Quelle est la température la plus chaude de l’univers connu et pourrions-nous l’atteindre ?

D’après ce que nous savons de notre Univers, la température la plus froide possible est de zéro degré Kelvin “absolu”, soit -273,15 degrés Celsius (-459,67 degrés Fahrenheit). Mais qu’en est-il de la température la plus chaude possible ?

La physique est un peu floue sur ce à quoi ressemble le plus chaud des chauds absolus, mais théoriquement parlant, une telle chose existe – ou du moins a existé – autrefois. Ça s’appelle le Température de Planckmais, comme pour tout dans la vie, ce n’est pas si simple non plus.

Quelle est la température, de toute façon?

La première chose qui pourrait venir à l’esprit lorsque l’on pense à la température pourrait être une description de la quantité de chaleur contenue dans un objet. Ou, d’ailleurs, ne contient pas.

Chaleur, ou l’énérgie thermique, est une partie importante de l’explication. Notre compréhension intuitive de la chaleur est qu’elle s’écoule des sources avec des températures plus élevées vers celles avec des températures plus basses, comme une tasse de thé fumante qui refroidit lorsque nous soufflons dessus.

En termes de physique, l’énergie thermique ressemble plus à une moyenne de mouvements aléatoires dans un système, généralement parmi des particules telles que des atomes et des molécules. Placez deux objets avec des quantités variables d’énergie thermique suffisamment proches pour se toucher, et les mouvements aléatoires se combineront jusqu’à ce que les deux objets soient en équilibre. En tant que forme d’énergie, la chaleur est mesurée en unités de joules.

Températured’autre part, décrit la transfert d’énergie des régions les plus chaudes aux régions les plus froides, du moins en théorie. Il est généralement décrit comme une échelle, en unités telles que Kelvin, Celsius ou Fahrenheit. La flamme d’une bougie peut avoir une température élevée par rapport à un iceberg, mais la quantité d’énergie thermique dans sa mèche chauffée ne fera pas beaucoup de différence lorsqu’elle est placée contre la montagne d’eau gelée.

Qu’est-ce que le zéro absolu, alors ?

Zéro absolu est une température, c’est donc une mesure du transfert relatif d’énergie thermique. En théorie, il marque un point sur une échelle de température où plus aucune énergie thermique ne peut être retirée d’un système, grâce aux lois de la thermodynamique.

Pratiquement parlant, ce point précis est à jamais hors de portée. Mais nous pouvons nous en approcher de manière tentante : tout ce dont nous avons besoin, ce sont des moyens de réduire la quantité moyenne d’énergie thermique répartie entre les particules d’un système, peut-être à l’aide de lasers ou du bon type de champ magnétique oscillant.

Mais en fin de compte, il y a toujours une moyenne d’énergie qui laissera la température une fraction au-dessus de la limite théorique de ce qui peut être extrait.

Quelle est la température la plus chaude possible ?

Si le zéro absolu fixe une limite sur tirant l’énergie thermique d’un système, il va sans dire qu’il y a aussi une limite à la quantité d’énergie thermique que nous pouvons y insérer. Il y a. En fait, il y a quelques limites, qui dépendent précisément du type de système dont nous parlons.

À un extrême se trouve quelque chose qui s’appelle Température de Plancket équivaut à 1,417 x 1032 Kelvin (ou quelque chose comme 141 millions de millions de millions de degrés). C’est ce que les gens appellent souvent le “chaud absolu”. Rien dans l’Univers d’aujourd’hui ne se rapproche de ces types de températures, mais il a existé pendant un bref instant à l’aube des temps. Dans cette fraction de seconde – une seule unité de temps de Planck, en fait – où la taille de l’Univers n’était que d’une longueur de Planck, le mouvement aléatoire de son contenu était à peu près aussi extrême qu’il pouvait l’être.

Plus chaud, et des forces comme l’électromagnétisme et les forces nucléaires seraient à égalité avec la force de gravité. Expliquer à quoi cela ressemble exige une physique que nous ne maîtrisons pas encore, une physique qui unit ce que nous savons de la mécanique quantique à la théorie de la relativité générale d’Einstein.

Ce sont aussi des conditions assez spécifiques. Le temps et l’espace ne seront plus jamais aussi confinés. Aujourd’hui, le mieux que l’Univers puisse gérer, ce sont les quelques milliers de milliards de degrés que nous créons lorsque nous écrasons des atomes ensemble dans un collisionneur.

Le contraire du zéro absolu

Mais il y a une autre façon de voir la chaleur, une qui renverse toute la question de la température.

Gardez à l’esprit que l’énergie thermique décrit une moyenne de mouvements entre les parties d’un système. Tout ce qu’il faut, c’est qu’un petit pourcentage de ses particules vole de manière chaotique pour être qualifié de “chaud”.

Alors, que se passe-t-il si nous inversons cet état et que nous avons beaucoup plus de particules rapides que de particules lentes ? C’est ce que les physiciens appellent une distribution Maxwell – Boltzman inversée, et bizarrement, elle est décrite en utilisant des valeurs qui vont en dessous du zéro absolu.

Cet étrange système semble bouleverser les règles de la physique. Non seulement nous le quantifions comme un négatif à zéro absolu, mais il est techniquement plus chaud que n’importe quelle valeur positive. Littéralement plus chaud que chaud.

En tant que bizarrerie de statistiques, ce n’est pas quelque chose que nous trouverions dans n’importe quel coin naturel de l’Univers. D’une part, cela nécessiterait une quantité infinie d’énergie, et plus encore.

Cela ne veut pas dire que nous ne pouvons pas contourner un peu les règles et faire quelque chose comme ça. En 2013, il a été démontré par des physiciens de l’Université Ludwig-Maximilians de Munich et de l’Institut Max Planck d’optique quantique en Allemagne ; ils ont cependant utilisé des gaz atomiques dans des contextes très spécifiques, qui imposent leurs propres limites énergétiques supérieures.

Les résultats étaient un système stable de particules avec tellement d’énergie cinétique qu’il était devenu impossible d’en enfoncer davantage. La seule façon de décrire cet arrangement particulier était d’utiliser une échelle de température allant en Kelvin négatif, soit plusieurs milliardièmes de degré en dessous du zéro absolu.

Un état aussi bizarre pourrait en théorie absorber l’énergie thermique non seulement des espaces les plus chauds, mais aussi des espaces les plus froids, ce qui en fait un véritable monstre de températures extrêmes.

Dans ce coin diabolique de l’Univers, une machine serait capable de fonctionner à plus de 100% d’efficacité en s’alimentant à la fois du chaud et du froid, semblant faire un pied de nez aux lois de la thermodynamique.

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