Onko "korkein mahdollinen lämpötila" olemassa?

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Absoluuttinen nollapiste (0 K) on varsin yleisesti tunnustettu tieteellinen tosiseikka, mutta onko olemassa absoluuttinen yläraja lämpötilalle? Ymmärrän kyllä, että normaalissa koulufysiikassa opetetaan että sellaista ei ole, mutta kertokaapa mikä ajatusleikissäni on vikana.

Lämpö itsessäänhän on hyvin abstraktisti ajateltuna aineen molekyylisten partikkeleiden kineettistä energiaa. Absoluuttisessa nollapisteessä saavutetaan liikkeen alaraja, joka käytännössä tarkoittaisi sitä, että aineen partikkelit eivät liikkuisi absoluuttisessa nollapisteessä ollenkaan. Käytännössä tämä oletus on kuitenkin todistettu vääräksi, sillä tämän väitteen paikkansapitävyys käsittääkseni vaatisi sen, että jokainen aine olisi kiinteässä olomuodossa absoluuttisessa nollapisteessä. Lieneekin parempi ajatella asiaa niin, että absoluuttisessa nollapisteessä olevasta aineesta ei voida saada ulos ollenkaan energiaa.

Lämpö siis on aineen partikkeleiden kineettistä energiaa, ja kineettinen energia vaatii molekyylisten partikkeleiden liikettä. Sitten seuraakin mielenkiintoinen huomio; eikö kineettisellä energialla vaikka massaltaan 1 gramman olevan aineen partikkeleilla ole tietty spesifinen maksimiarvo - partikkeleiden nopeus kun ei voi koskaan kiihtyä yli valonnopeuden. Tästä johtuen massaltaan 1 gramman ainetta ei voitaisi koskaan lämmittää tiettyä lämpötilaa korkeammalle - koska se vaatisi kineettisen energian kasvattamista, joka ei onnistu enää nopeutta kasvattamalla, koska nopeuden absoluuttinen yläarvo on jo saavutettu. Tämä onnistuu vain massaa kasvattamalla. Pohdinnassa on tähän mennessä käytetty pelkkää Newtonilaista mekaniikkaa, jossa virhe saattaa piillä. Ajatusmalli silti toiminee.

Riippuuko aineen korkein mahdollinen lämpötila aineen massasta? Pitäisikö asiaa ajatella suhteellisuusteoreettisesti? Miten suhteellisuusteoria tässä kohtaa tilanteen pelastaa?

Sivut

Kommentit (38)

salai
Seuraa 
Viestejä7095
Liittynyt17.3.2005

Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/1_E12_K

10 TK (terakelviniä) 0,0001 sekuntia Big Bangin jälkeen.

Mitä tahansa edellä esitetyistä väitteistä saa epäillä ja ne voidaan muuttaa toisiksi ilman erillistä ilmoitusta. Kirjoittaja pyrkii kuitenkin toimimaan rehellisesti ja noudattamaan voimassa olevia lakeja.

Vierailija

hmmm kyllä tuosta silloin lukiossa puhuttiin, että onhan se ihan koulufysikkaakin. Aivan asiassa kiinni olet että lämmössä atomien värähtelynopeus ei voi ylittää valonnopeutta, mutta se voi mennä äärettömän lähelle sitä joten absoluuttista pistettä ei ole mutta sitten taas onhan absoluuttinen nollapistekkin olemassa vaikkei siihenkään ole mahdollista päästä, joten itse päädyn tulokseen että absoluuttinen "korkea lämpö" piste on silloin kun värähtelynopeus on c (vaikkei siihenkään koskaan päästä), ja se lämpö pitääkin sitten vissiist laskea jokaiselta aineelta erikseen.

Vierailija
Janne Mikola

Lämpö itsessäänhän on hyvin abstraktisti ajateltuna aineen molekyylisten partikkeleiden kineettistä energiaa. Absoluuttisessa nollapisteessä saavutetaan liikkeen alaraja, joka käytännössä tarkoittaisi sitä, että aineen partikkelit eivät liikkuisi absoluuttisessa nollapisteessä ollenkaan. Käytännössä tämä oletus on kuitenkin todistettu vääräksi, sillä tämän väitteen paikkansapitävyys käsittääkseni vaatisi sen, että jokainen aine olisi kiinteässä olomuodossa absoluuttisessa nollapisteessä. Lieneekin parempi ajatella asiaa niin, että absoluuttisessa nollapisteessä olevasta aineesta ei voida saada ulos ollenkaan energiaa.

Ei ihan näin, esitetty oletus on jotakuinkin oikein. Aineen päätyminen kiinteään muotoon kyllä liittyy sen partikkelien liikemäärään, mutta jotakuinkin seuraavasti:
-Kaasumaisessa tilassa partikkeleilla on niin paljon liike-energiaa, että niiden väliset sitovat vuorovaikutukset ovat keskimäärin heikompia kun tämä energia.
-Nestemäisessä tilassa liike-energia on sen verran pienempi suhteessa partikkeleiden välisiin vuorovaikutuksiin, että suurin osa partikkeleista on sidottu muiden partikkelien läheisyyteen, mutta kuitenkin liike-energia on riittävä, jotteivät hidut ole sidottu toisiinsa nähden mihinkään tiettyihin paikkohin, vaan liikkuvat tositensa lomitse jatkuvasti.
-Kinteässä tilassa liike-energia on taas niin pientä, että partikkelien vuorovaikutukset ovat riittävän suuria sitomaan partikkelit tiettyyn paikkaan suhteessa muihin partikkeleihin. Ne siis edelleen liikkuvat, mutta pysyvät samalla "alueella" muihin partikkeleihin nähden.

Absoluuttiseen nollaan saavuttaessa hidut eivät periaatteessa liikkuisi lainkaan enää, edes tällä niille muodostuneella "alueella". Käytännössä täysin tähän ei päästä, epätarkkuusperiaatteen vuoksi.

Janne Mikola

Lämpö siis on aineen partikkeleiden kineettistä energiaa, ja kineettinen energia vaatii molekyylisten partikkeleiden liikettä. Sitten seuraakin mielenkiintoinen huomio; eikö kineettisellä energialla vaikka massaltaan 1 gramman olevan aineen partikkeleilla ole tietty spesifinen maksimiarvo - partikkeleiden nopeus kun ei voi koskaan kiihtyä yli valonnopeuden. Tästä johtuen massaltaan 1 gramman ainetta ei voitaisi koskaan lämmittää tiettyä lämpötilaa korkeammalle - koska se vaatisi kineettisen energian kasvattamista, joka ei onnistu enää nopeutta kasvattamalla, koska nopeuden absoluuttinen yläarvo on jo saavutettu. Tämä onnistuu vain massaa kasvattamalla. Pohdinnassa on tähän mennessä käytetty pelkkää Newtonilaista mekaniikkaa, jossa virhe saattaa piillä. Ajatusmalli silti toiminee.

Riippuuko aineen korkein mahdollinen lämpötila aineen massasta? Pitäisikö asiaa ajatella suhteellisuusteoreettisesti? Miten suhteellisuusteoria tässä kohtaa tilanteen pelastaa?


Tämä on ajatuksena oikean suuntainen minusta ainankin. Tosin suhteellisuus teoria osoittaa että vaikkakin, kuten sanoit, värähtelyn nopeudella on maksimi, sen energialla ei välttämättä ole.
Suhteellisuusteorian mukaanhan mitä lähempänä valonnopeutta ollaan, sitä suurempi energia tarvitaan jotta voidaan kiihdyttää lisää. Tämä jatkuu aina siihen, että valon nopeuden saavuttamiseksi massallisella kappaleella, sille tulisi antaa äärettömästi energiaa. Täten tuon maksimi-värähtelyn saavuttamiseen tarvittaisiin ääretön energia, joka siis suhteutuisi äärettömäksi lämmöksi. Näin ollen mitään spesifistä maksimi lämpötilaa ei voida määrittää. (ja neliö perään)

Toki voitaisiin kuvitella, että jos kaikki maailmankaikkeudessa oleva energia pakttaisiin yhteen, mahdollisimman kevyeeseen hiukkaseen (yksittäiseen kavarkkiin tms?), niin se olisi niin "kuuma" kuin mahdollista, ja tälle voisi laskea jonkin lämpötilan, jota voisi kai pitää tämän maailmankaikkeuden maksimi lämpönä...käytännössä tämä olisi kumminkin paljon epämääräisempi juttu kun absoluttinen nollapiste. Näin minusta ainankin.

Vierailija

Se on varmaa, että lämpötilaa jatkuvasti nostettaessa aineelle käy käänteisesti läpi Big Bangin tapahtumia eli ensin atomin ympäriltä irtoavat elektronit, sitten ytimen protonit ja neutronit eivät pysy enää yhdessä ja lopulta protonit ja neutronit hajoavat kvarkeiksi. Erittäin todennäköisesti tämän jälkeen kvarkit muodostavat jonkinlaista kvarkki-gluoniplasmaa. Itse en ainakaan osaa sanoa, mitä tuon jälkeen tapahtuu ja kestääkö maailmankaikkeuden rakenne yhä kohoavaa lämpötilaa.

Vierailija
Arla
Se on varmaa, että lämpötilaa jatkuvasti nostettaessa aineelle käy käänteisesti läpi Big Bangin tapahtumia eli ensin atomin ympäriltä irtoavat elektronit, sitten ytimen protonit ja neutronit eivät pysy enää yhdessä ja lopulta protonit ja neutronit hajoavat kvarkeiksi. Erittäin todennäköisesti tämän jälkeen kvarkit muodostavat jonkinlaista kvarkki-gluoniplasmaa. Itse en ainakaan osaa sanoa, mitä tuon jälkeen tapahtuu ja kestääkö maailmankaikkeuden rakenne yhä kohoavaa lämpötilaa.

Ei kestä,kvarkki/gluoniplasma hajoaa rakenneosikseen,gravitoneiksi
Kun lämpötila kasvaa riittävästi(kun tavaraa on riittävästi)ja tapahtuu
alkuräjähdys.

Vierailija

Yksinkertaista.

Absoluuttinen nollapiste -> atomi on vain yhdessä pisteessä.

Absoluuttinen maksimilämpötila -> atomi on jokaisessa mahdollisessa pisteessä.

[size=75:24cl0php]Voin toki olla väärässäkin [/size:24cl0php]

Vierailija
Ihmes
Yksinkertaista.

Absoluuttinen nollapiste -> atomi on vain yhdessä pisteessä.

Absoluuttinen maksimilämpötila -> atomi on jokaisessa mahdollisessa pisteessä.

[size=75:1bknp3p5]Voin toki olla väärässäkin [/size:1bknp3p5]

Olet väärässä,atomeita ei ole korkeissa lämpötiloissa koska ne hajoavat.

Vierailija
nm
Ei kestä,kvarkki/gluoniplasma hajoaa rakenneosikseen, gravitoneiksi

Ja tämä perustuu mihin? Olisiko sinulla tarjota muutakin kuin jukterimaista käsien heiluttelua...

Vierailija
Arla
nm
Ei kestä,kvarkki/gluoniplasma hajoaa rakenneosikseen, gravitoneiksi

Ja tämä perustuu mihin? Olisiko sinulla tarjota muutakin kuin jukterimaista käsien heiluttelua...

Ei ole toistaiseksi tarjota kuin käsien heiluttelua,joka ei kuitenkaan ole jukterimaista.

Vierailija
nm
Ihmes
Yksinkertaista.

Absoluuttinen nollapiste -> atomi on vain yhdessä pisteessä.

Absoluuttinen maksimilämpötila -> atomi on jokaisessa mahdollisessa pisteessä.

[size=75:1pnxg9fq]Voin toki olla väärässäkin [/size:1pnxg9fq]




Olet väärässä,atomeita ei ole korkeissa lämpötiloissa koska ne hajoavat.

Ok, otetaan atomin osien osista vaikka joku kvarkki. Eivätkö ne nyt ole jakamattomia nykykäsityksen mukaan? Mihin tuollainen hajoaisi kuumentuessaan?

edit: vai onko lämpö määritelty nimenomaan atomien värähtelyksi?

Vierailija

Korkeinta mahdollista lämpötilaa ei ole olemassa, koska ääretön lämpötila vaatisi äärettömän energian. Sen vuoksi korkeinta mahdollista lämpötilaa ei voi mitata, koska ääretöntä voi päästä "äärettömän" lähelle, mutta sitä ei voi saavuttaa. Tosin aine on jo paljon aiemmin lakannut olemasta. Joten siinä sinulle vastaus täysin turhaan kysymykseesi.

Vierailija
Ihmes
nm
Ihmes
Yksinkertaista.

Absoluuttinen nollapiste -> atomi on vain yhdessä pisteessä.

Absoluuttinen maksimilämpötila -> atomi on jokaisessa mahdollisessa pisteessä.

[size=75:tdwth0ls]Voin toki olla väärässäkin [/size:tdwth0ls]




Olet väärässä,atomeita ei ole korkeissa lämpötiloissa koska ne hajoavat.

Ok, otetaan atomin osien osista vaikka joku kvarkki. Eivätkö ne nyt ole jakamattomia nykykäsityksen mukaan? Mihin tuollainen hajoaisi kuumentuessaan?

Koska kvarkkeja ei ole ollut aina olemassa?niin ne ovat varmaan syntyneet jostakin ja eivät siksi voi olla alkeishiukkasia.

Vierailija

Mitä lämpimämpää, sitä enemmän energiaa samalla alueella eli sitä tiheämpää.

Koemme lämmön, koska mitä enemmän energiaa virtaa ympäröivässä tilassa, sitä enemmän sitä pääsee virtaamaan omien atomiemme ulkokehien välissä, jolloin omien atomiemme ulkokehien energiat käpertyvät tiheämpään ja tiheämpään käpertyneen energian välissä oleva energia pääsee laajenemaan.

Ja kun tuota energiaa virtaa hermostoa eli vähemmän tiheää reittiä pitkin aivoihin, jossa se saa aivojen atomien ulkokehän energian käpertymään osittain tiheämpään ja tiheämpään käpertyneen vieressä olevan laajenemaan, niin johan tuntuu pahalle.

;):)

Neutroni
Seuraa 
Viestejä23122
Liittynyt16.3.2005

Ei lämpötilalle ole mitään ylärajaa. Lämpötila on systeemin osien vapausastetta kohti oleva energia, ja se ei ole rajoitettu. Esimerkiksi hiukkasten liike-energia voi kasvaa rajatta, vaikka nopeus ei kasvakaan.

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat