Planck y la temperatura infinita

Fuente: Paperblog

Hace tiempo que hablamos acerca de los estados de agregación de la materia. En aquel artículo vimos como poco a poco el estado de la materia se iba modificando en función de si aportábamos o quitábamos energía al sistema. La temperatura, si recordamos, no es más que una representación de su energía. Vimos cómo se modificaban las condiciones y propiedades del material al reducir su temperatura, que sólo podía disminuir hasta el Cero Absoluto (-273,15 ºC ó 0 K).

Esto es debido a que la temperatura de un material representa el movimiento de sus átomos y, obviamente, como algo no puede moverse menos que estando en reposo, encontramos rápidamente un límite inferior para los valores de la temperatura.

Pero al encontrarnos tan rápidamente con este límite es inevitable que, inmediatamente, se nos plantee otra nueva pregunta. ¿Existe un límite superior para la temperatura?

Sello de Max Planck

Pues la respuesta es Sí, existe un límite superior y quién demostró la existencia de dicho límite fue el físico alemán Max Planck, a quién muchos conoceréis aunque sólo sea por su famosa Constante de Planck que todos estudiamos en el instituto. (Alguno seguro que ha escuchado el chiste “¿Que ruido hace un átomo al caer al suelo? Plaaaannnccckkk”).

Planck, intentó calcular un sistema de unidades naturales que no dependieran del entorno local. Para ello se basó en constantes universales como son la velocidad de la luz, la constante de gravitación universal, la constante de Coulomb, la constante de  Dirac y la constante de Boltzmann. De esta manera, obtuvo unidades de medida para la longitud, el tiempo, la masa, la carga eléctrica y, cómo no, la temperatura.


Unidades de Planck


Todas estas unidades tienen en común que nos muestran límites de la naturaleza (unos más evidentes que otros). De esta manera el Tiempo de Planck se considera el intervalo de tiempo más corto que puede ser medido, la Longitud de Planck es la distancia más corta que podemos medir…  y la Temperatura de Planck es la temperatura más alta que se puede alcanzar.

Una de las principales ventajas del sistema de unidades naturales descrito por Max Planck es que las magnitudes de las distintas unidades se pueden comparar mucho más fácilmente. Esto es debido a que el sistema se define haciendo que las cinco constantes físicas universales tomen el valor 1 cuando se expresen ecuaciones y cálculos en dicho sistema. Así, por ejemplo, dado que los protones tienen una carga aproximadamente igual a una unidad natural  de carga pero su masa es muy inferior a la unidad natural de masa, podemos deducir que dos protones se repelerían ya que la fuerza electromagnética entre ellos (repulsiva) es mucho mayor que su fuerza gravitatoria.

Por supuesto, a partir de las unidades básicas de Planck, se pueden obtener unidades derivadas para calcular magnitudes menos directas como pueden ser la Energía de Planck, Fuerza de Planck, Potencia de Planck, Densidad de Planck, Velocidad angular de Planck, Presión de Planck, Intensiad eléctrica de Planck, Tensión eléctrica de Planck y, por consiguiente, la Resistencia eléctrica Planck.

Muchos físicos denominan a las unidades naturales de Planck las unidades de dios, ya que eliminan cualquier sombra antropocéntrica de nuestros sistemas ordinarios más comunes (como el sistema internacional de unidades, por ejemplo).

Escala de temperaturas


Volviendo a la Temperatura de Planck, como decíamos, es el límite superior de temperatura que puede alcanzarse. ¿Y cuál es la explicación si puede saberse? Pues veamos, recordando de nuevo que la temperatura es una representación del movimiento de los átomos, instantáneamente podemos hacernos una idea de cuál puede ser la causa del límite. ¡Exacto! La velocidad de la luz. Dado que nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz, si calentamos lo suficiente un material, llegará un momento en que sus átomos se moverán, como mucho, a dicha velocidad.

A la temperatura de 10¹⁰ K los electrones ya viajan casi a la velocidad de la luz, lo que implica que, según la teoría de la relatividad, aumentan su masa. Este aumento de masa hace que cada vez sea necesaria más energía para aumentar la temperatura del sistema. De esta forma la temperatura total puede seguir aumentando hasta los 10³² K que calculó Planck. A partir de ese punto ya no se puede aumentar más la temperatura pues la masa que alcanzarían los electrones sería suficiente para convertirlos en agujeros negros, donde nuestras leyes físicas se colapsan.

Vemos como nos encontramos con un límite, aunque realmente alto. Para hacernos una idea, la temperatura en el interior de nuestro Sol es de 15 x 10⁶ K y la temperatura más alta alcanzada jamás en un laboratorio en la tierra es de 10¹⁴ K (en Fermilab). Para terminar os dejo un enlace (también en la imagen superior) a una aplicación flash en la que se muestra una escala de temperaturas desde el Cero Absoluto hasta la Temperatura de Planck.

Ahora, conociendo este límite, ya no me atrevo a quejarme de que el camarero me ha servido el café muy caliente.