Bir madde en fazla ne kadar ısıtılabilir?

Öncelikle soru izahında ısı ve sıcaklık kavramlarının sanki biraz karıştırıldığını düşünüyorum bu ufak uyarıdan sonra hemen cevabıma geçiyorum.

Türbitak dergisinde yer alan makaleye göre (Bir çok daha kaynak var örnek teşkil etmesi için veriyorum) Ulaşılabilecek en yüksek sıcaklık değeri yaklaşık 10^32 Kelvin olan Planck sıcaklığıdır. Bu düşünülen değer evrenin en yoğun olduğu andaki sıcaklık olarak ifade edilmektedir.

Basit bir şekilde bunun sebebini anlamak için bir balon ile deney yapabiliriz. Hassat bir termometre yardımı ile bir balonun sıkıştığı zamanda içerisindeki havanın ısındığı gözlemlenecektir. Bundan dolayı evrenimizden söz ederken yoğunluk ve sıcaklık arasında bir doğru orantıdan söz edebiliriz.

Kısa cevap: Teorik olarak ulaşılabilecek en yüksek sıcaklık 10^32'dir.

Bir maddenin maksimum sıcaklığı, fiziksel durumuna ve ona uygulanan basınca bağlıdır. ^[1]

Bir sıvının basınçtan bağımsız olarak gaz hâline gelerek bulunabileceği en yüksek sıcaklığa "kritik sıcaklık" denir. Bir gazın ulaşabileceği en yüksek sıcaklık net olarak belirlenmemiştir; ancak bazı fizikçiler, Planck sıcaklığının -yaklaşık 1.41679 x 10^32 Kelvin- teorik sınır olduğunu savunmaktadır. Bu, kuantum kütle çekimi etkilerinin kritik hâle geldiği ve mevcut fizik yasalarının bozulduğu sıcaklıktır. ^{[2] [3]}

Bir maddedeki parçacıkların kinetik enerjisi, sıcaklığı ile orantılıdır. Bu nedenle sıcaklığın arttırılması, kinetik enerjinin arttırılması anlamına gelir. Ek olarak parçacıkların kütlesi ve hızı gibi kinetik enerjiyi etkileyen başka faktörler de vardır. Dolayısıyla parçacıkların maksimum kinetik enerjisi; sadece sıcaklık tarafından değil, aynı zamanda maddenin doğası ve ona etki eden dış kuvvetler tarafından da belirlenmektedir. ^[4]

Teorik olarak mümkün olan en düşük sıcaklığı anlamak çok da zor değil. Mutlak sıfır noktası şu anda tanımlanan teorik olarak en düşük sıcaklık. Bu sıcaklık 0 Kelvin, yani -273.15 derece Santigrad Mutlak sıfır sıcaklığında maddenin iç enerjisi sıfıra eşit olacağından, teorik olarak bir maddeyi daha da soğutmak mümkün değil. Laboratuvar ortamında ise ulaşılabilen en düşük sıcaklık, maddenin kuantum etkileri gösterdiği 100 pikoKelvin yani mutlak sıfır noktasından yalnızca 0.000 000 000 1 derece daha sıcak.

Peki teorik olarak mümkün en yüksek sıcaklık nedir? Bu noktada işler biraz daha karışıyor. Mutlak sıfır noktasında maddenin iç enerjisinin sıfır olduğu kabul edilirse eğer, maddenin iç enerjisinin sonsuza ulaşması da ulaşabileceğimiz en yüksek sıcaklığı tanımlamalı.^[1]

Yani anladığımız kadarıyla teorik olarak sıcaklığın bir üst limiti yoktur. Fakat sınırsız bir sıcakliğa erişmek için sınırsız bir enerji gerektigınden ve bunun fizikte mümkün olmadığından, sonsuz bir sıcaklık uretmek mümkün degildir. Evrenin en sıcak maddeleri ise supernovalar olarak tahmin edilir.(100milyar santigrad)

"Supernovalar, Evren'deki en sıcak şeylerdir ve bir milyon derece Celsius'a ulaşırlar. Bu patlayıcı olaylar, Güneş'imizden 8 ila 40 kat daha büyük olan bir yıldız, ömrünün sonuna ulaştığında çekirdeği çöktüğünde meydana gelir ve patlar.^[2]