tato teplota tedy není nekonečná, protože by tomu zabránily kvantové procesy. Význam hodnoty Planckovy teploty není dodnes fyzikům jasný.

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 1.8 (5x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře

 zatím nebyl vložen žádný komentář