Hvad er den højest mulige temperatur?

I snart otte år har vi her i Spørg Videnskaben trofast afkrævet forskerne svar på nogle af alle de gode spørgsmål, I læsere stiller til videnskaben.

Nogle spørgsmål er i den mere kuriøse ende, som f.eks. Findes der lesbiske dyr? og Bliver man tungere af at prutte? Andre er så universielle, at de bliver stillet igen og igen, som Hvorfor griner vi?, Hvorfor kan man ikke kilde sig selv? og Hvad skete der før Big Bang?

Normalt vil vi ikke afkræve forskerne nye svar på de samme spørgsmål, uanset hvor gode de er. Denne artikel er dog en undtagelse. For Suna Wolf spørger:

»Findes der et modstykke til det absolutte nulpunkt - et absolut maxpunkt? Temperatur udgør jo et udtryk for den hastighed, hvormed molekylerne bevæger sig, så jeg tænkte på, om der findes en maksimal hastighed?«.

Selvom vi allerede har undersøgt spørgsmålet Hvor varmt kan det blive?, var det først og fremmest med blik for temperaturerne på Jorden og Solen. Suna sigter endnu højere og vil gerne finde den absolutte maximale temperatur, udledt af fysikkens love.

Så derfor tager vi spørgsmålet igen: Hvor varmt kan det blive?

Forskerne ved det ikke

Intet kan blive koldere end det absolutte nulpunkt ved -273,15 grader celsius. Men spørgsmålet er så, om universet også har en indbygget øvre temperaturgrænse.

Det vil Troels Harmark, der er forskningslektor på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet, gerne forsøge at svare på.

Først får vi en lidt nedslående besked: »Det er der ikke noget klart svar på.«

Forskerne ved faktisk ikke, om der findes en temperatur så høj, at den ikke kan overgås. Det afhænger nemlig af, hvordan universet er skruet sammen på det allermest fundamentale plan. Svaret kræver en teori for alting, og sådan en er ikke fundet endnu.

Teorierne rækker ikke

»Der findes noget, der kaldes Planck-temperaturen. Den ligger på 1,416785 × 10³² grader, altså 141.678 milliarder milliarder milliarder grader,« uddyber Troels Harmark.

»Planck-temperaturen kan udledes fra de naturkonstanter, der indgår i de teorier, vi i dag har til at beskrive naturen. Men vi ved egentlig ikke, hvad der sker, hvis vi varmer op til Planck-temperaturen, for her rækker teorierne ikke længere.«

»Man kan sige, at Planck-temperaturen sætter en grænse for, hvor høje temperaturer vi forstår med de nuværende teorier. Man bliver altså nødt til at finde en teori, der rækker ud over de nuværende teorier, og som kan forklare, hvad der sker ved Planck-temperaturen.«

Det gælder for øvrigt ikke kun for Planck-temperaturen, men også for størrelser som Planck-længden (1,6 ×10⁻³⁵ meter) og Planck-tiden (5,4 × 10⁻⁴⁴ sekunder). Her bryder hele vores beskrivelse af universet sammen, og der skal en helt ny fysikteori til, hvis vi skal forstå, hvad der foregår.

Strengteori kan give svaret

Sådan en teori arbejdes der da også på. Troels Harmark er selv blandt de fysikere, der studerer strengteori, som nok er det bedste bud på en teori for alting. Og inden for strengteori kan man måske opnå endnu højere temperaturer.

»Jeg har forsket i den såkaldte Hagedorn-temperatur i strengteori. Ved den temperatur regner vi med, at der sker en form for faseovergang, lige som når vand bliver til damp, når temperaturen stiger. Når man går over Hagedorn-temperaturen, skal der en ny beskrivelse til.«

»I strengteori kan man give mening til temperaturer, der ligger over Planck-temperaturen. Så rent teoretisk kan man godt studere højere temperaturer i strengteori. «

Teorien for alting er et stykke væk

Hvad der præcis sker ved Hagedorn-temperaturen - givet at strengteori er den rigtige teori for alting - er noget, forskere verden over prøver at finde ud af. Måske bliver de ekstremt små strenge, som alting tænkes at bestå af, splittet op i partikler ved den uhyre høje temperatur, fortæller Troels Harmark.

Fysikerne er endnu et godt stykke fra at have forstået strengteori så godt, at de kan give det definitive svar på, hvor høj Hagedorn-temperaturen er, og hvad der sker, når man når den. Det kræver en dybere forståelse af teorien end den, de har i dag.

Derfor er der altså endnu ikke noget svar på, om der findes en højeste temperatur, og hvad den i givet fald måtte være.

Måske er der en grænse

»I strengteori er der mange forskellige modeller for, hvad der sker ved temperaturer, der ligger over Hagedorn-temperaturen eller over Planck-temperaturen. Der er ikke nogen etableret sandhed,« siger Troels Harmark.

»Strengteori giver mulighed for at studere forskellige bud på, hvad der kan ske ved temperaturer højere end Planck-temperaturen. Men vi ved ikke hvilken model, der er rigtig.«

»I strengteori kan der godt være en grænse for, hvor høj temperaturen kan blive. Vi ved det simpelthen ikke endnu. Men det er jo også derfor, det er spændende at studere,« slutter Troels Harmark.

Svaret på spørgsmålet fra Suna Wolf er simpelthen, at vi endnu ikke ved, om der er en højeste temperatur. Fysikerne arbejder på sagen. Det skal nu ikke forhindre os i at sende Suna en t-shirt som tak for det gode spørgsmål.

Har du selv et videnskabeligt spørgsmål, så må du endelig ikke holde dig tilbage. Send dem til: sv@videnskab.dk