Nhiệt độ là một khái niệm khoa học quan trọng, khi hiểu được giới hạn của nó, chúng ta sẽ thấy nó vượt xa khoa học thuần túy.
Nhiệt độ là một trong những khái niệm cơ bản mà mặc dù chúng ta có trải nghiệm với nó hàng ngày, nhưng chúng ta vẫn chưa thể hiểu hết được nó. Và nó cũng không dành cho những người không phải là chuyên gia.
Sơ lược về 4 định luật nhiệt động lực học
Khi nghiên cứu về nhiệt động lực học, là môn khoa học nghiên cứu về năng lượng, nhiệt độ, nhiệt, và công. Có 4 định luật nhiệt động lực học, những định luật này giúp chúng ta hiểu phần nào về các quy luật vật lý của vũ trụ, cũng như sự bất khả thi của một số hiện tượng được nhìn thấy trong thế giới của chúng ta.
Định luật đầu tiên của nhiệt động lực học, còn được gọi là sự bảo toàn năng lượng, phát biểu rằng: “Không có gì hiện nay đang tồn tại sẽ biến mất; vật chất và năng lượng có thể được chuyển đổi cho nhau nhưng không có sự gia tăng ròng trong sự kết hợp tất cả những gì tồn tại”. Vậy câu hỏi đặt ra là, nếu vật chất và năng lượng không được tạo ra cũng như không bị phá hủy, thì tất cả vật chất và năng lượng trong vũ trụ đến từ đâu?
Định luật thứ hai của nhiệt động lực học phát biểu rằng entropy (mức độ mất trật tự) của một hệ thống kín không thể giảm: “Mọi hệ thống luôn có xu hướng chuyển từ trật tự này sang trật tự khác, năng lượng của nó có xu hướng chuyển hóa thành mức độ sẵn có thấp hơn, cuối cùng trở thành hoàn toàn ngẫu nhiên và không có sẵn cho hoạt động”. Nói cách khác, theo thời gian, các quá trình tự nhiên phải bị phá vỡ, không hình thành (hoặc phát triển thành một thứ gì đó phức tạp hơn).
Định luật thứ ba chỉ ra rằng mức độ mất trật tự tiến tới 0 khi nhiệt độ tuyệt đối giảm xuống 0, các quá trình của hệ thống vật lý dừng lại. Khi đó, entropy sẽ có giá trị nhỏ nhất nhưng cũng không phải là tuyệt đối.
Định luật thứ tư thường được gọi là “định luật số 0”, chỉ ra rằng nếu hai hệ ở trạng thái cân bằng nhiệt với hệ thứ ba, thì chúng cũng ở trạng thái cân bằng với nhau.
Độ không tuyệt đối là gì?
Nhiệt độ của một vật thể hoặc vật chất là do chuyển động của các phân tử của nó. Càng nóng, các phân tử càng dao động mạnh hơn. Khi năng lượng được loại bỏ khỏi một hệ thống thông qua các quá trình nhiệt động lực học (ví dụ như trong quá trình làm lạnh), các phân tử sẽ chuyển động chậm lại.
Và đó là lúc độ không tuyệt đối xuất hiện. Sẽ có một điểm mà các phân tử đứng yên, bất động. Không có cách nào để làm chậm chúng hơn nữa. Không thể đạt được nhiệt độ thấp hơn nữa.
Giá trị của độ không tuyệt đối là −273,15°C (−459,67°F) hoặc đơn giản là 0 Kelvin trong thang đo Hệ đơn vị quốc tế. Kỷ lục về nhiệt độ lạnh nhất từng đạt được đã bị phá vỡ chỉ hơn một năm trước với việc làm lạnh khí rubidi xuống 38 picokelvins (3,8 * 10-11 K), thực sự chỉ là một phần nhỏ trên độ không tuyệt đối.
Nhiệt độ nóng nhất trong vũ trụ là bao nhiêu?
Con người thích sự đối xứng, vậy nếu có giới hạn dưới thì cũng có giới hạn trên? Thế nhưng, mọi thứ không quá rõ ràng khi nói đến mức độ nóng của một thứ gì đó. Nhiệt độ nóng nhất từng được tạo ra trong phòng thí nghiệm là 5 nghìn tỷ độ Kelvin. Nó được tạo ra trong Máy Va chạm Hadron Lớn và nó là nhiệt độ của Vũ trụ một vài khoảnh khắc sau Vụ nổ lớn.
Nhưng chúng ta có thể có được nhiệt độ nóng hơn thế không? Chắc chắn là có thể đạt được. Khi nói đến vật lý của điểm nóng nhất, chúng ta vẫn chưa tìm thấy thứ gì chặt chẽ như độ không tuyệt đối. Độ nóng tuyệt đối có một số khả năng, nó có thể nóng hơn 10.000 lần so với những gì chúng ta đã đạt được trong Máy Va chạm Hadron Lớn, chẳng hạn. Nhưng nó không tuyệt đối đến như thế.
Giới hạn duy nhất có thể tìm thấy trong vật lý phụ thuộc vào cái gọi là thang đo Planck. Tập hợp các đơn vị đo lường này hoàn toàn phụ thuộc vào các hằng số vật lý và có xu hướng báo hiệu nơi vật lý như chúng ta biết nó bị phá vỡ. Nhiệt độ Planck tương đương với 1,4 x 10 mũ 32 độ K. Đó là gấp 100 tỷ tỷ lần những gì bạn có thể nhận được trong Máy Va chạm Hadron Lớn. Các nhà khoa học không tin rằng có thể đạt được nhiệt độ nóng hơn thế nữa, nhưng giới hạn thực sự lại cũng có thể thấp hơn nhiều…
Theo Iflscience
