อุณหภูมิที่สูงที่สุดเท่าที่เรารู้คือเท่าไหร่?

อุณหภูมิสูงที่สุดเท่าที่เรารู้คือเท่าไหร่?

ทุกอะตอมในจักรวาลชอบความร้อน พวกมันชอบความร้อนมากจนอะตอมและอนุภาคของอะตอมสั่นสะเทือนและเคลื่อนที่ไปรอบ ๆเมื่อมีความร้อน ยิ่งร้อนมากเท่าไหร่ มันยิ่งเคลื่อนที่เร็วขึ้นเท่านั้น ตามแนวทางเดียวกันนี้ ยิ่งมีความเย็นเท่าไร มันจะเคลื่อนที่ช้าลงเท่านั้น 

ในอุณหภูมิระดับศูนย์สัมบูรณ์ (Absolute zero) คืออุณหภูมิในทางทฤษฎีที่เอนโทรปีจะมีค่าต่ำที่สุด ซึ่งเท่ากับ 0 เคลวิน (เคลวิน เป็นหน่วยของหน่วยวัดอุณหภูมิหนึ่ง โดยหาความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและความเร็วของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่รอบนิวเคลียส) หรือเท่ากับ -273 องศาเซลเซียส หรือ -460 องศาฟาเรนไฮต์ การเคลื่อนที่ทั้งหมดของอะตอมจะหยุดลงอย่างสมบูรณ์ ซึ่งเราไม่สามารถจะมีอุณหภูมิที่เย็นกว่านี้อีกแล้ว 

สิ่งที่มีความร้อนสูงที่สุดที่เรารู้จักและเคยได้พบ ที่จริงมันอยู่ใกล้กับเรามากกว่าที่คุณคิด มันอยู่ที่นี่บนโลก นั่นคือเครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ (Large Hadron Collider หรือ LHC) มันเป็นเครื่องเร่งอนุภาคที่มีขนาดใหญ่ที่สุดและใช้พลังงานสูงที่สุดของโลก ซึ่งสร้างขึ้นจากเงินทุนและการสนับสนุนรวมทั้งความร่วมมือจากนักฟิสิกส์มากกว่า 8,000 คน จาก 85 ประเทศ ในมหาวิทยาลัยและห้องทดลองทั่วโลกนับร้อยแห่ง

เมื่อชนอนุภาคทองเข้าด้วยกัน ในพริบตาเดียว อุณหภูมิจะสูงถึง 7.2 ล้านล้านองศาฟาเรนไฮต์ ซึ่งนั่นคือมีความร้อนมากกว่าการระเบิดของซูเปอร์โนวา

มีอุณหภูมิที่สูงไปกว่านี้ได้อีกไหม?

ในทางทฤษฎี มันสูงกว่านั้นได้

ทฤษฎีแรกของอุณหภูมิที่ร้อนที่สุดคืออุณหภูมิของพลังค์ (Planck temperature) ซึ่งมีค่าเท่ากับ 100 ล้านล้านล้านล้านองศาหรือ10³² K

นี่เป็นระดับความร้อนที่สูงที่สุดที่ใช้ได้กับฟิสิกส์ปกติ เพราะเมื่อได้รับความร้อนสูงกว่านี้ ฟิสิกส์แบบเดิมจะใช้ไม่ได้ และจะสิ่งที่เกิดตามมา คือแรงโน้มถ่วง(Gravitational force)จะมีแรงที่มีพลังงานเท่ากับแรงพื้นฐานตามธรรมชาติ 3 อย่าง คือแรงแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic force) แรงนิวเคลียร์แบบเข้ม (Strong nuclear force) และแรงนิวเคลียร์แบบอ่อน (Weak nuclear force) แล้วพวกมันจะรวมตัวเข้าด้วยกันเป็นแรงเดียว 

ความเข้าใจในสิ่งที่เกิดขึ้นนี้เหมือนเป็นทฤษฎีแห่งสรรพสิ่ง (Theory of everything) เป็นทฤษฎีที่เกิดจากความต้องการในการหาคำตอบในเรื่องต่างๆ ด้วยชุดสมการเพียงชุดเดียว ซึ่งนับว่าเป็นหนึ่งในทฤษฎีที่แสดงให้เห็นถึงความพยายามและความท้าทายของมนุษย์ต่อธรรมชาติ โดยทฤษฎีนี้ได้ถูกริเริ่มมาจากไอน์สไตน์ มันเหมือนจอกศักดิ์สิทธิ์ในทฤษฎีฟิสิกส์สมัยใหม่ ​​ ซึ่งเป็นสิ่งที่เรายังไม่เข้าใจในตอนนี้

อุณหภูมิฮาเกอดอร์น (Hagedorn temperature) ซึ่งเป็นอุณหภูมิในทางฟิสิกส์ทฤษฎีของสสารฮาดรอนิค(hadronic matter หรือ สสารที่มีในจักรวาล) เป็นจุดที่อุณหภูมิสูงสุดที่เราคิดว่าเราสามารถเข้าถึงได้ ซึ่งเป็นจุดที่สสารแฮดรอนจะสูญเสียความเสถียรและสลายตัว เรามาถึงจุดนี้ที่ประมาณ 2 x 10¹² K. นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีบางคนมองว่า สสารฮาดรอนิคจะไม่ได้ “สลายตัวไป” แต่จะเปลี่ยนไปเป็นสสารควาร์ก (quark matter) แทน ซึ่งสามารถถูกทำให้ร้อนขึ้นมากกว่านั้นได้ อย่างไรก็ตาม สสารควาร์กเป็นขั้นตอนทางทฤษฎี และเราไม่แน่ใจว่าจะมีอยู่จริงหรือไม่

ทฤษฎีอื่นในเรื่องอุณหภูมิที่ร้อนที่สุดในจักรวาลได้แก่ ทฤษฎีสตริง(string theorists) ที่บอกว่าอุณหภูมิที่ร้อนที่สุดคือ 10³⁰ K ซึ่งอุณหภูมิสูงสุดต่ำกว่าอุณหภูมิฮาเกอดอร์น เนื่องจากทฤษฎีสตริงเชื่อว่าสิ่งพื้นฐานที่สุดในจักรวาลไม่ใช่อนุภาคแบบปกติที่เราคุ้นเคยทั้งหมด แต่มีรูปแบบพลังงานอื่นๆอีกที่ผูกพันกัน

แต่น่าเสียดายที่มันเป็นไปไม่ได้ที่จะทดสอบการคาดการณ์ของทฤษฎีสตริง (และการคาดการณ์อื่นๆที่มีอยู่อย่างสุดโต่ง) เป็นผลให้เราไม่ทราบว่าสิ่งที่มีอุณหภูมิสูงสุดจริงๆแล้วคือเท่าไร แต่คู่แข่งขันเรื่องความร้อนที่ได้กล่าวมานี้ ร้อนที่สุดแล้วตามที่นักฟิสิกส์ได้กล่าวไว้

 

ที่มา: Futurism
เรียบเรียง: SignorScience