Onko lämpötilalla yläraja?

Asteikon alapäässä absoluuttinen nollapiste tarkoittaa matalinta mahdollista lämpötilaa. Onko myös asteikon yläpäässä jokin lämpötila, jota ei voida ylittää?

Asteikon alapäässä absoluuttinen nollapiste tarkoittaa matalinta mahdollista lämpötilaa. Onko myös asteikon yläpäässä jokin lämpötila, jota ei voida ylittää?

Nykyisiin fysiikan teorioihin sisältyy absoluuttisen nollapisteen, joka vastaa –273,15 astetta, lisäksi lämpötilan yläraja: 1,42 x 10^32 eli 142 miljoonaa miljoonaa miljoonaa miljoonaa miljoonaa astetta.

Tätä kutsutaan Planckin lämpötilaksi sen ennustaneen saksalaisen kvanttimekaniikan kehittäjän Max Planckin mukaan.

Aineen lämpötila ilmaisee sen muodostavien hiukkasten värähtelyn, lämpöliikkeen. Hiukkaset värähtelevät sitä nopeammin, mitä lämpimämpi aine on.

Absoluuttisessa nollapisteessä atomien lämpöliike lakkaa, joten mikään aine ei voi olla sitä kylmempi. Planck tajusi, että hiukkasten värähtely ei voi nopeutua rajattomasti.

Cernin LHC-hiukkaskiihdyttimellä tehdyn kokeen aikana mitattiin ennätyksellisen korkea lämpötila, kun protonit törmäsivät valtavalla voimalla lyijyioneihin ja saivat aikaan universumin alkukeiton.

© SDO/NASA & Julien Ordan/CERN

Lyijyioni- ja protonikimput kiihdytettiin vastakkaisiin suuntiin lähelle valonnopeutta. Kun kimput iskeytyivät toisiaan vasten, melkein kaikki niiden liike-energia muuttui lämmöksi.

© SDO/NASA & Julien Ordan/CERN

Lämpötilaksi törmäyshetkellä määritettiin 5,5 × 10^12 astetta. Se on tiettävästi korkein lämpötila maailmankaikkeudessa. Törmäyksessä syntyi kvarkki-gluoniplasmaa, joka vastaa alkuräjähdyksen jälkeistä alkukeittoa.

Värähtelynopeus määrää nimittäin aallonpituuden ja siten sen valon värin, jota lämmin kappale lähettää.

Esimerkiksi kuuman metallin loiste valkenee valkenemistaan lämpötilan noustessa.

Aallonpituus lyhenee sitä mukaa kuin lämpötila nousee, mutta kvanttimekaniikan mukaan aallonpituudet saavuttavat absoluuttisen miniminsä Planckin lämpötilassa.

Cernin ALICE-ilmaisin on mitannut tiettävästi maailmankaikkeuden korkeimman lämpötilan.

© SDO/NASA & Julien Ordan/CERN

Se siis asettaa ylärajan aineen kuumenemiselle. Oletettavasti mikään ei ole koskaan ollut Planckin lämpötilassa.

Silloin, kun maailmankaikkeus syntyi ja kaikki aine ja energia oli kerääntynyt yhteen pisteeseen, lämpötilan oletetaan olleen "vain" 10^27 astetta.