מהי הטמפרטורה בחלל מבודד?

[There Is No Spoon]

מהי הטמפרטורה בחלל מבודד?

בזמן לימודי התרמודינמיקה המשעממים בשיעור כימיה, קפצה לי לראש שאלה מעניינת: אם היה אפשר למדוד את הטמפרטורה במקום כלשהו ביקום, מקום מבודד לגמרי, אליו לא מגיעה שום אנרגיה מכוכב או מגז כלשהו, מה תהיה הטמפרטורה במקום זה? האם טמפרטורה זו תהיה האפס המוחלט? (למרות שחוקי התרמודינמיקה לא מאפשרים זאת).

 

[Deathatred]

הטמפרטורה היום בחלל החיצון

במקום מבודד, איפה שיש רק ואקום, היא בערך כ 3 קלווין. כמה שזה ישמע לך מוזר, גם בואקום יש אנרגיה!

 

[atheist22]

לא מדוייק

קודם כל הטמפרטורה בחלל לא ממש מוגדרת. הטמפרטורה תלויה במהירות החלקיקים והלחץ שלהם. בחלל בסביבת כדור הארץ המהירויות הן מאוד גבוהות והלחץ נורא נמוך. לכל האפקטים שאנחנו רגילים לקשר לטמפרטורה אין כמעט שום משמעות כאן. מה שאתה הזכרת לא ממש קשור לטמפרטורה, לפחות לא ישירות. בכל היקום שלנו קיימת קרינה אלקטרומגנטית שהיא שארית מתהליכים שקרו זמן לא רב אחרי המפץ הגדול. אורך הגל של הקרינה יורד עם הזמן ככל שהיקום נמתח יותר. ניתן לקשר כל אורך גל לטמפרטורה שבה גוף שחור יפלוט קרינה בסביבת תדר זה. אורך הגל של קרינת הרקע הקיימת בימינו זהה לאורך הגל שבו נמצא מקסימום פליטת הקרנה של גוף שחור בעל טמפרטורה של 2.7K

 

[Henryf]

אינני רואה את הקשר.

השאלה הייתה בקשר לטמפ´ בגוף חלל מבודד. אם הוא מבודד שום קרינה לא תחדור אליו וממנו, גם לא קרינת הרקע שאתה מדבר עליו. הטמפ´ הממומצעת בחלק ה"מבודד" תהיה אותה טמפ´ בדיוק שהייתה בו תמיד, מהרגע שבו החלק הזה בודד, בתנאי שגודלו לא השתנה. אם גודלו השתנה, הרי הטמפ´ הממוצעת תהיה זו שסה"כ האנרגיה (או אנרגיה/מסה) באותו חלק מבודד לא השתנתה.

 

[There Is No Spoon]

התכוונתי למקום מבודד:

זאת אומרת מקום כלשהוא ביקום אשר אינו קרוב כלל לשום גורם כמו כוכב או גז אשר יכול להשפיע עליו. לא לאזור מבודד כמו תא עופרת. אני חושב שזה ענה לי על השאלה... בכל מקרה הטמפרטורה שם לא תגיע ל-0 קלווין משום שיגיעו לשם גלים אלקטרומגנטיים ממקומות מרוחקים ביקום. אז זאת אומרת שבחור שחור הטמפרטורה כן מגיעה ל-0 קלווין?

 

[Deathatred]

לאף אחד אין מושג קלוש

מה קורה בדיוק בתוך חור שחור בנקודה שבא נדחס כל החומר. כדי להבין מה קורה שם צריך תיאוריית כבידה קוואנטית - דבר שעדיין לא קיים היום (תורת המיתרים זה המאמץ הכי מבטיח בכיוון).

 

[Henryf]

כן ולא,

נכון שאין לנו ידע מה כן קורה בנקודה הסינגולרית, אך יש לנו מספיק ידע להבין שבנקודה זו טמ"פ כלל אינה מוגדרת, ולכן לשאלה אין כלל בסיס.

 

[Deathatred]

"לא מוגדרת"

בגלל שאין עדיין תיאורית כבידה קוואנטית אי-אפשר להגדיר כמעט שום דבר לגבי הנקודה הסינגולרית של חום שחור. אם נדע יותר טוב מה קורה שם נוכל להרחיב את ההגדרה. דרך אגב, אפשר להסתכל על טמפרטורה כאנרגיה (כפול קבוע שמאזן יחידות).

 

[Henryf]

טמ"פ כאנרגיה.

טמ"פ אינה אנרגיה, אלא מהירות תנועת החלקיק, ואם ברצונך להשוותו לאנרגיה תרמית עליך לקחת בחשבון גם את מסת החלקיק. כיון שבחור השחור ישנם סוגים שונים של חלקיקים (חלק אפילו מצליח לברוח מהחור) הרי שאי אפשר לדבר שם על טמ"פ.

 

[Deathatred]

טמפ´ הוגדרה במקור

כמהירות תנועה של חלקיק, אבל מאז ההגדרה הורחבו לשימושים קוסמולוגיים כגון טמפ´ של קרינה והטמפ´ של היקום.

 

[Henryf]

טמ"פ של קרינה ויקום

כאן הכוונה רק לגלים אלקטרומגנטיים. הכוונה הייתה לטמ"פ המקור המשדרת גלים בצבע מסוים, ולצבע (או אורך הגל) קראו על שם טמ"פ המקור. בגלים אלקטרומגנטיים יש אכן קורלציה ישירה בין "צבע הגל" ובין האנרגיה שלו, כי הם קשורים ע"י תדירות הגל, אבל זו לא הטמ"פ התרמודינמית.

 

[Henryf]

מהירות החלקיקים והלחץ שלהם?

טמפ´ מוגדרת ע"י מהירות החלקיקים. נקודה. מה זה לחץ של חלקיקים? אם יש יותר מסוג אחד של חלקיקים בעלי מסות שונות, לכל סוג של חלקיק יש מהירות אחרת, במקום כזה הטמפ´ לא מוגדרת. למשל, אין טמפ´ מוגדרת בתוך מנורת נאון, כי בתוכה אלקטרונים ויונים חיוביים, הנעים במהירויות שונות, לכוונים מנוגדים, בו זמנית.