¿Existe un límite para el calor de un objeto? [cerrado]

La temperatura es una medida de la energía cinética promedio de las partículas en un lugar determinado (corríjame si me equivoco), por lo que debe haber un límite definido para el calentamiento, como hay un cero absoluto para el enfriamiento. ¿Y qué proceso podría alcanzar esta temperatura?

Voto para cerrar esta pregunta como fuera de tema porque debería estar en Physics SE.

Respuestas (2)

Primero, vamos a obtener un poco de antecedentes. " Calor absoluto " es el concepto de que existe una temperatura máxima . Describe tu pregunta exactamente. Durante mucho tiempo, nadie fue capaz de averiguar si existe un calor absoluto, pero en el siglo XX, las grandes revoluciones de la física teórica nos dieron respuestas.

"Calor absoluto" no es el nombre de la temperatura más alta, pero es el concepto de que existe. Entonces, ¿cuál es nuestra respuesta? ¿Existe una temperatura más alta posible que se ajuste al concepto de "calor absoluto"? Bueno , si Pero primero debemos hablar del calor y la temperatura.

Los fotones actúan como partículas y como ondas. A medida que agregamos más energía, la longitud de onda del fotón disminuye y su frecuencia aumenta. Así, la longitud de onda de la luz emitida por objetos calientes generalmente depende de la temperatura del objeto. Los objetos más calientes emitirán fotones más energéticos con longitudes de onda más cortas.

De acuerdo con la física moderna, una longitud de Planck es la longitud significativa más pequeña del Universo (la razón de esto es una cuestión completamente diferente). Si seguimos elevando la temperatura de nuestro objeto, sin parar, la longitud de onda de los fotones que emite disminuirá hasta alcanzar una longitud de Planck. Nuestro objeto alcanzaría una temperatura llamada temperatura de Planck . eso es sobre 1.417 × 10 32 k .

La temperatura de Planck es teóricamente la temperatura más alta posible. En ese punto, el objeto teóricamente no podría calentarse más, ya que la longitud de onda del fotón no puede disminuir más allá de una longitud de Planck.

Pero, ¿qué sucede si agregáramos más energía al objeto? ¿Iría más allá de la temperatura de Planck? Bueno... Dios sabe. En ese momento, ya ni siquiera lo llamaríamos temperatura. Nadie sabe qué sucedería exactamente, pero ciertamente no coincidiría con la definición de temperatura.

Gracias por tu increíble habilidad de hacer algo que es complicado para algo que incluso yo podría entender.
Digamos que este fotón teórico obtuvo aún más energía. ¿Por qué no coincidiría con la definición de temperatura?
@Mobal Bueno, el fotón se calentaría más de lo permitido físicamente. Me gusta tu pregunta; teóricamente, podría no haber un límite a la cantidad de energía que podríamos agregar al fotón. Pero no tenemos idea de qué sucedería si fuera más allá de la temperatura de Planck, ya que la longitud de onda ya no debería poder disminuir. Realmente no seguiría los conceptos que ya hemos establecido, como que la longitud de Planck es la longitud más pequeña posible.
Si encontramos una manera de agregar suficiente energía a algo para calentarlo más allá de la temperatura de Plank, ¿no sería eso una evidencia indirecta de la refutación de que la longitud de Planck es la longitud más corta posible?
@Mobal Creo que ese es un problema sin resolver en física, aunque según nuestros modelos, la longitud de Planck debe ser la longitud más corta posible (puede leer más sobre esto aquí: goo.gl/4VBO8T ). Pero en última instancia, no tenemos forma de probar eso. Temperaturas tan altas en realidad formarían un agujero negro (llamado Kugelblitz). En la teoría de la relatividad general de Einstein, la energía también es una fuente de gravedad.
No soy un genio en física, pero ¿es la energía una fuente de gravedad debido a E = mc ^ 2?
@Mobal No he estudiado la relatividad general demasiado a fondo. Pero esa ecuación probablemente tiene algo que ver con eso. Otras cosas, como la presión, la masa y el momento, también son fuentes de gravedad. De alguna manera pasamos de temperatura a GR, jaja.
Juro que GR está conectado con todo lo relacionado con la astronomía.
Gracias por la gran respuesta. Me hace preguntarme acerca de la temperatura dentro de un agujero negro. ¿Qué pasa con "simplemente" dentro de las estrellas de neutrones o quarks: nos estamos acercando a estas temperaturas, o ni siquiera cerca?
@JoeBlow La temperatura máxima de una estrella de neutrones es 10 ^ 12. Entonces, la temperatura de Planck es cientos de millones de billones de veces esa cantidad.
eh, tal vez soy ingenuo, pero no creo que la temperatura sea una cantidad bien definida cuando la energía de un sistema es fija (como un solo fotón, por ejemplo)...
@colnegn lo siento? ¿Por qué no?
bueno, no soy un experto en el tema, pero creo que E y T son variables conjugadas (están relacionadas por una transformada de Fourier), y por lo tanto tienen una incertidumbre asociada. de manera similar, en un sistema con un volumen fijo: la presión está mal definida.
En realidad, ¿un fotón no se convertiría básicamente en partículas mucho antes de alcanzar la energía de Planck? Entiendo que la respuesta fue teórica, pero cuando se le preguntó "y si le diera más energía", en realidad, mucho antes de que el fotón alcanzara esa energía, renunciaría a algo de energía en forma de creación de partículas. (¿o me equivoco?). No creo que me equivoque.
@userLTK Sí, la producción de pares probablemente ocurriría mucho antes de que alcanzara la temperatura de Planck. Esta es solo una explicación teórica de la temperatura de Planck. Aún así, en la historia del Universo, la materia tiene antes la temperatura de Planck: 10^-42 segundos antes del Big Bang, todo el Universo estaba a esa temperatura. ¡Eso es solo unas 200 veces de Planck después del Big Bang (puede leer sobre el tiempo de Planck, es la cantidad de tiempo más corta posible)!
@SirCumference entonces, ¿es teóricamente posible que no haya fotones en o antes de los 10 ^ -42 segundos después del big bang porque hacía demasiado calor para los fotones? o estoy leyendo demasiado en esto.
@userLTK Todo esto tuvo lugar durante la época de Planck, el período más antiguo después del Big Bang. Actualmente no existe una teoría física disponible para describir tiempos tan cortos. A medida que te acercas más y más a t(0), nuestras teorías actuales comienzan a desmoronarse. Supongo que algunos aspectos de GR y QM se descomponen más que otros, por lo que los físicos podrían determinar la temperatura en esos momentos. Aún así, en su mayor parte, no tenemos idea de lo que sucedió en ese entonces.
@userLTK Además, cometí un error tipográfico antes, cuando dije "a los 10 ^ -42 segundos antes del Big Bang". quise decir despues del big bang XD
@userLTK entonces, cuando el fotón gana más energía, ¿comienza a poblar el espacio?
@SanketDeshpande ¿Qué quieres decir con "poblar el espacio"?
@SirCumference tal vez regalar calor creando más materia? no estoy seguro.
@SanketDeshpande Todavía no estoy seguro de lo que quiere decir con "poblar el espacio", a menos que esté pensando en partículas clásicamente como esferas.
@SanketDeshpande Creo que está preguntando en relación con la producción de pares, que es una situación de energía súper alta. Además, aprendí en otro hilo, un solo fotón no puede producir un par de partículas por sí mismo, pero si golpea algo, puede hacerlo. Las temperaturas lo suficientemente altas probablemente comenzarían a crear pares de partículas, pero un solo fotón, sin golpear algo, no. Pero la energía que esto requiere es enormemente alta, solo creada por eventos muy violentos como discos de acreción de agujeros negros o aceleradores de partículas en el interior.
@userLTK exactamente, eso es lo que quiero decir, pero no estaba seguro de que un solo fotón lo hiciera
@SanketDeshpande Hice una pregunta algo relacionada aquí. La respuesta a mi pregunta es también una respuesta a la tuya si quieres más detalles. física.stackexchange.com/questions/266507/…
interesante, así que si tomamos un sistema aislado con 2 fotones y lo calentamos continuamente, ¿cuál sería el resultado? ¿Producirá materia y consumirá todo el espacio dado? ¿Alguna idea?

Como dije en mi comentario en la respuesta de Sir Cumference, podría ser ingenuo sobre el tema, pero creo que:

Suponiendo que la densidad de estados (el número de estados por energía posible) para un sistema dado puede tomarse como efectivamente continua, se puede definir la temperatura inversa:

1 k B T = β = d S d mi

Donde E es la energía del sistema y S es la entropía del sistema ( S = en ⁡ ( Ω ( mi ) ), donde Ω ( mi ) es la densidad de estados (una función de la energía).

Esto significa que para una densidad dada de estados de un sistema: si la derivada de su logaritmo natural tiene algún extremo (máximos o mínimos locales), entonces el sistema tendrá una temperatura infinita a esas energías (en las ubicaciones de los extremos, recuerde eso Ω es una función de la energía).

Curiosamente, según esta definición: en energías donde la pendiente de la entropía de un sistema, S, es negativa, se define que el sistema tiene una energía negativa (¡que irónicamente es más energética que los estados con temperatura positiva!)... aunque para ser honesto : No estoy totalmente convencido de que los sistemas a temperaturas negativas estén realmente en equilibrio, lo que (creo) indica que la temperatura está mal definida... pero definitivamente es una curiosidad que vale la pena considerar.

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