Sıcaklıklar Neden 1 Milyar Dereceye Kadar Çıkıyor Ancak Sadece -273°C'ye Kadar Düşüyor?

Sıcaklık, günlük deneyimlerimize rağmen bizi kolayca şaşırtabilecek temel kavramlardan biridir. Ve bu sadece uzman olmayanlar için geçerli değil. Sıcaklık, yüzyıllardır çok önemli bir bilimsel kavram olmuştur ve sınırlarını anlamak, bizi saf bilimin çok ötesinde etkiler.

Her şey termodinamiğe, enerji, sıcaklık, ısı ve işin incelenmesi ve bunların birbirleriyle nasıl ilişkili olduğu, indirgenir. Dört yasa (sıfırıncıdan üçüncüye) o kadar temeldir ki, tamamen farklı disiplinlerde ortaya çıkarlar. Ve insanlar hayatlarını onları çürütmeye adadılar, ancak başarılı olamadılar.

Sıfırıncı yasa, sıcaklığın önemli bir deneysel parametre olduğunu ve termal dengenin geçişli bir ilişki olduğunu doğrular. Yani A cismi ve B cismi, C cismi ile termal dengedeyse, birbirleriyle de termal dengededirler. Bu, termometrelerin gerçekten de bir şeyleri ölçmenin doğru bir yolu olduğunu söylemek demektir ve eğer biri dünün X derece olduğunu ve ardından bugünün de X derece olduğunu söylerse, bu, her iki günün de aynı sıcaklığa sahip olduğu anlamına gelir.

Diğer üç yasa için en sevdiğimiz benzetmelerden biri, evreni bir kumar masası olarak hayal etmektir. Birinci yasa enerjinin korunumudur ve bu, yoktan bir şey yaratamayacağınız için bu masada kazanamayacağınızı bilmekle eşdeğerdir. İkinci yasa bize berabere bile kalamayacağımızı söyler. Hiçbir sistem yüzde 100 verimli değildir ve izole bir sistemde entropi her zaman artar. Üzgünüz, sürekli hareket makinesi hayranları, bu yapılamaz.

Üçüncüsü masadan kalkamazsınız der. Bu oyunu oynamamayı tercih edemezsiniz. Nereye giderseniz gidin termodinamik yasalarına tabisiniz ve bu yasalar mümkün olan en düşük nihai sıcaklığın olduğunu söylüyor: mutlak sıfır.

 

Mutlak sıfır nedir?

Bir cismin veya maddenin sıcaklığı, moleküllerinin hareketinden kaynaklanır. Ne kadar sıcak olursa, moleküller o kadar fazla titreşir. Termodinamik süreçlerle enerji bir sistemden uzaklaştırıldığında (örneğin bir buzdolabında olduğu gibi), moleküller yavaşlar.

Ve mutlak sıfırın devreye girdiği yer burasıdır. Moleküllerin durgun, hareketsiz olduğu bir nokta olacaktır. Onları daha fazla yavaşlatmanın bir yolu yoktur. Daha düşük bir sıcaklığa ulaşılamaz.

Mutlak sıfırın değeri -273,15°C veya Uluslararası Birimler Sistemi ölçeğinde basitçe 0 Kelvin'dir. Şimdiye kadar elde edilen en düşük sıcaklık rekoru, bir yıldan biraz daha uzun bir süre önce rubidyum gazının 38 pikokelvin'e (3,8 * 10^-11 K) soğutulmasıyla kırıldı, bu gerçekten mutlak sıfırın çok az üzerinde.

 

Evrendeki en yüksek sıcaklık ne?

İnsanlar simetriyi sever, peki bir alt sınır varsa bir üst sınır da var mıdır? Bir şeyin ne kadar sıcak olabileceği söz konusu olduğunda işler o kadar net değil. Laboratuarda şimdiye kadar oluşturulan en yüksek sıcaklık 5 trilyon Kelvin idi. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda oluşturuldu ve Büyük Patlama'dan birkaç an sonraki Evren'in sıcaklığıydı.

Ancak bundan daha sıcağa ulaşabilir miyiz? Kesinlikle mümkün olabilir. En sıcağın fiziğine gelince, henüz mutlak sıfır kadar kesin bir şey bulamadık. Mutlak sıcaklığın birkaç olasılığı var, örneğin parçacık çarpıştırıcılarında elde ettiğimizden 10.000 kat daha sıcak olabilir. Ancak kesin değil.

Fizikte bulunabilen tek sınır, Planck ölçeğine bağlıdır. Bu ölçü birimleri seti, yalnızca fiziksel sabitlere bağlıdır ve bildiğimiz şekliyle fiziğin parçalandığı yeri işaret etme eğilimindedir. Planck sıcaklığı 1,4 x 10³² K'ye eşittir. Bu, bir parçacık hızlandırıcıda elde edebileceğinizin 100 milyar milyar katıdır. Bilim insanları bundan daha sıcak olmanın mümkün olduğuna inanmıyor, ancak gerçek sınır çok daha düşük olabilir.

Bu içerik IFLSCIENCE’da yayınlanmıştır.