Недавно мы касались темы планковской температуры, то есть верхнего предела, возможного в известной нам квантовой физике. Выше этой температуры все будет превращаться в энергию. Эйнштейн же открыл всему миру закон о сохранении энергии и массы, согласно которому энергия переходит в массу и наоборот. Это значит, что когда частица достигнет скорости света, начнет расти и ее масса, причем бесконечно. Чтобы доказать, что это не так, нужно сначала опровергнуть закон сохранения массы и энергии, а до тех пор планковская температура лишь теоретический предел. Но на самом ли деле все обстоит так?
Прыгающие ионы
Все дело в том, что планковская температура не призвана обозначить конечность верхнего предела температуры в общем, и будущая квантовая теория гравитации не позволит оперировать более высокими температурами. В таких вопросах квантовая физика и релятивистская механика (физика Эйнштейна) очень сильно конфликтуют друг с другом.
Даже черные дыры физика Эйнштейна может объяснить довольно изящно, называя их обычными звездами с настолько сильной гравитацией, что даже свет не покидает их пределы. По сути, из-за гравитации свет стремится к центру звезды, а не наружу. Однако это уже совсем другая история.
Чтобы подробнее рассмотреть ответ на вопрос существует ли верхний предел температуры, начнем с простого эксперимента. Капнем пищевой краситель в воду с разной температурой. Там, где температура воды будет выше, краситель распределиться по всему объему воды быстрее. Ведь температура молекул связана со скоростью и кинетическим движением частиц. В более горячей воде отдельные молекулы движутся быстрее, поэтому и частицы красителя быстрее разбегутся.
Если продолжать нагревать частицы, понятно, что они будут двигаться все быстрее и быстрее. Когда температура достигнет тысяч градусов, тепло, передаваемое молекулам, начнет разрушать связи, удерживающие их вместе. Когда станет еще горячее, электроны отделятся от самих атомов. Получится ионизированная плазма из электронов и ядер атомов, совсем без нейтральных атомов. Пока все разумно: есть электроны и положительные ионы. Вторые, подчиняясь обычным физическим законам, при высоких температурах будут прыгать.
Материя или радиация
Продолжая повышать температуру, частицы начнут разбиваться. При достижении около 8 миллиардов градусов из сырой энергии столкновения частиц начнут спонтанно возникать пары материи-антиматерии (электроны и позитроны). При 20 миллиардах градусов ядра атома разорвутся на протоны и нейтроны. При 2 триллионах градусов нейтроны и протоны исчезнут вовсе, появятся те фундаментальные частицы, из которых они состоят: кварки и глюоны. Когда температура достигнет 2 квадриллионов градусов, в огромных количествах начнут производиться все известные частицы и античастицы. Но и это не предел.
Скачать мобильное приложение SFERA:
🇷🇺Rustore
🤖Android
🍎iOS
SFERA — это мессенджер, социальная сеть, сервис знакомств, поиск новых друзей, поиск работы/сотрудников, видеосервис и многое другое. Всё бесплатно и без рекламы. Мы за развитие, мы для думающих людей и мы против деградации.
Здесь образуется та энергия, при которой можно произвести бозон Хиггса. И та энергия, при которой возможно восстановить одну из фундаментальных вселенских симметрий, которая дает массу покоя частице. То есть теперь все частицы безмассовые и летают со скоростью света. Раньше это была материя, антиматерия и радиация вместе взятые. Теперь это просто радиация, которая при этом останется материей, антиматерий, или ни тем и ни другим.
С еще большим увеличением температуры, двигаться будет уже нечему, начнет преисполняться энергия. Наподобие того, как видимый свет, микроволны, радиоволны, рентгеновские лучи, являются формой света, пусть даже с разной энергией. Тут можно подумать, что рождаются ранее неизвестные частицы, или физические законы. А чтобы это узнать, нужно еще нагреть.
Теоретический предел
В той Вселенной, какую мы видим, количество энергии ограничено. В нашем пространстве-времени обычной материи 10^80 частиц, нейтрино и антинейтрино 10^89, фотонов немного больше, есть еще в радиусе 46 миллиардов световых лет энергия темной материи и темной энергии. Если все это превратить в чистую энергию по формуле E = mc^2 (закон сохранения энергии и массы), не получится достичь бесконечного количества энергии. Будет лишь количество энергии, способное достичь 10^103 градусов. Теоретически можно и дальше пойти. Однако если в любой ограниченной области пространства заключить большое количество энергии, получится черная дыра.
Если придать достаточно энергии отдельной квантовой частице (неважно, что она без массы и летит со скоростью света), она станет черной дырой. Есть та мера, при которой частица, что имеет определенное количество энергии, не будет взаимодействовать как обычно. Если масса частиц по формуле E = mc^2 эквивалентна 22 мкг (микрограммам), можно набрать 10^19 ГэВ (гигаэлектронвольт) энергии прежде, чем они откажутся становиться горячее.
И тогда на мгновение начнут появляться черные дыры, но они будут тут же распадаться до состояния низкоэнергетической термальной радиации. Из этого следует, что верхний для Вселенной энергетический предел равен 10^32 градусов. Такой предел получился, исходя из того, что Вселенная конечна, и есть такой сдерживающий фактор, как черные дыры.
Но и это не все, есть еще одно ограничение. В какой-то момент высвободится тот потенциал, который привел Вселенную к космической инфляции (Большому взрыву), и она перезапустится по новой. Таким образом, для повышения максимальной температуры нет предела – в теории. Есть предел лишь для нашего существования.
❗️ Ставьте 👍 и подписывайтесь на наш канал!
Читайте также: