Насколько холодно может быть во Вселенной?

насколько холодно во Вселенной?

Мы все знаем, что в космосе жутко холодно. А в некоторых его местах особенно. Но какова самая низкая возможная температура Вселенной?

В повседневной жизни мы, жители России и прилегающих районов, имеем дело с температурами, измеряемыми в градусах Цельсия. В отличие от США, Белиза, Багамских и Каймановых островов, которые до сих пор официально используют довольно странную шкалу Фаренгейта. Однако весь остальной мир, вероятно глядя на нас😁, измеряет температуру в градусах Цельсия.

У нас, людей, есть довольно хорошее представление о том, когда холодно, а когда нет. Всем нам понятно, что когда температура становится отрицательной, то это холодно. И нам даже приходится тепло одеваться, чтобы выйти на улицу. Однако есть ли предел отрицательной температуре? Может ли какое-нибудь тело остыть до… минус миллиона градусов? Давайте разберёмся.

Холодно на Земле

Самая низкая температура, когда-либо зафиксированная на Земле, –89,2 градуса по Цельсию. Так свежо было на советской антарктической станции «Восток» 21 июля 1983 года. 5 февраля 1892 года в городе Верхоянск, Россия, температура опустилась до -67,8 градуса по Цельсию. Администрация города даже собрала экстренное заседание по вопросу запрета продажи детям до 5 лет мороженого больше двух штук в руки😁. Для сравнения: в Германии 12 февраля 1929 года температура в Верхней Баварии упала до -38 градусов по Цельсию. И это была катастрофа. Потому что вымерзли все виноградники.

В космосе ужасно холодно. Фактически, температура вакуума составляет -270 градусов. Или нет, не так. Температура реликтового излучения, заполняющего космическое пространство, составляет около 3 Кельвинов.

И тут начинаются проблемы. Не из-за низких температур. А потому, что становится сложно использовать привычное нам понятие «температура». Поскольку под этим мы обычно понимаем то, что ощущаем.

Разные ощущения

Дело тут вот в чём.

Все мы сталкивались с этим явлением, например, при посещении парилки. Воздух в ней может иметь температуру до 100 градусов по Цельсию! И мы не только терпим такую температуру, мы даже заходим в парилку добровольно. Но с другой стороны – никто добровольно не станет прыгать в воду температурой в 100 градусов! А если и прыгнет, то этот гражданин получит сильные ожоги! Очевидно, что горячая вода при той же температуре кажется намного горячее чем горячий воздух. Из-за своей плотности.

Дело в том, что в воде находится гораздо больше атомов или молекул в том же объёме, чем в воздухе. И они двигаются тем быстрее, чем больше у них энергии. А чем выше температура, тем больше у них этой энергии. Частицы передают эту энергию друг другу или людям посредством столкновений. И чем больше частиц, тем нам жарче.

Но, как мы все знаем, Вселенная довольно пустая штука. А там, где ничего нет, никакой температуры не почувствуешь. Температуры в космосе ни в коем случае не следует сравнивать напрямую с температурами, к которым мы привыкли здесь, на Земле.

Солнечный ветер и фоновое излучение

Наше Солнце, например, постоянно выбрасывает частицы из своей атмосферы в космос. Это процесс называется солнечный ветер. В этих частицах много энергии. И они имеют температуру в несколько миллионов градусов. Но поскольку частиц сравнительно немного, у них мало шансов столкнуться с чем-либо в космическом вакууме и передать свою энергию. Так что если бы Вы по каким-то своим делам находились в космосе, Вам не пришлось бы беспокоиться о том, что Вы можете обжечься от «жара» солнечного ветра.

Вакуум космоса будет неизбежно оставаться «холодным». Несмотря на пронизывающий его «жаркий» солнечный ветер. Потому что у него нет ничего, что могло бы иметь температуру. Или передавать энергию.

Но вот только Вселенная – это не идеальный вакуум. В пространстве всегда что-то есть. Например, вышеупомянутое космическое фоновое излучение. Это излучение появилось вскоре после Большого взрыва. И с тех пор продолжает распространяться по всей Вселенной. И, следовательно, его можно найти повсюду и сегодня. В каждом кубическом сантиметре пространства всегда присутствует несколько сотен фотонов фонового излучения. Это, конечно, крайне мало, потому что фотон крошечный, а кубический сантиметр пространства по сравнению с ним просто гигантский.

Однако этому фоновому излучению можно присвоить некую температуру. Потому что излучение всегда соответствует энергии. В данном случае эта температура равняется -270 градусов по Цельсию. Фоновое излучение есть везде в космосе. И поэтому везде имеет одинаковую температуру.

Абсолютный нуль. Холодно

Итак, мы почти достигли точки, после которой уже ничто не может стать холоднее. И такая абсолютная нулевая точка действительно существует. Это -273,15 градуса Цельсия, а также нулевая точка температурных шкал, используемых в науке. Это так называемый «абсолютный нуль». И его значение равно 0 Кельвинов. Или -273,15 градуса Цельсия.

Но почему холоднее не может быть? Это связано со свойствами самой материи. На самом деле температура, о которой мы здесь говорим, связана с движением. Если Вы будете кому-нибудь пересказывать эту статью, и захотите быть корректным с научной точки зрения, Вам нужно сейчас понять, что такое «энтропия». Если говорить простыми словами, энтропия системы уменьшается с понижением её температуры. Вы можете визуализировать этот процесс с помощью кубика льда. Чтобы вода была твёрдой, её молекулы должны располагаться очень специфическим образом, образуя кристалл. В противном случае молекулы просто снуют туда-сюда. И мы имеем жидкую воду. Чем больше энергии, тем быстрее движутся атомы. И тем труднее или менее вероятно, что они примут точно одно упорядоченное кристаллическое состояние, которое превратит их в твёрдый лёд. Чем выше температура, тем больше энергии содержится в молекулах. И тем больше возможных состояний они могут принимать. И тем больше энтропия, которая является мерой числа возможных состояний.

Нет частиц

То есть: чем холоднее что-то, тем меньше у его частиц кинетической энергии. И тем меньше у них возможностей самоорганизовываться. И тем меньше энтропия. А если вообще нет движения, то больше нет никакой вибрации. Нет вообще ничего. В системе больше нет ни энтропии, ни температуры. Это и есть абсолютный ноль.

Но на самом деле он существует только в теории. Теоретически конечно можно приблизиться к температуре 0 Кельвинов. Но ничто и никогда не сможет достичь её. В основном это связано с квантовой механикой, которая говорит, что частица никогда не может быть «спокойной», потому что в квантовой механике вообще нет никаких «частиц».

Частица, которая ничего не делает, будет иметь фиксированное местоположение и фиксированную скорость (а именно нулевую). Но этого не может быть, потому что «частиц» на самом деле не существует. По крайней мере в виде тех маленьких шариков, которые нам нравится представлять. Квантовая механика говорит, что «частицы» — это «нечто», что не может быть точно локализовано. Это что-то всегда немного «размазано» в пространстве. Вот почему частицы иногда могут казаться нам немного похожими на волну. Они просто не имеют фиксированного местоположения и фиксированной скорости.

Именно это и утверждает знаменитый принцип неопределённости Гейзенберга: просто невозможно знать и точное местоположение, и скорость частицы. Но именно это имело бы место при температуре 0 Кельвинов. И поэтому её никогда нельзя достичь.

Туманность Бумеранга

Самое холодное место, которое нашли астрономы к настоящему моменту, находится на расстоянии 5000 световых лет от нас в созвездии Центавра. Это звезда, которая уже достигла конца своей жизни и выбрасывает в космос очень много газа и пыли. Именно так образовалась большая красочная космическая туманность, которую астрономы назвали «Туманность Бумеранг». И (согласно измерениям Европейской Южной Обсерватории, проведённым в 1995 году) это самое холодное известное место во Вселенной с температурой в… 1 Кельвин! Как же эта туманность сумела охладиться до такой низкой температуры?

Дело в том, что газ в этой туманности удаляется от звезды со скоростью более полумиллиона км/ч! Это приводит в тому, что туманность чрезвычайно быстро расширяется. Что и вызывает её сильное охлаждение. Так же примерно, охлаждается баллончик «Дихлофоса», когда Вы распыляете его содержимое на очередного жука😁.

Вполне может быть, что где-то во Вселенной есть места, где ещё холоднее. Но такого места астрономы ещё не нашли. Однако с человеческой точки зрения без разницы, что где-то 3 Кельвина, где-то 1 Кельвин. А где-то вообще миллиардная доля Кельвина. Любой человек замёрзнет гораздо раньше. И если температура человеческого тела упадёт ниже 293 Кельвинов, что составляет 20 градусов по Цельсию, то это означает для него не очень хорошие новости…

Эта статья впервые появилась на сайте Живой Космос. Подписывайтесь на наши каналы! телеграм                     пульс                    канал Дзен
Понравилась статья? Поделитесь ей в социальных сетях! Огромное спасибо!
Живой Космос
Оставьте комментарий!