Наверняка вы видели по телевизору, друзья мои, какого-нибудь смелого ныряльщика, беззаботно плавающего в проруби. В ледяной воде. В окошке, вырубленном во льду. Пускай для полноты картины это происходит на Северном полюсе. И да, пускай возле этой проруби, обнявшись, с ужасом на покрытых инеем мордах трясутся от холода и вьюги белые медведи. Представили? А теперь, укутавшись в плед, скажите – как вы оцениваете температуру воды? Если вы сейчас подумали, что температура эта имеет значение во много градусов ниже нуля, подумайте еще раз. Вспомните, ведь ещё в начальной школе нас всех учили, что на уровне моря вода замерзает при нуле градусов по Цельсию. Поэтому если вода жидкая – её температура очень близка к нулю. Но не минус -10 или даже ниже...

Чистая вода замерзает при 0°С. Солёная морская вода примерно при 2°С ниже нуля. Так что даже если она выглядит очень холодной, если вода остаётся в жидком состоянии, значит её температура выше -2С. Так что да. Наш ныряльщик плавает в очень холодной воде. Но всё же не в такой ледяной, как часто думают.

Кстати, именно так была открыта шкала имени Андерса Цельсия. Учёный плавал в проруби и вдруг открыл удивительную вещь: температура, при которой вода замерзает, равна нулю градусов! А температура, при которой она закипает, равна 100 градусам! Мало того. Оказалось, что разница между температурами замерзания и кипения делится точно на 100 равных частей! Согласитесь, друзья мои: наша Вселенная несомненно странным образом кем-то настроена…(шутка).

Цельсий на самом деле просто принял температуру замерзания воды за ноль, а кипения за сто. И разделил эту шкалу на сто частей. Именно таким образом возникли градусы Цельсия.


Однако, как вы поймёте чуть позже, друзья мои, это несколько странный масштаб. И на самом деле довольно субъективный.

Вот почему существует другая шкала, называемая градусами Кельвина. И эта шкала более объективна. Потому что она берет за основу самую холодную температуру, до которой можно охладить материю. Эта температура называется абсолютным нулём. По шкале Цельсия абсолютный нуль имеет значение -273,15 ºC. Не очень удобно. Тьфу, да и только.

Но давайте потратим еще несколько минут для того, чтобы рассмотреть некоторые теоретические основы, которые помогут нам сегодня выяснить то, для чего мы все здесь сегодня собрались – насколько горячей может быть материя.

Измерение температуры любого объекта – это косвенный способ измерения количества энергии, которой он обладает. Когда у тела мало энергии, мы воспринимаем его как холодное. А когда много энергии, мы воспринимаем его как горячее.

Температура – это величина, напрямую связанная с количеством внутренней энергии, известной как кинетическая энергия, которая связана с движением частиц. Поступательном, вращательном или колебательном – это неважно. Именно благодаря этой энергии атомы, из которых мы состоим, находятся в постоянном движении. Да, атомы в вашем теле постоянно движутся. Атомы, из которых состоят ваши волосы, всё время вибрируют, а молекулы воды, которые сейчас находятся в вашем теле, движутся во всех направлениях или вращаются.

В жидкости или газе атомы перемещаются из одной точки в другую. А в твёрдом теле они просто колеблются. Пока у них есть кинетическая энергия, они движутся, и наши приборы и органы чувств воспринимают это как температуру.

При измерении температуры фактически измеряется кинетическая энергия, содержащаяся в веществе.

Теперь нам нужно найти максимальную температуру, до которой можно нагреть частицу.

Но может ли вообще существовать подобный предел? Да, он есть.

Чтобы установить его, мы должны вспомнить, что температура – это представление или измерение скорости движения атомов. То есть чем больше энергии у частицы, тем быстрее она движется. А какой предел скорости может достичь частица? Точно. Скорости света!

Если мы будем достаточно сильно нагревать какой-нибудь материал, обязательно наступит время, когда скорость движения его атомов будет всё ближе и ближе приближаться к этой скорости.

Когда частицы ускоряются, то согласно теории относительности они увеличивают свою массу. Это увеличение массы означает, что для увеличения скорости частиц (и, следовательно, их температуры) требуется все больше и больше энергии. И в итоге при скоростях, близких к скорости света, масса увеличивается практически до бесконечности. И, следовательно, для дальнейшего увеличения температуры нужно приложить бесконечное количество энергии.

Это и есть предел температуры, то есть предел скорости движения или кинетической энергии. Материя может разогнаться почти до скорости света, но никогда не достигнет её.

Этот предел известен как температура Планка. Её значение установлено как 1×10^32 К. Это число очень трудно вообразить. С этого момента температуру уже нельзя повышать, поскольку массы, которую достигли бы электроны, было бы достаточно, чтобы они превратились в черные дыры.

Итак, мы выяснили, что предел у температуры есть. Хотя он и необычайно высокий. Чтобы получить представление о том, насколько высокий, приведём несколько примеров.

Человеческое тело в среднем имеет температуру 36,6 C. Изнуряющая температура жарким летом составляет свыше 30 C, хорошая чашка кофе подаётся при 82 градусах, пирог выпекается примерно при 250 градусах, а лава из вулкана имеет температуру около 1200 градусов. Температура Солнца в его ядре составляет около 15 миллионов градусов по Цельсию, но температура Солнца даже близко не приближается к температуре Планка.

Может быть немного сложно осознать, как материя может быть такой горячей. Понятно только одно. Когда вы сидите в парилке, друзья мои, и уже из последних сил пытаетесь заставить себя пересидеть кого-то из родственников или друзей, помните: температура в помещении сейчас очень близка к абсолютному нулю. Практически равна ему.

Если, конечно, за второй конец шкалы температур принять температуру Планка.Источник: "Живой космос"