Düşük sıcaklığın bir alt sınırı ve mutlak sıfır vardır, yüksek sıcaklık için bir üst sınır var mı?
Teoride, sadece düşük sıcaklığın bir alt sınırı - mutlak sıfır olduğu, aynı zamanda yüksek sıcaklığın bir üst sınırı olan Planck sıcaklığı da vardır. Sıcaklık sınırı ile ilgili olarak, sıcaklık kavramının ne olduğunu anlamamız gerekir.
Makro açıdan bakıldığında sıcaklık, sıcak ve soğuk derecesini yansıtır. Ancak mikro düzeyde, nesnelerin sıcak ve soğuk olmasının temel nedeni, mikroskobik parçacıkların termal hareketidir. Bu nedenle, sıcaklık aslında termal hareketin yoğunluğunu ölçer. Parçacıkların termal hareketi öteleme, dönme ve titreşimi içerir, bu nedenle parçacıkların toplam kinetik enerjisi ayrıca öteleme kinetik enerjisi, dönme kinetik enerjisi ve titreşimsel kinetik enerjiden oluşur. Gaz moleküllerini örnek olarak alırsak, belirli bir gaz molekülünün öteleme özgürlüğü, dönme özgürlüğü ve titreşim özgürlüğü sırasıyla t, r ve s ise, ortalama toplam kinetik enerji:
Burada k Boltzmann sabiti ve T sıcaklıktır.
Ortalama toplam kinetik enerjinin sıcaklık ile pozitif korelasyon gösterdiği görülebilir. Daha sonra, ortalama toplam kinetik enerjinin üst ve alt sınırları, sıcaklığın üst ve alt sınırlarını da belirler.
Tüm termal hareket tamamen durursa, nesne ısı üretmeyecektir, bu nedenle sıcaklık yaklaşık -273,15 olan en düşük mutlak sıfıra düşecektir. Ancak kuantum mekaniği parçacıkların tamamen durağan olmasını yasaklar, bu nedenle sıcaklık mutlak sıfıra düşemez. Laboratuvarda insanlar tarafından elde edilen düşük sıcaklık, yalnızca sürekli olarak mutlak sıfıra yaklaşıyor ve mevcut minimum sıcaklık, mutlak sıfırdan bir derecenin on milyarda biri daha yüksek.
Öte yandan, ortalama toplam kinetik enerji artmaya devam ederse, sıcaklık da artacaktır. Özel görelilik teorisine göre, hız ışık hızına yaklaştıkça kinetik enerji sonsuz hale geliyor.Bu, sıcaklığın sonsuz yüksek olabileceği anlamına mı geliyor?
Daha önce bahsedildiği gibi, sıcaklığın bir üst sınırı vardır ve sonsuza kadar artmayacaktır. Çünkü parçacığın ısıl hareketi bir dereceye kadar şiddetli olduğunda, Schwarzschild yarıçapı Planck uzunluğundan daha büyük olacak ve bu da kara deliğe çökecek ve kendisi sonsuz küçüklükte bir tekilliğe girecektir. Bu nedenle, mevcut fiziksel teori yalnızca Planck sıcaklığını açıklayabilir. Planck sıcaklığından daha yüksek sıcaklıkları tartışmak istiyorsanız, şu anda yapılması imkansız olan kuantum yerçekimi teorisine ihtiyaç vardır.
Teorik olarak hesaplanan Planck sıcaklığı yaklaşık 1.4168 × 10 ^ 32 K'dir, bu da 140 milyon milyar milyar dereceden fazladır ve sadece ilk Planck zamanında (5,3912 × 10 ^ -44 saniye) evren doğduğunda ulaşılmıştır. Bu üst sıcaklık sınırı.
