Ställ era random astronomifrågor

Föreställ dig att temperatur är ett mått på "vibrationer" - alltså amplituden på ett varierande avstånd mellan molekylerna i ett material.

När då dessa amplituder/vibrationer minskat till ett stillastående så har man nått den absoluta nollpunkten.

I den stigande riktningen finns ingen motsvarande gräns, men när t.ex ett fast objekt värmts upp tillräckligt så övergår dess tillstånd till en vätska som i sin tur vid uppvärmning övergår i gas o.s.v.

För att definieras som ett svart hål så behöver det (redan) bestå av en mycket stor materiemängd/massa.

Denna massa genererar en gravitation så stark att mer materia KAN "sugas in". Men detta tillflöde är inte alls 'nödvändigt' för ett redan befintligt svart hål, så om hålet befinner sig mitt i ingenting så händer det inte heller något mer. (Förrän då det närmar sig ytterligare materia - Av egen kraft/rörelse eller pga. hålets gravitation.)

Och ja - Ett svart hål ser ut som "en svävande svart boll" eftersom inget ljus eller annan strålning eller materia kan lämna hålets händelsehorisont.

Plancktemperaturen på ca 1.416785•10³² °K anses vara en övre gräns, iaf fall för vad som skulle kunna beskrivas utan en fungerande teori om kvantgravitation.

https://en.wikipedia.org/wiki/Absolute_hot


Enl kvantfysik kan partiklarnas vibrationer (t ex atomerna i ett fast material) heller aldrig minska helt till 0, inte ens vid 0°K. Krafterna mellan atomerna fungerar i praktiken som ett system av fjädrar, där varje atom kan vibrera runt sin jämviktspunkt, vilket kan beskrivas som en partikel i en s k harmonisk potential. Men lösningarna till sådana problem har en lägsta energinivå som är högre än noll. Detta kan också ses som en konsekvens av Heisenbergs osäkerhetsrelation som förbjuder både läge och hastighet att vara exakt stilla i potentialens bottenläge.

https://sv.wikipedia.org/wiki/Kvantharmonisk_oscillator

https://sv.wikipedia.org/wiki/Osäkerhetsprincipen

Temperatur är lite lurigt att definiera om man ska undvika det värsta handviftandet, men enkelt sett är temperatur ett mått på värmeenergin i ett system. Värmeenergi kan manifesteras på många olika sätt som t.ex. rörelse hos partiklar (som atomer eller molekyler i en gas), men också som excitationer i t.ex. elektroniska frihetsgrader i en atom eller i en metall. Den absoluta nollpunkten är då det inte finns någon (klassisk) rörelse eller excitationer i systemet. Här kommer kvantmekaniken in och rör till det lite för även vid nollpunkten kan det hända lite saker, men det är just nu inte så viktigt. Det går alltså att extrapolera en massa olika mätningar och teorier ner till extremt låga temperaturer och vid 0 K så stannar allt upp i alla dessa olika system.

Att mäta 0 K är i teorin omöjligt för att mäta är att störa och att störa är att tillföra energi så så fort vi försöker mäta så stiger temperaturen. Vad man kan göra är att mäta med en så liten störning som möjligt och i praktiken så kan man göra direkta eller indirekta (genom att studera storheter som i sin tur beror på temperaturen) mätningar som stör så lite så att det inte spelar någon roll. Till direkta mätningar används oftast laser eller maser. När fotonerna växelverkar med atomerna så kommer de att få eller förlora lite energi och hur mycket beror på temperaturen. Med hjälp av oerhört känsliga detektorer kan man sedan mäta den lilla ändringen.

Det går aldrig att nå den absoluta nollpunkten men vi kan i teorin komma godtyckligt nära. I försök med extremt tunna gaser av vissa atomer (t.ex. rubidium eller cesium) som kyls med hjälp av laser så har man nått ner till och förbi 10^-9 K, alltså en miljarddels kelvin över nollpunkten. Då skapar man först en fälla av magnetfält som håller atomerna borta från de i sammanhanget glödheta väggarna i vakuumkammaren. Sen korsar man två laserfält så atomerna får som fack i fältet där de lägger sig till ro. Sen tar man en tredje laser som föser bort de atomer som har högst energi så att resten av dem blir kallare.

Jag skrev ovan att temperatur kan kopplas till excitationsgraden i system. Ju fler och högre excitationer över grundtillståndet vi har, desto högre är temperaturen. I lasersystem och vissa magnetiska system så kan få något som kallas inverterade populationer där vi bara har höga excitationer och inga låga. Det enda sätt som vi kan få ihop matten i ekvationerna då är att säga att temperaturen är negativ. Om det bara är ett knep för att få ekvationer som egentligen inte är tillämpbara i just det sammanhanget att ändå fungera eller om det faktiskt betyder att temperaturen i system är negativ lämnar jag till andra att bestämma. Temperatur i betydelsen klassisk rörelse/kinetisk energi kan aldrig vara mindre än 0 K för det går inte att röra sig långsammare än stillastående.

Högsta temperatur är oklarare. Man kan argumentera för att Plancktemperaturen på strax över 10^32 K är den högsta möjliga temperaturen. Då blir den kinetiska energin hos partiklar så hög att gravitationen hos dem gör att varje partikel kollapsar till ett svart hål. I den allmänna relativitetsteorin kan både energi och massa "ge" gravitation på samma sätt (båda är med i högerledet som är källan till krökningen av metriken i vänsterledet i GRs fältekvationer). Blir det så varmt så klappar vår beskrivning av naturen som vi känner den ihop, men det betyder inte att allt ändå inte löser sig i någon teori om allt som klara av både QM och GR samtidigt.

Ett annat argument säger att ungefär 10^12 K är den maximala temperaturen för då är den kinetiska energin hos partiklarna så stor att de börjar bilda partikel-antipartikelpar. Stiger den kinetiska energin så blir det bara fler partiklar (på bekostnad av de ursprungliga, heta, partiklarna som svalnar) och inte varmare och temperaturen har inget med partikeldensiteten att göra utan bara den genomsnittliga kinetiska energin.

Skulle du säga att temperaturen i rymden strax utanför jorden är 5500°C? Fotonerna där som kommer från solen har iaf samma spektrum som de har när de lämnar solens yta.

/krångelpelle

Jag skulle säga att systemet är så långt från termodynamisk jämnvikt att det inte är meningsfullt att prata om EN temperatur. Frihetsgraderna är så svagt kopplade att de inte termaliseras med en rat som överstiger energifluxen inom frihetsgraderna. Strålningen har en temperatur (runt 5500 K), jonerna en (given av dess klassiska rörelse, bra kallt) och elektronerna en, härledd från excitationsfördelningen. Fraleys pek från 1974 är en bra utgångspunkt för vidare diskussioner i ämnet. Det krävs ungefär 10^19-10^20 atomer per cm^3 för att man ska nå (tillräckligt nära) LTE i vanliga fall och vi har betydligt lägre nummerdensitet än så i de översta lagren av atmosfären.

Förstår kanske hälften, men dock lite klokare iaf.
Tack för ett utförligt svar.

Jävlar ett sånt grymt inlägg!
Gillar att du förklarar matematiken också.

Det är få saker inom fysiken som är så svårt att få grepp om som temperatur om man därtill innefattar entropi, tid, relativism och sådana saker.

Då jag läste om fenomenet med negativ temperatur ganska nyligen och det nämndes så tycker jag det är värt att länka.
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Negative_temperature
Därifrån kan man klicka sig vidare tills hjärnan slår knut på sig självt.
Här är ett exempel:
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Quantum_vortex

Det finns oändligt med intressant gällande detta ämne. En detalj man kan roa sig med att filosofera om är att man trots negativ temperatur i entropisk mening, samtidigt kan ha oändlig temperatur enligt en annan definition.
Samtidigt är kinetisk temperatur invariant, medans entropisk är variant. Men entropi och kinetisk temperatur beror också på frihetsgrader som i volym och tryck, så längdförskjutning kan endast tillsynes gälla som reellt fenomen.
Även, endast Lorentzkraften i EM-fältet är invariant och vi vet att tidsdilatation gäller, vilket tillskrivs entropigradientens observatörsberoende observerade acceleration, men ökningen av momentum sker endast i accelerationsriktningen, oberoende av observatör utöver dess magnitud.
En klump vatten börjar ju inte koka beroende på vilken observatör som betraktar den, men dess kinetiska energi är observatörsberoende, härlett från Lorentzkraftens invarians.
Men informationen om entropin och dess gradient kan endast bestämmas genom jämviktsjämförelse på samma plats i tid och rum med en annan massa, liksom kinetisk temperatur.
Men momentum accelererar inte en massa och ger relativistiska effekter liksom krafter gör, men kan trots detta förändra det tidigare delsystemets kinesiska energi utan att behöva konservera hela systemets kinetiska energi. Däremot kräver en momentuminteraktion fler frihetsgrader så entropin kan bli högre.
Det finns inte heller någonting en observatör kan göra relativistiskt med varken kraft eller momentum för att utnyttja tidsdilatation för att få information från en längre gången entropisk process, likt en dator, snabbare än om processen skedde på plats.
Sönderfall är oberoende av kinetisk temperatur men beror på entropiökning från krafter från en observatör men inte från en observatör momentuminteraktion, trots den högre frihetsgraden då systemet då blir ett.
Men elektromagnetiska bindningar beror på kinesisk temperatur men är endast ett mått på frihetsgrader gällande entropi.
Högre kinesisk energi separerar bindningar snabbare än lägre då enertin är högre, medans entropigradienten låter samma energi verka under en relativt annan tidsperiod.
Samtisigt som ingen observatör kan accelerera en massa med entropi till mer vila. En observatör kan inte accelerera för att sedan släppa bakom sig och då accelerera i motsatt riktning, en massa med entropi så denna är i mer vila, gentemot någon. Det går inte på något sätt med relativism.
Man kan inte sänka entropin i ett slutet system utan att påverka andra frihetsgrader.
Var hamnar den kinetiska energin som visar sig som massa när en klump vatten accelereras utan att börja koka? Linjära mv i färdriktningen låter självklart. Men betyder inte det att temperatur beror på den relativa skillnaden i storheten på de linjära momentumen och även att de interagerar från olika riktningar?

Har någon svar på något så vore jag tacksam för det här är ett ämne som inte ärligt och förståndigt kan beskrivas som enkelt.

Finns det punkter i universum? Typ om de kunnat märkas ut skulle jag kunna åka tillbaka till samma punkt (om färdmedel fanns) och säga att här har jag varit förut. Eller kan man aldrig vara på samma plats två gånger?

Det är oerhört glest med "geografiska" namnskyltar och andra vägmärken, men för den som behärskar astronomisk navigation* så är det fullt möjligt att återvända till en viss punkt en andra gång.

Det finns dock några aber att beakta:

• Samtliga himlakroppar rör sig fort pga. bland annat gravitation inom sol- och planetsystem och galaxer samt universums expansion.
• Det finns ingen given mittpunkt eller origo att förhålla sig till som referens till punkten att återvända till, så den måste räknas ut genom att identifiera tillräckligt många 'näraligande' stjärnor och planeter. Samt då även kunna räkna fram hur dessa har förflyttat sig relativt återvändspunkten under mellantiden mellan besöken.
• Om man t.ex avreser från en himlakropp (t.ex Jorden), så är det ingen bra idé att återvända till samma punkt vid hemresan, eftersom då Jorden har hunnit åka därifrån under din resa med rymdfarkosten.

Nej tyvärr.
Kinesisk energi och temperatur har jag alltid ansett som rena rama grekiskan.