Nuo absoliučiojo nulio ligi... būsenos, kai daiktas taptų karštesnis už pačią temperatūrą (Video)

Arbata arba kava galima nusiplikyti burną, tačiau nei arbata, nei kava nėra karščiausias dalykas visatoje. O kas tada karščiausias? Žinome, kad visatos temperatūros skalėje egzistuoja absoliutusis nulis. O ar egzistuoja, kaip čia pavadinus... absoliučiai maksimali aukščiausia temperatūra – kai karšta taip, kad karščiau būti nebegali?

Pradėkime nuo žmogaus kūno. Mūsų kūnų vidinė temperatūra nėra pastovi. +37°C tėra vidurkis. Per parą žmogaus kūno temperatūra svyruoja maždaug 0,5°C.: žemiausia ji būna apie 4:30 val. ryto, aukščiausia – apie 19:00 val. vakaro. Principas "kuo šilčiau, tuo geriau" žmogaus organizmui netinka: jei jis įkais iki +42°C, organizmą beveik garantuotai ištiks mirtis.

Karščiausia Žemėje temperatūra oficialiai yra užregistruota El Azijoje (Libija) – ten ji yra pakilusi ligi +57,8°C. Nors, kaip spėjama iš palydovinių duomenų, oro paviršiaus temperatūra kai kuriuose planetos kampeliuose (pvz., Irane) gali šoktelėti ir ligi +70°C ir keliomis dešimtimis laipsnio dalių aukščiau.

Rekomenduojama kavos temperatūra yra +82°C, nuo +100°C iki kelių šimtų laipsnių temperatūroje kepami įvairūs patiekalai. Įkaitusios lavos temperatūra siekia apie +1090°C. Beje, pasigaminti savos gamybos lavos įmanoma ir savo kieme. Tereikia "saulės krosnies", apie kurios pasigaminimą iš seno televizoriaus taip pat esame visai neseniai rašę, ir, žinoma, saulėtos dienos.

Įstabu, turint omenyje, kad saulutė šitaip plieskia būdama net ir už 149,6 mln.km nuo Žemės! O štai pačios Saulės paviršius ir jo temperatūra – jau visai kita istorija. Čia tvyro maždaug +5500°C pragaras. Tačiau mūsų žvaigždės branduolyje tokia temperatūra būtų juokingai žema – nes Saulės branduolyje žioruoja net +15 000 000°C… Žodis "pragaras" jau panaudotas. Kokiu epitetu įvardyti Saulės branduolio temperatūrą? Tebūnie šis klausimas retorinis. Kai pasiekiama tokia karšta temperatūra, kokia tvyro Saulės branduolyje, išskiriamas nepaprastai didelis kiekis energijos. Jei iki tokios temperatūros pavyktų įkaitinti vinies galvutę, ji pražudytų visa kas gyva 1,6 km tūkst. km spinduliu. Taigi, objekto išspinduliuojama energija dažnai gali labai daug pasakyti ir apie to objekto temperatūrą.

Bet koks kūnas, kurio temperatūra aukštesnė už absoliutujį nulį, išspinduliuoja vienokio ar kitokio pavidalo elektromagnetinius spindulius. Žmonės nespinduliuoja regimojo dažnio spektre, tačiau mes visi tikrai skleidžiame infraraudonuosius spindulius. Jų nematome, tačiau infraraudonųjų spindulių kameros ir jutikliai mato. Taip buvo surastas ir Bostono maratono sprogdintojas.

Jei norite, kad kūnas švytėtų regimojo dažnio spindulių spektre, reikės pasiekti Dreiperio tašką (angl. – Draper point) – apie +525°C. Pasiekęs tokią temperatūrą, praktiškai bet kuris objektas pradės švytėti blausia rausva spalva. Kuo karštesnis objektas, tuo trumpesnes bangas jis spinduliuoja. Radijo bangos, mikrobangos, infraraudonieji spinduliai, regimasis spektras, ultravioletiniai spinduliai ir t.t. iki rentgeno spindulių ir gama spindulių. Šios dvi spinduliuotės rūšys generuojamos mūsų Saulės centre.

Pasiekusi tokią temperatūrą, medžiaga būna ne kieta, ne skysta, ne dujinė, o įgyja ketvirtąją agregatinę būseną, kai elektronai išsilaksto velniop nuo branduolių. Ši būsena vadinama plazma.

Visgi mūsų Saulė – nė iš tolo nėra karščiausias objektas visatoje. Taip, apie karščiausius kūnus visatoje kadaise esame šį tą rašę, o +15 000 000°C yra neapibūdinamas karštis, tačiau aukščiausias termobranduolinio sprogimo metu pasiektas temperatūrinis taškas yra 350 mln. kelvinų (kelvinas – toks pat laipsnis kaip ir Celsijaus skalės laipsnis, tik kelvinus yra priimta naudoti absoliutinėje temperatūros skalėje, t.y., kai temperatūros atskaitos taškas yra absoliutusis nulis. Kai kalbame apie milijonus laipsnių, maždaug 273 laipsnių skirtumas tarp 0 kelvinų ir 0°C tampa mažai reikšmingas).

Grįžkime prie žvaigždžių. 8 kartus už Saulę didesnės žvaigždės branduolyje paskutinę tokio šviesulio egzistavimo dieną, kai jis susitraukia (kolapsuoja), pasiekiama 3 mlrd. kelvinų temperatūra. Kitaip tariant, 3 gigakelvinai.

Tik tai – ne riba. Imkime 1 terakelviną (1 000 000 000 000 kelvinų). Pamenate, ne taip seniai minėjome plazmą, iš kurios sudaryta mūsų Saulė? Tai štai tokioje temperatūroje išlieka tik elektronai. O atomų branduolius sudarantys protonai ir neutronai išsilydo į kvarkus ir gliuonus – į subatomines daleles.

Tačiau koks karštas yra terakelvinas? Šiurpiai karštas. Yra tokia žvaigždė, pavadinta WR 104. Nuo mūsų ji nutolusi maždaug per 8 tūkst. šviesmečių. Jos masė prilygsta 25 mūsų saulių masei. Kai ateis laikas šiai žvaigždei mirti, kai prasidės jos kolapsas, jos vidinė temperatūra bus tokia aukšta, jog jos išspinduliuoti gama spinduliai paskleis energijos tiek, kiek per visą savo egzistenciją neišspinduliuotų nė Saulė.

Gama spindulių žybsniai yra nuožmus fenomenas. Laimei, Žemė kol kas yra gana saugi. O jei nebūtų? Kai vieną dieną WR 104 kolapsuos, net jei Žemė bus už 4,702 trilijonų mylių nuo šios žvaigždės, sprogimo metu išsiskyrusi energija mūsų planetai reikštų labai prastas naujienas. 10 sekundžių pakaktų, kad būtų sunaikintas ketvirtis Žemės atmosferos ozono sluoksnio. Rezultatas – masinis gyvybės išmirimas, mitybinių grandinių suardymas ir visuotinis badas. Visa tai – dėl to, kad ši žvaigždė yra už 8 tūkst. šviesmečių.

Tačiau grįžkime į Žemę. CERN. Unikali tyrimų laboratorija Šveicarijoje. Joje mokslininkai įsigudrino kaktomuša sudurti protonus su atomų branduoliais. Rezultatas – temperatūra, gerokai aukštesnė už 1 terakelviną. Jei tiksliau, CERN tyrėjams pavyko pasiekti 2-3 eksakelvinų (1 eksakelvinas = 1 000 000 000 000 000 000 kelvinų) temperatūrą. Tačiau mes visi tebesame gyvi ir sveiki, kadangi nežemiškos temperatūros CERN trunka nepaprastai trumpai ir į tokią „aferą“ būna įtraukta labai nedaug dalelių.

Tačiau karčiui tai – dar ne riba. Pamenate, buvo išsakyta mintis, jog kuo aukštesnė temperatūra, tuo trumpesnes bangas kūnas išspinduliuoja? Jei kūną pavyktų įkaitinti ligi 141 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 kelvinų (141 mlrd. mlrd. mlrd. kelvinų), išspinduliuotos bangos ilgis siektų 0,00000000000000000000000001616 nanometro (nuliukų po kablelio – 25). Toks ekstremaliai trumpas bangos ilgis turi specialų pavadinimą – Planko ilgis (angl. – Planck length). Pagal kvantinės mechanikos teorijas, tai yra trumpiausias įmanomas atstumas visatoje.

O jei į tokį žaizdrą įpiltume dar energijos? Ar banga nesutrumpėtų? Lyg ir turėtų, bet kad nebėra kur trumpėti… Čia susiduriame su problema. Virš 141 mlrd. mlrd. mlrd. kelvinų (Planko temperatūra) jokios teorijos nebeveikia. Objektas tokiu atveju taptų karštesnis už… temperatūrą. Objektas būtų toks karštas, kad tai, kuo jis būtų, nebūtų galima charakterizuoti temperatūros parametrais.

Teoriškai kaitinamą objektą galima būtų veikti neribotu energijos kiekiu. Tiesiog mokslui kol kas nežinoma, kas su objektu įvyktų, jei objektas viršytų Planko temperatūrą. Pirštųsi mintis, jog, ko gero, įvykus tokiai temperatūros anomalijai, objektas turėtų virsti mažų mažiausiai juodąja bedugne. Beje, dėl energijos pertekliaus susidariusi juodoji bedugnė turi specialų pavadinimą – kugelblicas (kugelblitz).

Tad, jei norėsis kam nors išsakyti komplimentą apie karštą temperamentą – tokį karštą, kad net mokslas tiek „netraukia“ – pavadinkite tą žmogų kugleblicu, siūlo Maiklas (Michael) iš „Vsauce“ :)

O pabaigai – dar žiupsnelis įdomybių. Saulei yra maždaug 4,7 mlrd. metų. Tai – maždaug pusė jos gyvenimo trukmės. Iki šiol ji yra sudeginusi medžiagos, kurios pakaktų 100 Žemių. Lyg ir nemažai? Bet kad Saulė yra 300 000 Žemių dydžio.

Galima matematiškai pasismaginti mėginant palyginti, pvz., savo asmeninį energijos išspinduliavimo lygį su Saulės išspinduliuojama energija. Teisybė, saulutė begalę sykių karštesnė už mus ir turi už mus gerokai daugiau energijos. BET! Nors tai ir nieko nereiškia, techniškai teisinga yra tai, kad kubinis centimetras žmogaus išspinduliuoja daugiau energijos nei kubinis centimetras… Saulės!

:)

Tačiau apie tai – galbūt kurį nors kitą kartą. Vasara ilga, tad progų prisiminti šilumą (ir, ko gero, ne tik ją?) neturėtų stigti :)

   

Facebook komentarai