यदि आप किसी चीज से सारी ऊर्जा लेते हैं, तो आप सबसे शून्य, सबसे ठंडा तापमान हासिल कर सकते हैं। लेकिन क्या उच्चतम हासिल करना संभव है?

कुछ भी नहीं खोया है, सब कुछ केवल रूपांतरित है।
- माइकल एंडे

प्रत्येक सप्ताह के अंत में, हम इसका उत्तर देने के लिए भेजे गए प्रश्नों में से एक का चयन करते हैं। इस सप्ताह, सम्मान स्कूली

छात्र कैमरन पीटर्स को जाता है, जो पूछता है: मैं 8 वीं कक्षा के विज्ञान में हूं और मेरे छात्र तापमान की अवधारणा से गुजरते हैं। विशेष रूप से, हमने पूर्ण शून्य की अवधारणा की जांच की, इसका क्या मतलब है और यह परमाणुओं के आंदोलन से कैसे संबंधित है। मेरे छात्र जानना चाहते हैं कि क्या प्रकृति में अधिकतम तापमान मौजूद है, या अगर कोई ऊपरी सीमा नहीं है।

आइए उन पदों से शुरू करें जिन्हें आठवें ग्रेडर के लिए जाना जाना चाहिए, और हम धीरे-धीरे डिग्री बढ़ाएंगे।

क्लासिक प्रयोग करें: अलग-अलग तापमान पर पानी में खाद्य रंग भंग करना। हम क्या देखेंगे? तापमान जितना अधिक होगा, डाई उतनी ही तेजी से घुल जाएगी।

ऐसा क्यों हो रहा है? क्योंकि अणुओं का तापमान सीधे गतिज आंदोलन से संबंधित है - और गति - कणों का। इसका मतलब है कि गर्म पानी में, व्यक्तिगत अणु तेजी से आगे बढ़ते हैं, और यह डाई के कण ठंडे पानी की मात्रा को ठंड की तुलना में तेजी से बढ़ाते हैं।

यदि हमने इस सभी आंदोलन को पूरी तरह से रोक दिया - और सब कुछ स्थिर हो जाएगा (और क्वांटम भौतिकी की प्रकृति को भी दूर कर देगा) - यह आपको पूर्ण शून्य: सबसे कम थर्मोडायनामिक तापमान प्राप्त करने की अनुमति देगा।

लेकिन विपरीत दिशा का क्या? यदि आप कणों की एक प्रणाली को गर्म करते हैं, तो वे बस तेजी से आगे बढ़ेंगे। लेकिन क्या तापमान की ऊंचाई की सीमा है, और क्या आप एक ऐसी तबाही का सामना करेंगे जो आपको ऊपर उठने से रोकती है? आइए देखते हैं।

हजारों केल्विन के तापमान पर, अणुओं को हस्तांतरित गर्मी उन बॉन्ड को नष्ट करना शुरू कर देगी जो उन्हें एक साथ पकड़ते हैं, और यदि हीटिंग जारी रहती है, तो इलेक्ट्रॉन परमाणुओं से अलग होने लगेंगे। आप बिना किसी तटस्थ परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनों और परमाणु नाभिक से मिलकर एक आयनित प्लाज्मा प्राप्त करेंगे।

लेकिन यह अभी भी स्वीकार्य है: व्यक्तिगत कण - इलेक्ट्रॉन और सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयन - एक दूसरे से पूरी तरह से उछलेंगे और भौतिकी के सामान्य नियमों का पालन करेंगे। और आप अभी भी तापमान बढ़ा सकते हैं और देख सकते हैं कि आगे क्या होता है।

और फिर व्यक्तिगत कण क्षय होने लगते हैं।
• कणों के टकराव की ऊर्जा से लगभग 8 * 10 ⁹ (8 बिलियन K), पदार्थ / एंटीमैटर जोड़े - इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन - अनायास दिखाई देंगे।
• लगभग 2 * 10 ¹⁰ (20 बिलियन K) परमाणु नाभिक को प्रोटॉन और न्यूट्रॉन में विभाजित किया जाएगा।
• लगभग 2 * 10 ¹² (2 ट्रिलियन K) प्रोटॉन और न्यूट्रॉन मौजूद नहीं रहेंगे, और उनके घटक कण, क्वार्क और ग्लूऑन उड़ जाएंगे
• बड़ी मात्रा में लगभग 2 * 10 ¹⁵ (2 quadrillion K), सभी कण और एंटीपार्टिकल्स दिखाई देने लगेंगे। ।

लेकिन यह ऊपरी सीमा नहीं है, बिल्कुल भी नहीं। बस 2 * 10 ¹⁵ के क्रम के तापमान पर(2 क्वाड्रिलियन K) कुछ दिलचस्प होने लगेगा। यह ठीक वह ऊर्जा है जो हिग्स बोसोन की उपस्थिति के लिए आवश्यक है, और इसलिए, ब्रह्मांड के सबसे मौलिक समरूपों में से एक की बहाली के लिए: एक समरूपता जो कणों को आराम का एक द्रव्यमान देती है।

दूसरे शब्दों में, जब आप सिस्टम को और अधिक गर्म करते हैं, तो आप पाएंगे कि आपके सभी कण द्रव्यमान खो चुके हैं और प्रकाश की गति से उड़ते हैं। और पदार्थ, एंटीमैटर और विकिरण के मिश्रण के बजाय, चारों ओर सब कुछ विकिरण की तरह व्यवहार करेगा, चाहे वह वास्तव में पदार्थ, एंटीमैटर या उनमें से कोई भी हो।

लेकिन हम नहीं किए जाते। आप सिस्टम के तापमान को और बढ़ा सकते हैं, और हालांकि अंदर कुछ भी तेजी से नहीं बढ़ेगा, यह अधिक ऊर्जावान बन जाएगा - जैसे रेडियो तरंगें, माइक्रोवेव, दृश्य प्रकाश और एक्स-रे प्रकाश के रूप हैं (और प्रकाश की गति से चलते हैं), हालांकि वे सभी ऊर्जा हैं अलग।

शायद कुछ कण अभी भी हमारे लिए अज्ञात हैं, या नए कानून (या समरूपता) दिखाई देंगे। आप तय कर सकते हैं कि आप अनंत ऊर्जाओं की ओर बढ़ सकते हैं।

लेकिन तीन कारण हैं जो यह संभव नहीं है।

1) ब्रह्मांड में ऊर्जा की एक सीमित मात्रा होती है। आइए वे सब कुछ लें जो अवलोकनीय अंतरिक्ष-समय में मौजूद हैं: सभी पदार्थ, एंटीमैटर, विकिरण, न्यूट्रिनो, डार्क मैटर और यहां तक कि अंतरिक्ष की ऊर्जा भी - और यह बहुत कुछ है। लगभग 10 ^{80 हैं}सामान्य पदार्थ के कण, 10 ⁸⁹ न्यूट्रिनो और एंटीन्यूट्रिनोस, थोड़े अधिक फोटॉन, और सभी पदार्थ जो डार्क मैटर और डार्क एनर्जी में समाहित हैं, हमारे आसपास के अवलोकनीय ब्रह्मांड में 46 बिलियन प्रकाश वर्ष के दायरे में बिखरे हुए हैं।

लेकिन भले ही आप यह सब शुद्ध ऊर्जा (ई = एमसी ^{2 के} माध्यम से ) में बदल दें, और यहां तक कि अगर आप सिस्टम को गर्म करने के लिए इस सभी ऊर्जा का उपयोग करते हैं, तो आपके पास ऊर्जा की अनंत मात्रा नहीं होगी। यदि आप यह सब एक प्रणाली में डालते हैं, तो बहुत अधिक ऊर्जा होगी, यह 10 ¹⁰³ के के क्रम के तापमान के अनुरूप होगा , लेकिन यह अनन्तता नहीं है। तो एक ऊपरी सीमा है। लेकिन कुछ इस राज्य में आने से पहले ही आपको रोक देगा।

2) यदि आप एक सीमित स्थान में बहुत अधिक ऊर्जा डालते हैं, तो आप एक ब्लैक होल बनाएंगे! आप ब्लैक होल को विशाल, बड़े पैमाने पर और घने वस्तुओं के रूप में कल्पना करते हैं जो ग्रहों की भारी भीड़ को निगल सकते हैं जैसे एक कुकी राक्षस कुकीज़ का एक बॉक्स निगलता है - अजीब तरह से, बिना किसी कठिनाई और बिना किसी हिचकिचाहट के।

लेकिन अगर आप एक एकल क्वांटम कण को पर्याप्त ऊर्जा देते हैं - भले ही वह प्रकाश की गति से चलने वाला एक द्रव्यमान रहित कण हो - यह एक ब्लैक होल में बदल जाएगा! एक पैमाने है जिसके अनुसार कुछ, पर्याप्त ऊर्जा संचित होने पर, बातचीत करने में सक्षम नहीं होगा, जैसा कि साधारण कण करते हैं। और यदि आप कण को ऐसी ऊर्जा प्राप्त करने देते हैं, तो E = mc ^{2 के} अनुसार 22 μg के बराबर , आप केवल 10 ¹⁹ प्राप्त कर सकते हैंसिस्टम के आगे GeV गर्म होने से इंकार करता है। आप अनायास ब्लैक होल प्रकट करेंगे, जो तब थर्मल विकिरण के माध्यम से कम ऊर्जा की स्थिति में तुरंत क्षय होता है। तो इस ऊर्जा स्तर पर, प्लैंक ऊर्जा, हमारे ब्रह्मांड के लिए एक ऊपरी सीमा है, जो "केवल" 10 ³² K के तापमान से मेल खाती है ।

यह पिछले एक की तुलना में बहुत कम है, क्योंकि न केवल ब्रह्मांड परिमित है, बल्कि ब्लैक होल एक सीमित कारक बन गए हैं । लेकिन एक और कारक है, और मैं पहली जगह में इसके बारे में चिंता करूंगा, जिससे तापमान को ऊंचाइयों तक पहुंचाया जा सके।

3) एक निश्चित उच्च तापमान पर, आप उस क्षमता को बहाल करेंगे जिसने हमारे ब्रह्मांड को मुद्रास्फीति का अनुभव कराया। बिग बैंग से पहले, यूनिवर्स घातीय वृद्धि की स्थिति में था, जब अंतरिक्ष खुद का विस्तार, एक गेंद की तरह, एक घातीय दर पर। इसके अंदर के सभी कण, एंटीपार्टिकल्स और रेडिएशन पदार्थ और ऊर्जा के अन्य टुकड़ों से जल्दी से अलग हो गए और मुद्रास्फीति के अंत में बिग बैंग शुरू हुआ।

यदि आप इस क्षेत्र को एक मुद्रास्फीति की स्थिति में लाने के लिए पर्याप्त तापमान तक पहुँचते हैं, तो आप ब्रह्मांड के रीसेट बटन को दबाएंगे और मुद्रास्फीति को फिर से शुरू करेंगे, जिससे बिग बैंग की फिर से शुरुआत होगी।

यदि यह आपके लिए बहुत मुश्किल है, तो इसे याद रखें: यदि आप इस तरह के प्रभाव के लिए आवश्यक स्तर तक तापमान बढ़ाने का प्रबंधन करते हैं, तो आप जीवित नहीं रह पाएंगे। सैद्धांतिक रूप से, यह 10 ²⁸ - 10 ²⁹ केके का अनुमान है , हालांकि एक बड़ा बिखराव है, जिसके आधार पर मुद्रास्फीति बढ़ती है।

इसलिए, बहुत अधिक तापमान तक बढ़ना काफी आसान है। और यद्यपि भौतिक घटनाएं जो आपको परिचित हैं, वे विवरणों में भिन्न होंगे, आप तापमान को अधिक बढ़ा सकते हैं, लेकिन केवल उस बिंदु तक जिसके बाद आप पूरी तरह से सब कुछ नष्ट कर देंगे जो आपको प्रिय है। तो सावधान, श्री पीटर्स छात्रों, लेकिन बड़े Hadron Collider से डरो मत। यहां तक कि पृथ्वी के सबसे शक्तिशाली त्वरक में, हम जोखिम भरे लोगों की तुलना में कम से कम 100 बिलियन गुना कम ऊर्जा प्राप्त करते हैं।निम्नलिखित लेखों के लिए मुझे अपने प्रश्न और सुझाव भेजें ।

ईथन नंबर 92 से पूछें: क्या अधिकतम तापमान की कोई सीमा है?

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