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Hein? pergunta tu. Sim, foi o que senti. E a questão não interfere apenas com as mentes de bonecos de física como eu. Vários físicos imploraram para não tentar responder, referindo-me a colegas. Até os que falaram sobre isso disseram coisas como” está um pouco fora da minha zona de conforto “e” acho que gostaria de pensar sobre isso.”Depois de a colocar a um cosmologista, houve silêncio no outro lado da linha por tempo suficiente que me perguntei se tínhamos uma chamada retirada.eu tinha tocado num nervo, porque, sem o meu conhecimento, a questão da temperatura mais alta chega ao centro das investigações actuais e das teorias propostas em cosmologia e física teórica. Na verdade, os cientistas que trabalham nestes campos estão zelosamente tentando responder a essa pergunta. Por quê? Porque, em algum sentido, nada menos do que o curso futuro da física repousa na resposta.

Contender #1-1032 K

certos modelos cosmológicos, incluindo o que tem mantido sway por décadas, o modelo padrão, posicionam uma temperatura teórica mais alta. Chama-se Temperatura de Planck, depois do físico alemão Max Planck, e é igual a cerca de 100 milhões de milhões de milhões de graus, ou 1032 Kelvin. “É ridículo é o que é”, disse o físico de Columbia Arlin Crotts quando lhe perguntei se ele poderia por favor colocar esse número em perspectiva para mim. “É um bilhão de bilhões de vezes a maior temperatura que temos que pensar” (em rajadas de raios gama e quasares, por exemplo). Isso ajudou.na verdade, ao contemplar a temperatura de Planck, você pode esquecer a perspectiva. Todos os termos habituais para muito escaldante, Grelhador, diabólico, insira o seu favorito aqui—provam ser absurdamente inadequados. Em resumo, dizer que 1032 K é quente é como dizer que o universo ocupa algum espaço.

qualquer que seja a temperatura mais alta, pode ser essencialmente equivalente à temperatura mais fria.

Na física convencional—isto é, o tipo que depende de Einstein da teoria da relatividade geral para descrever o muito grande e a mecânica quântica para descrever o muito pequeno—a temperatura de Planck foi atingido 10-43 segundos após o Big Bang tem em curso. Naquele instante, conhecido como um tempo de Planck, acredita-se que todo o universo tenha sido o comprimento de Planck, ou 10-35 metros. (Em física, Max Planck é o rei dos epônimos.) Uma temperatura muito alta em um espaço muito pequeno em um tempo muito curto após … bem, depois de quê? Essa é, sem dúvida, uma pergunta ainda maior—como começou o universo?- e não vamos para lá.

Uma parede de tijolo

O Planck temperatura é a mais alta temperatura na física convencional, porque a física convencional divide a essa temperatura. Acima de 1032 K—ou seja, antes de um tempo de Planck-os cálculos mostram que coisas estranhas, coisas desconhecidas, começam a acontecer a fenômenos que nos são próximos e queridos, como o espaço e o tempo. A teoria prevê que as energias de partículas se tornam tão grandes que as forças gravitacionais entre elas se tornam tão fortes quanto qualquer outra força. Ou seja, a gravidade e as outras três forças fundamentais do universo—o electromagnetismo e as forças nucleares fortes e fracas—tornam-se uma única força unificada. Sabendo como isso acontece, a chamada “teoria de tudo” é o Santo Graal da física teórica hoje.

“Nós não sabemos o suficiente sobre a natureza quântica da gravitação, mesmo para especular de forma inteligente sobre a história do universo antes de este tempo”, escreve o prêmio Nobel Steven Weinberg sobre isso-contra-a-tijolo-parede instantâneas em seu livro Os Três Primeiros Minutos. “Assim, quaisquer outros véus que possam ter sido levantados, há um véu, a uma temperatura de 1032 K, que ainda obscurece a nossa visão dos tempos mais antigos.”Até que alguém apresente uma teoria quântica amplamente aceita da gravidade, a temperatura de Planck, para físicos convencionais como Steven Weinberg, permanecerá a temperatura mais alta.

Concorrente #2-1030 K

String teóricos, os físicos que acreditam que o universo, em sua maioria, fundamental não consiste de partículas, mas de pequena, cordas vibrantes, ter a sua própria opinião sobre a temperatura. Falei com Robert Brandenberger, um cosmólogo teórico da Universidade McGill em Montreal. Junto com o teórico de cordas de Harvard Cumrun Vafa, Brandenberger propôs um modelo do universo inicial que é bastante diferente do modelo tradicional do Big Bang. (Eu devo notar que há muitos modelos lá fora; Estou tocando apenas alguns aqui.)

chamado de cosmologia dos gases de cadeia, este modelo apresenta uma temperatura máxima chamada de temperatura Hagedorn. (Tem o nome do falecido físico alemão Rolf Hagedorn.) “Esta é a temperatura máxima que a teoria das cordas prevê”, disse Brandenberger. Enquanto os teóricos das cordas não dão um número específico para a temperatura de Hagedorn, Brandenberger tem razões para pensar que é cerca de um por cento de seu primo teórico, o Planck. Isso faz com que seja cerca de 1030 K, ou duas ordens de magnitude abaixo do Planck.

Concorrente #3-1017 K

eu aprendi de outra ainda mais alta temperatura possível de Brandenberger, ex-estudante de pós-graduação, Stephon Alexander. Agora um professor assistente de física na Penn State, Alexander é um dos muitos físicos que estão ansiosamente aguardando o dia em que os funcionários do CERN no Swiss-French border Swiss no Grande Colisor de Hádrons, o maior acelerador de partículas do mundo.

uma razão pela qual eles estão animados tem a ver com a temperatura. Como Alexander me disse, ” pode ser que a temperatura seja—como eu acredito—a temperatura ou a energia em torno da energia que o LHC estará sondando. O LHC operará a 14 trilhões de elétrons volts, ou terra eletron volts, designado TeV. Quatorze TeV é igual a 1017 K, portanto 15 ordens de magnitude abaixo do Planck.por que o LHC poderia ajudar a determinar isso? Como Brandenberger me explicou, a teoria das cordas prevê que o espaço-tempo tem mais de quatro dimensões, 10 ou 11. “Agora, as outras dimensões, que estão escondidas para nós, poderiam ser muito, muito pequenas—poderiam ser cordas ou escala de Planck—ou então poderiam ser Escala de TeV.”E se essas dimensões extras provarem ser Escala TeV, ele diz, então a temperatura mais alta será escala TeV também.

Se houver uma temperatura mais quente, o que quer que seja, que tal algo ainda mais quente? Não há problema!

i asked Alexander what it would mean for physics if the Planck temperature turned to be Tev scale. “Oh meu Deus, esta seria uma das maiores descobertas da nossa espécie—você sabe, coisas de Einstein”, disse ele. “Seria tão grande como a descoberta da relatividade e da própria mecânica quântica. Brandenberger, por sua vez, acha que é “muito, muito improvável” que a temperatura superior terminus é escala TeV. Independentemente de quem tem razão nesta matéria—se, de facto, qualquer um deles tiver—será extremamente suspensivo ver o que surge do LHC, que está previsto para começar a funcionar em 2008. Diz Alexander: “eu tenho minhas ações investidas.”

Contender #4-0 K

como se pelo menos três opostos possíveis ao ZERO absoluto não fossem suficientes para pausar, o que Alexander me disse a seguir realmente pôs a minha cabeça a girar. Qualquer que seja a temperatura mais alta, ele disse, pode ser, apenas pode ser essencialmente equivalente à temperatura mais fria. “Em outras palavras, a temperatura zero é a mesma, em um sentido, que a temperatura de Planck.”como é que é?Alexandre descreveu duas maneiras potenciais de o universo começar. Ou estava à temperatura de Planck e depois inflado e arrefecido para criar o que vemos hoje. Ou começou a temperatura zero e acelerou à medida que se expandiu. “Então uma de duas situações poderia ter acontecido”, disse ele, ” e seria interessante se, de fato, ambas as situações são realmente o mesmo fenômeno subjacente.”

isto é, poderia a física da temperatura mais fria possível ser equivalente à física da temperatura mais quente possível? Considerando que além de ambos os limites-abaixo de um e acima do outro—o espaço e o tempo começam a fazer essas coisas estranhas e desconhecidas, Alexander acredita que é “uma conclusão lógica, uma possibilidade lógica. Porque não?”

Beyond the beyond

Why not, indeed? Depois de conversar com Alexander e outros no seu campo rarefeito, eu estava pronto para qualquer coisa. Que tal algo teoricamente mais quente que o Planck? Claro! Perguntei ao Jim Gates da Universidade de Maryland. “Tudo o que sabemos é que acima da temperatura de Planck, as regras mudam, mas … não sabemos para que as regras mudam”, disse ele. “Se alguém descobrir regras tão consistentes, então sim, é concebível que haverá temperaturas mais quentes.”

Que tal uma temperatura infinitamente alta? Muito bom! Afinal, a relatividade geral clássica exige uma temperatura infinitamente alta no início do universo, bem como no ponto mais central, a singularidade, dos buracos negros.

ou, se houver uma temperatura mais quente, o que quer que seja, que tal algo ainda mais quente? Não há problema! Em teoria, uma temperatura mais quente do que uma temperatura mais quente pode existir—é uma temperatura negativa. “The temperature scale from cold to hot runs +0 K, …, +300 K,…, + ∞ K, – ∞ K,…, -300 K,…, -0 K.”

quase giddy now, I again turned to Arlin Crotts for help. Se, teoricamente falando, você vai acima do Planck a uma temperatura infinitamente alta, o próximo passo além do Infinito é menos infinito? “Bem, você não está falando mais sobre distribuição térmica”, ele disse, “mas se você continuar empurrando, você basicamente vai através do infinito para menos infinito e então vir do outro lado.”Uau! “O que você realmente deveria estar prestando atenção”, acrescentou, ” é 1 sobre T , porque um sobre o infinito e outro sobre o infinito são basicamente a mesma coisa.”Totalmente!

concorrente # 5-Quem diabos sabe?

como você poderia ter adivinhado, por esta altura os físicos tinham me perdido—se não no início. Estava fora da minha zona de conforto.

no final, talvez a melhor resposta para a minha pergunta veio de Lee Smolin do Perimeter Institute for Theoretical Physics em Waterloo, Ontário. “Pode ser que o máximo que você vai ser capaz de dizer é que há uma possibilidade de que há uma temperatura mais alta possível”, ele me disse. “Mas deixa-me pensar … “