Por lo que sabemos sobre nuestro Universo, la temperatura más fría posible es cero grados Kelvin ‘absolutos’, o -273,15 °C. Pero, ¿qué pasa con la temperatura más alta posible?
La física es un poco confusa sobre cómo se ve el más caliente de los calientes, pero teóricamente hablando, tal cosa existe, o al menos existió, una vez. Se llama la temperatura de Planck, pero, como todo en la vida, tampoco es tan simple.
¿Qué es la temperatura, de todos modos?
Lo primero que podría venir a la mente al pensar en la temperatura podría ser una descripción de la cantidad de calor que contiene un objeto. O, para el caso, no contiene.
El calor, o energía térmica, es una parte importante de la explicación. Nuestra comprensión intuitiva del calor es que fluye de fuentes con temperaturas más altas a aquellas con temperaturas más bajas, como una taza de té humeante que se enfría mientras la soplamos.
En términos físicos, la energía térmica se parece más a un promedio de movimientos aleatorios en un sistema, generalmente entre partículas como átomos y moléculas. Coloca dos objetos con cantidades variables de energía térmica lo suficientemente cerca como para tocarlos, y los movimientos aleatorios se combinarán hasta que ambos objetos estén en equilibrio. Como forma de energía, el calor se mide en unidades de joules.
La temperatura, por otro lado, describe la transferencia de energía de las regiones más calientes a las más frías, al menos teóricamente. Por lo general, se describe como una escala, en unidades como Kelvin, Celsius o Fahrenheit. La llama de una vela puede tener una temperatura alta en comparación con un iceberg, pero la cantidad de energía térmica en su mecha calentada no hará mucha diferencia cuando se coloca contra la montaña de agua congelada.
Entonces, ¿qué es exactamente el cero absoluto?
El cero absoluto es una temperatura, por lo que es una medida de la transferencia relativa de energía térmica. En teoría, marca un punto en una escala de temperatura en el que no se puede eliminar más energía térmica de un sistema, gracias a las leyes de la termodinámica.
En términos prácticos, este punto preciso está siempre fuera de alcance. Pero podemos acercarnos tentadoramente: todo lo que necesitamos son formas de disminuir la cantidad promedio de energía térmica distribuida entre las partículas de un sistema, tal vez con la ayuda de láseres o el tipo correcto de campo magnético giratorio. Pero al final, siempre hay un promedio de energía que dejará la temperatura una fracción por encima del límite teórico de lo que se puede extraer.
¿Cuál es la temperatura más alta posible?
Si el cero absoluto establece un límite para extraer energía térmica de un sistema, podría ser lógico que también haya un límite para la cantidad de energía térmica que podemos introducir en uno. Hay, de hecho, hay un par de límites, dependiendo precisamente de qué tipo de sistema estemos hablando.
En un extremo está algo llamado temperatura de Planck, y es equivalente a 1.417 x 1032 Kelvin (o algo así como 141 millones de millones de millones de millones de millones de grados). Esto es a lo que la gente a menudo se refiere como el ‘calor absoluto’. Nada en el Universo de hoy se acerca a este tipo de temperaturas, pero existió por un breve momento justo en los albores de los tiempos. En esa fracción de segundo, una sola unidad de tiempo de Planck, de hecho, cuando el tamaño del Universo era solo una longitud de Planck, el movimiento aleatorio de su contenido fue lo más extremo posible.
Más caliente, y fuerzas como el electromagnetismo y las fuerzas nucleares estarían a la par con la fuerza de la gravedad. Explicar cómo se ve esto exige una física que aún no conocemos, una que une lo que sabemos sobre la mecánica cuántica con la teoría general de la relatividad de Einstein.
Esas son también algunas condiciones bastante específicas. El tiempo y el espacio nunca volverán a estar tan confinados. Hoy en día, lo mejor que el Universo puede manejar son los insignificantes billones de grados que creamos cuando aplastamos átomos en un colisionador.
Lo opuesto al cero absoluto
Pero hay otra forma de ver el calor, una que da la vuelta a toda la cuestión de la temperatura. Tenga en cuenta que la energía térmica describe un promedio de movimientos entre las partes de un sistema. Todo lo que se necesita es un pequeño porcentaje de sus partículas volando caóticamente para calificar como ‘caliente’.
Entonces, ¿qué sucede si cambiamos este estado y tenemos muchas más partículas rápidas que lentas? Es lo que los físicos llaman una distribución invertida de Maxwell-Boltzman y, extrañamente, se describe usando valores que van por debajo del cero absoluto.
Este extraño sistema parece descartar el libro de reglas de la física. No solo lo cuantificamos como negativo al cero absoluto, es técnicamente más caliente que cualquier valor positivo. Literalmente más caliente que caliente.
Como una peculiaridad de las estadísticas, no es algo que encontraríamos en ningún rincón natural del Universo. Por un lado, requeriría una cantidad infinita de energía, y algo más.
Eso no significa que no podamos torcer un poco las reglas y hacer algo así. En 2013 lo demostraron físicos de la Universidad Ludwig-Maximilians de Múnich y del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica de Alemania. Sin embargo, utilizaron gases atómicos en entornos muy específicos, que imponen sus propios límites de energía superiores.
Los resultados fueron un sistema estable de partículas con tanta energía cinética que se hizo imposible introducir más. La única forma de describir este arreglo en particular era usando una escala de temperatura que llegaba a Kelvin negativo, o varias mil millonésimas de grado por debajo. cero absoluto.
En teoría, un estado tan extraño podría absorber energía térmica no solo de los espacios más cálidos, sino también de los más fríos, lo que lo convierte en un verdadero monstruo de temperaturas extremas. En este rincón diabólico del Universo, una máquina sería capaz de tragar con una eficiencia superior al 100% mientras se alimentaba de calor y frío por igual, pareciendo burlarse de las leyes de la termodinámica.
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Fuente: Science Alert.
