Absolute Hot

今後のNOVAプログラムや関連コンテンツに関する電子メールを受信するだけでなく、科学私たちの多くにとって、私たちが考えることができる最もホットなものは太陽のコアかもしれません。 しかし、それはおよそ107度であるように焼く、それは物理学者が提案する現在の最高温度よりも25桁寒いです。

礼儀NASAジョンソン宇宙センター

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あなたは尋ねます。 ああそう感じた そして、質問は私のような物理学のダミーの心を混乱させるだけではありません。 何人かの物理学者は、私を同僚に紹介して、それに答えようとしていることを懇願しました。 それについて話した人でさえ、”それは私の快適ゾーンから少し外れている”と”私はそれを反芻したいと思うと思う”のようなことを言った。「私が一人の宇宙学者にそれを提起した後、私たちが電話を落としたかどうか疑問に思うほど長い間、ラインのもう一方の端に死んだ沈黙がありました。私には知られていないが、最高温度の質問は、現在の問い合わせや宇宙論と理論物理学の理論の中心に到達するので、私は神経に触れていました。 確かに、これらの分野で働く科学者たちは熱心にその質問に答えようとしています。 どうして？ なぜなら、ある意味では、将来の物理学のコース以上のものは答えにかかっていないからです。

候補#1-1032K

数十年にわたって揺れてきたものを含む特定の宇宙論的モデル、標準モデルは、理論的な最高温度を仮定します。 ドイツの物理学者マックス-プランクにちなんでプランク温度と呼ばれ、約100万万万万度、つまり1032ケルビンに相当します。 彼は私のために視点でその番号を入れてくださいすることができますかどうか、私は彼に尋ねたとき、”それはそれが何であるかはばかげている、” 「それは私たちが考えなければならない最大の温度の10億倍です」（例えば、ガンマ線バーストやクエーサーで）。 ああ、それは助けた。

正直なところ、プランク温度を熟考するとき、あなたは視点を忘れることができます。 非常に暑いためのすべての通常の用語—灼熱、焼く、地獄のような、ここにあなたのお気に入りを挿入する—馬鹿げたほど不十分であることを証明します。 要するに、1032Kが熱いと言うことは、宇宙がある空間を占めると言うことのようなものです。

従来の物理学では、アインシュタインの一般相対性理論に依存して非常に大きなものを記述し、量子力学を非常に小さいものを記述するようなもので、ビッグバンが進行してから10—43秒後にプランク温度に達した。 その瞬間、1つのプランク時間として知られている、宇宙全体がプランクの長さ、または10-35メートルであったと考えられています。 （物理学では、Max Planckは名を冠した王です。）後に非常に短い時間で非常に小さな空間で非常に高い温度…まあ、何の後？ それは間違いなくさらに大きな質問です—宇宙はどのように始まったのですか？-そこには行かない

レンガの壁

プランク温度は、従来の物理学がその温度で分解するため、従来の物理学で最も高い温度です。 1032Kを超える—つまり、1つのプランク時間よりも早い—計算は、奇妙なこと、未知のことが、空間と時間のように、私たちが近くに保持している現象に起こ 理論は、粒子のエネルギーが非常に大きくなり、それらの間の重力が他の力と同じくらい強くなると予測しています。 つまり、重力と宇宙の他の3つの基本的な力、すなわち電磁気学と強弱の核力は、単一の統一された力になります。 それがどのように起こるかを知っている、いわゆる”すべての理論”は、今日の理論物理学の聖杯です。

“私たちは、この時間の前に宇宙の歴史について知的に推測するためにも、重力の量子的性質について十分に知らない”とノーベル賞受賞者Steven Weinbergは、彼の本”The First Three Minutes”の中でこのレンガ壁の瞬間について書いている。 “したがって、他のベールが持ち上げられたかもしれないものは何でも、1032Kの温度で一つのベールがあり、それはまだ最古の時代の私たちの見解を不明瞭に「誰かが広く受け入れられている重力の量子理論を思いつくまで、Steven Weinbergのような従来の物理学者のためのプランク温度は最高の温度のままです。

候補#2-1030K

弦理論家、宇宙の最も基本的なものは粒子ではなく、小さな振動する弦で構成されていると信じている物理学者は、独自の温度 モントリオールのマギル大学の理論宇宙学者であるRobert Brandenbergerに話を聞きました。 ハーバードの弦理論家Cumrun Vafaと一緒に、Brandenbergerは、伝統的なビッグバンモデルとは全く異なる初期宇宙のモデルを提案しました。 （私はそこに多くのモデルがあることに注意する必要があります;私はここでいくつかだけに触れています。)

ストリングガス宇宙論と呼ばれるこのモデルは、ハゲドルン温度と呼ばれる最高温度を仮定します。 （これは、後期ドイツの物理学者ロルフHagedornにちなんで命名されています。）「これは弦理論が予測する最大温度です」とBrandenbergerは私に言いました。 弦理論家はHagedorn温度の特定の数を与えていませんが、Brandenbergerはそれが理論的ないとこであるPlanckの約1％であると考える理由があります。 それはそれを約1030K、またはプランクの2桁下にします。

候補＃3-1017K

私はブランデンバーガーの元大学院生、ステフォンアレクサンダーからさらに別の最高 現在、ペンシルベニア州立大学の物理学の助教授であるアレクサンダーは、スイスとフランスの国境にあるCERNの職員が、世界最大の粒子加速器である大型ハドロン衝突型加速器を切り替える日を熱心に待っている多くの物理学者の一人です。彼らが興奮している理由の一つは、温度と関係があります。

アレクサンダーが私に言ったように、「私が信じているように、温度はLHCが探査するエネルギーの周りの温度またはエネルギーであるかもしれません。「LHCは、14兆電子ボルト、またはterra電子ボルトで動作し、TeVと指定されます。 フォーティーンTeVは1017Kに等しいため、プランクよりも15桁低い。

なぜLHCがこれを判断するのに役立つのでしょうか？

Brandenbergerが私に説明したように、弦理論は時空が10または11のいずれかの4つ以上の次元を持っていると予測しています。 “今、私たちに隠されている他の次元は、非常に、非常に小さいかもしれません—彼らは文字列やプランクスケールかもしれません—または他の彼らはTeVスケー「そして、これらの余分な寸法がTeVスケールであることが判明した場合、彼は言います、そして、一番上の温度はあまりにもTeVスケールになります。

私はプランク温度がTeVスケールであることが判明した場合、それは物理学のために何を意味するかAlexanderに尋ねました。 “ああ、私の神、これは私たちの種の最大のブレークスルーの一つになるだろう—あなたが知っている、アインシュタインのもの、”と彼は言った。 「それは相対性理論と量子力学そのものの発見と同じくらい大きいでしょう。”ブランデンベルガーは、彼の部分のために、それは温度の上部末端がTeVスケールであることを”非常に、非常に長いショット”だと考えています。 このスコアに誰が正しいかにかかわらず、実際にはどちらかがそうであれば、2008年に運用を開始する予定のLHCから何が起こるかを見ることは釘で アレクサンダーは言う：”私は私の株式が投資を持っています。”

候補＃4-0K

絶対零度に少なくとも三つの異なる可能な反対が一時停止されていないかのように-十分に与え、アレクサンダーが次に私に言ったことは本当に私の頭の回転を設定しました。 最高の温度が何であれ、彼は言った、それはちょうど最も寒い温度と本質的に同等であるかもしれないかもしれません。 「言い換えれば、ゼロ温度は、ある意味ではプランク温度と同じです。”

また来ますか？

アレクサンダーは、宇宙が始まった二つの潜在的な方法を説明しました。 どちらかそれはプランクの温度にあったし、膨張し、我々が今日見るものを作成するために冷却しました。 またはそれはゼロ温度で始まり、拡大すると同時にスピードをあげました。 “だから、二つの状況のいずれかが起こっている可能性があり、”彼は言った、”確かに、両方の状況が本当に同じ根本的な現象であれば、それは興味深いだろう。”

つまり、可能な限り寒い温度の物理学は、可能な限り暑い温度の物理学と同等である可能性がありますか？ 一方の下と他方の上の両方の限界を超えて、空間と時間が奇妙で未知のことを始めることを考えると、Alexanderはそれが”論理的な結論、論理的な可能性である なぜいけないか。”

beyond the beyond

なぜ、確かに？ 彼の希少な分野でアレキサンダーや他の人とチャットした後、私は何のためにアップしていました。 プランクよりも理論的に熱いものはどうですか？ 確かに！ 私はメリーランド大学のジム-ゲイツに尋ねました。 “私たちが知っているのは、プランク温度を超えるとルールが変わるということだけですが、…ルールが何に変わるのか分かりません”と彼は言いました。 “誰かがそのような一貫したルールを把握している場合は、はい、それはより暑い温度があることが考えられます。”

どのように無限に高温はどうですか？ すごい！ 結局のところ、古典的な一般相対性理論は、宇宙の始まりだけでなく、ブラックホールの中心点である特異点でも無限に高い温度を求めています。p>

または、最も暑い温度がある場合、それが何であれ、より暑いものはどうですか？ いいえ問題ありません！ 理論的には、最も熱い温度よりも熱い温度が存在する可能性があります—それは負の温度です。 Charles KittelとHerbert Kroemerが古典的なテキストThermal Physicsで書いているように、「冷たいから熱いまでの温度スケールは+0K、…、+300K、…、+∞K、-∞K、…、-300K、…、-0Kです。”

ほとんど目まい今、私は再び助けのためにアーリンクロッツになった。 理論的に言えば、プランクの上を無限に高温にすると、無限を超えた次のステップはマイナス無限大ですか？ “まあ、あなたはもう熱分布について話していません”と彼は言いました、”しかし、あなたがそれを押し続けるならば、あなたは基本的に無限大を通ってマイナス無限大に行き、それから反対側に来ます。「うわー！ 「あなたが本当に注意を払うべきことは、無限大以上とマイナス無限大以上のものは基本的に同じものであるため、T以上の1です」と彼は付け加えま”完全に！

候補#5-一体誰が知っていますか？あなたが推測しているかもしれないように、この時点で物理学者は私を失っていました—最初はそうではないにしても。 私は私の快適ゾーンから出ていた。最後に、おそらく私の質問に対する最良の答えは、オンタリオ州ウォータールーのPerimeter Institute for Theoretical PhysicsのLee Smolinから来ました。 「あなたが言うことができるのは、可能な限り最高の温度がある可能性があるということかもしれません」と彼は私に言いました。 “しかし、私はそれを熟考してみましょう……”

編集者のメモ

この機能は、もともとNOVAプログラムAbsolute Zeroのサイトに登場しました。