absolut Hot

primiți e-mailuri despre programele NOVA viitoare și conținutul aferent, precum și raportarea prezentată despre evenimentele curente printr-un obiectiv științific.

nu? tu întrebi. Da, așa m-am simțit. Și întrebarea nu se încurcă doar cu mințile unor manechine de fizică ca mine. Mai mulți fizicieni s-au rugat să încerce să răspundă, referindu-mă la colegi. Chiar și cei care au vorbit despre asta au spus lucruri de genul „este puțin în afara zonei mele de confort” și „cred că aș vrea să mă gândesc la asta.”După ce am pozat – o unui cosmolog, a existat o tăcere moartă la celălalt capăt al liniei suficient de mult încât m-am întrebat dacă am avut un apel abandonat.

am atins un nerv, pentru că, fără să știu, întrebarea cu cea mai mare temperatură ajunge la inima anchetelor actuale și a teoriilor propuse în cosmologie și fizică teoretică. Într-adevăr, oamenii de știință care lucrează în aceste domenii încearcă cu zel să răspundă la această întrebare. De ce? Pentru că, într-un anumit sens, nimic mai puțin decât viitorul curs al fizicii se bazează pe răspuns.

pretendent #1-1032 K

anumite modele cosmologice, inclusiv cel care a deținut influența de zeci de ani, Modelul Standard, prezintă o temperatură teoretică cea mai ridicată. Se numește temperatura Planck, după fizicianul German Max Planck, și este egală cu aproximativ 100 de milioane de milioane de milioane de milioane de grade, sau 1032 Kelvin. „Este ridicol este ceea ce este”, a spus fizicianul Columbia Arlin Crotts când l-am întrebat dacă ar putea, vă rog, să pună acest număr în perspectivă pentru mine. „Este de un miliard de miliarde de ori cea mai mare temperatură la care trebuie să ne gândim” (în exploziile de raze gamma și quasari, de exemplu). Asta a ajutat.

sincer, atunci când contemplăm temperatura Planck, puteți uita perspectiva. Toți termenii obișnuiți pentru foarte cald-arzător, broiling, infernal, introduceți favoritul dvs. aici—se dovedesc ridicol inadecvate. Pe scurt, a spune că 1032 K este fierbinte este ca și cum ai spune că universul ocupă ceva spațiu.

oricare ar fi temperatura cea mai ridicată, ar putea fi în esență echivalentă cu cea mai rece temperatură.

în fizica convențională—adică genul care se bazează pe teoria relativității generale a lui Einstein pentru a descrie mecanica foarte mare și cuantică pentru a descrie foarte mic—temperatura Planck a fost atinsă la 10-43 de secunde după Big Bang a început. În acel moment, cunoscut sub numele de One Planck time, se crede că întregul univers a fost lungimea Planck, sau 10-35 de metri. (În fizică, Max Planck este regele omonimului.) O temperatură extrem de ridicată într-un spațiu extrem de mic într-un timp extrem de scurt după … ei bine, după ce? Aceasta este, fără îndoială, o întrebare și mai mare—cum a început universul?- și nu vom merge acolo.

un zid de cărămidă

temperatura Planck este cea mai ridicată temperatură din fizica convențională, deoarece fizica convențională se descompune la acea temperatură. Peste 1032 K—adică mai devreme de un timp Planck—calculele arată că lucruri ciudate, lucruri necunoscute, încep să se întâmple fenomenelor pe care le deținem aproape și dragi, cum ar fi spațiul și timpul. Teoria prezice că energiile particulelor devin atât de mari încât forțele gravitaționale dintre ele devin la fel de puternice ca orice alte forțe. Adică gravitația și celelalte trei forțe fundamentale ale universului-electromagnetismul și forțele nucleare puternice și slabe—devin o singură forță unificată. Știind cum se întâmplă acest lucru, așa-numita „teorie a tuturor lucrurilor”, este sfântul graal al fizicii teoretice de astăzi.

„nu știm suficient despre natura cuantică a gravitației nici măcar pentru a specula inteligent despre istoria universului înainte de acest moment”, scrie laureatul Nobel Steven Weinberg despre această clipă de cărămidă în cartea sa primele trei minute. „Astfel, orice alte văluri ar fi putut fi ridicate, există un văl, la o temperatură de 1032 K, care încă ne ascunde viziunea asupra celor mai vechi timpuri.”Până când cineva va veni cu o teorie cuantică a gravitației larg acceptată, temperatura Planck, pentru fizicienii convenționali precum Steven Weinberg, va rămâne cea mai ridicată temperatură.

pretendent #2-1030 K

teoreticienii corzilor, acei fizicieni care cred că universul la cel mai fundamental constă nu din particule, ci din corzi mici, vibrante, au propria lor abordare asupra temperaturii. Am vorbit cu Robert Brandenberger, un cosmolog teoretic la Universitatea McGill din Montreal. Împreună cu teoreticianul de coarde de la Harvard Cumrun Vafa, Brandenberger a propus un model al Universului timpuriu care este destul de diferit de cel al modelelor tradiționale Big Bang. (Ar trebui să menționez că există multe modele acolo; ating doar câteva aici.)

numit cosmologie cu gaz de coarde, acest model prezintă o temperatură maximă numită temperatura Hagedorn. (Este numit după regretatul fizician German Rolf Hagedorn.) „Aceasta este temperatura maximă pe care o prezice teoria corzilor”, mi-a spus Brandenberger. În timp ce teoreticienii șirurilor nu dau un număr specific pentru temperatura Hagedorn, Brandenberger are motive să creadă că este aproximativ un procent din vărul său teoretic, Planck. Asta face aproximativ 1030 K, sau două ordine de mărime sub Planck.

Pretender #3-1017 K

am aflat de încă o altă temperatură posibilă cea mai ridicată de la fostul student absolvent al lui Brandenberger, Stephon Alexander. Acum, profesor asistent de fizică la Penn State, Alexander este unul dintre numeroșii fizicieni care așteaptă cu nerăbdare ziua în care oficialii de la CERN, la granița Elvețiano-Franceză, vor comuta pe Large Hadron Collider, cel mai mare accelerator de particule din lume.

un motiv pentru care sunt entuziasmați are legătură cu temperatura. După cum mi—a spus Alexander, „s—ar putea ca temperatura să fie-așa cum cred eu-temperatura sau energia din jurul energiei pe care LHC o va cerceta.”LHC va funcționa la 14 trilioane de electroni volți, sau terra Electron volți, desemnat TeV. Paisprezece TeV este egal cu 1017 K, deci 15 ordine de mărime sub Planck.

de ce ar putea ajuta LHC să determine acest lucru? După cum mi-a explicat Brandenberger, teoria corzilor prezice că spațiul-timp are mai mult de patru dimensiuni, fie 10, fie 11. „Acum, celelalte dimensiuni, care ne sunt ascunse, ar putea fi foarte, foarte mici—ar putea fi corzi sau scară Planck—sau altfel ar putea fi scară TeV.”Și dacă aceste dimensiuni suplimentare se dovedesc a fi scara TeV, spune el, atunci temperatura cea mai de sus va fi și scara TeV.

dacă există o temperatură mai caldă, orice ar fi, Ce zici de ceva și mai fierbinte? Nici o problemă!

l-am întrebat pe Alexandru ce ar însemna pentru fizică dacă temperatura Planck s-ar dovedi a fi scara TeV. „Oh, Doamne, aceasta ar fi una dintre cele mai mari descoperiri ale speciei noastre—știți, chestii Einstein”, a spus el. „Ar fi la fel de mare ca descoperirea relativității și a mecanicii cuantice în sine. Brandenberger, la rândul său, crede că este o” lovitură foarte, foarte lungă ” că capătul superior al temperaturii este scara TeV. Indiferent de cine are dreptate în acest sens—dacă, de fapt, oricare este-va fi dureros de suspans să vedem ce apare din LHC, care urmează să înceapă să funcționeze în 2008. Spune Alexander: „am stocul meu investit.”

pretendent #4-0 K

ca și cum cel puțin trei posibile opuse diferite la zero absolut nu ar fi suficient de pauză, ceea ce Alexander mi-a spus în continuare mi-a pus capul în mișcare. Oricare ar fi temperatura cea mai ridicată, a spus el, ar putea fi, în esență, echivalentă cu cea mai rece temperatură. „Cu alte cuvinte, temperatura zero este aceeași, într-un anumit sens, ca temperatura Planck.”

Vino din nou?

Alexandru a descris două moduri potențiale în care universul a început. Fie a fost la temperatura Planck și apoi umflat și răcit pentru a crea ceea ce vedem astăzi. Sau a început la temperatura zero și s-a accelerat pe măsură ce s-a extins. „Deci, una dintre cele două situații s-ar fi putut întâmpla”, a spus el, „și ar fi interesant dacă, într-adevăr, ambele situații sunt într-adevăr același fenomen de bază.”

adică, ar putea fizica celei mai reci temperaturi posibile să fie echivalentă cu fizica celei mai fierbinți temperaturi posibile? Având în vedere că dincolo de ambele limite—sub una și deasupra celeilalte—spațiul și timpul încep să facă acele lucruri ciudate, necunoscute, Alexander crede că este „o concluzie logică, o posibilitate logică. De ce nu?”

dincolo de dincolo

De ce nu, într-adevăr? După ce am discutat cu Alexander și cu alții în domeniul său rarefiat, eram pregătit pentru orice. Ce zici de ceva teoretic mai fierbinte decât Planck? Sigur! L-am întrebat pe Jim Gates de la Universitatea din Maryland. „Tot ce știm este că, deasupra temperaturii Planck, regulile se schimbă, dar … nu știm la ce se schimbă Regulile”, a spus el. „Dacă cineva își dă seama de reguli atât de consistente, atunci da, este posibil să existe temperaturi mai calde.”

Ce zici de o temperatură extrem de ridicată? Grozav! La urma urmei, relativitatea generală clasică necesită o temperatură infinit de ridicată chiar la începutul universului, precum și în punctul central, singularitatea găurilor negre.

sau, dacă există o temperatură mai fierbinte, orice ar fi, Ce zici de ceva chiar mai fierbinte? Nici o problemă! În teorie, o temperatură mai caldă decât o temperatură mai fierbinte poate exista—este o temperatură negativă. După cum scriu Charles Kittel și Herbert Kroemer în textul lor clasic Fizica termica, ” scara de temperatură de la rece la cald rulează +0 K, …, +300 K,…, + XCT, – XCT, …, -300 K, …, -0 K.”

aproape amețit acum, am apelat din nou la Arlin Crotts pentru ajutor. Dacă, teoretic vorbind, mergeți deasupra Planck la o temperatură infinit de ridicată, următorul pas dincolo de infinit este minus infinit? „Ei bine, nu mai vorbiți despre distribuția termică”, a spus el, „dar dacă continuați să o împingeți, practic treceți prin infinit până la minus infinit și apoi veniți pe cealaltă parte.”Uau! „Ceea ce ar trebui să fii atent”, a adăugat el, „este 1 peste T , pentru că unul peste infinit și unul peste minus infinit sunt practic același lucru.”Total!

pretendent # 5-Cine naiba știe?

după cum ați fi putut ghici, până în acest moment fizicienii m—au pierdut-dacă nu chiar la început. Am ieșit din zona mea de confort.în cele din urmă, poate cel mai bun răspuns la întrebarea mea a venit de la Lee Smolin de la Perimeter Institute for Theoretical Physics din Waterloo, Ontario. „S-ar putea ca cel mai mult să puteți spune este că există posibilitatea ca temperatura să fie cea mai ridicată posibilă”, mi-a spus el. „Dar lasă-mă să-l mull peste….”