¿Por qué se considera que el cero absoluto es asintótica ? ¿No tendrían las regiones, como los espacios masivos entre cúmulos de galaxias, temperaturas de cero absoluto?
No veo por qué nuestro modelo debe funcionar como lo hace. Quiero decir que tiene que haber regiones sin energía térmica por ahí, el universo es masivo.
Sólo podemos acercarnos al cero absoluto asintóticamente porque no podemos chupar calor de un sistema. La única manera de sacar el calor es poner nuestro sistema en contacto con algo más frío y dejar que el calor fluya de lo caliente a lo frío como suele ocurrir. Como no hay nada más frío que el cero absoluto, nunca podremos conseguir todo que el calor fluya fuera de un sistema.
Podemos reducir la temperatura aumentando el tamaño del sistema y diluyendo el calor. De hecho, esta es la razón por la que la temperatura del CMB (fondo cósmico de microondas) es sólo de 2,7K y no de millones de K como era poco después del Big Bang. La expansión del universo ha diluido el calor sobrante del Big Bang y ha reducido la temperatura. Sin embargo, para alcanzar el cero absoluto de esta manera se necesitaría una dilución infinita y, por tanto, un tiempo infinito, por lo que el universo se aproxima al cero absoluto de forma asintótica.
En realidad, suponiendo que la energía oscura no desaparezca, el universo nunca se enfriará hasta el cero absoluto, incluso con un tiempo infinito. Esto se debe a que la expansión acelerada causada por la energía oscura crea un horizonte cosmológico, y esto produce la radiación Hawking. La radiación Hawking mantendrá la temperatura por encima del cero absoluto.
Respuesta (intuitiva) de la física clásica: la temperatura es una propiedad de la materia, que es una especie de estimación de la energía cinética de las partículas. Si no hay partículas, no hay nada que medir la temperatura.
Respuesta matemática: dado que la temperatura se modifica multiplicando por un número real, la única forma de llegar a 0 sería tener un objeto ya en cero para empezar que succionara toda la energía circundante. Que yo sepa, este objeto no se ha encontrado (aparte de las singularidades gravitatorias, y hay dudas sobre su existencia).
La física actual ha establecido que el marco subyacente es cuántico. Un principio básico de la mecánica cuántica es la Principio de incertidumbre de Heisenberg HUP.
Esto asegura que para las partículas no puede haber una medida o condición exacta de energía cinética 0, por lo que un conjunto de partículas no puede tener temperatura definida de 0.
Los fotones también son partículas e impregnan el universo observable, incluso el espacio más vacío, esto se conoce como la radiación sobrante desde el momento en que el universo se hizo transparente a las ondas electromagnéticas . Se denomina fondo cósmico de microondas, CMB, y su energía media es de 2,7K.
Esto es lo que observamos:
Mapa de todo el cielo del CMB, creado a partir de 9 años de datos del WMAP
No hay ningún cero, aunque existe un mancha de frío :
El "punto frío" es aproximadamente 70 µK más frío que la temperatura media del CMB (aproximadamente 2,7 K), mientras que la raíz cuadrada de las variaciones típicas de temperatura es de sólo 18 µK.
Por lo tanto, aunque nuestro universo sea enorme, no existe un punto sin fotones, y el HUP asegurará que no exista una temperatura de cero K.
Por favor, recuerde también que la cuantización de la gravedad llenará el espacio con gravitones, que también serán partículas elementales y llevarán algo de energía, por pequeña que sea, y también obedecerán la HUP. Así que en cualquier Universo interesante no puede haber 0K .
En termodinámica, la temperatura se define a partir de la ley zeroth (sí, pensaron en esto después de la primera, la segunda y la tercera... - luego se dieron cuenta de que habían olvidado algo bastante fundamental). La ley zeroth es la siguiente:
Si el sistema A está en equilibrio térmico con el sistema B, y el sistema B está en equilibrio térmico con el sistema C, entonces el sistema A está en equilibrio térmico con el sistema C.
Es una forma elegante de decir "la temperatura existe". Pero también dice "la temperatura existe cuando algo puede estar en equilibrio con otra cosa".
La termodinámica realmente sólo se ocupa de la respuesta a gran escala de un sistema - cuando se desciende al nivel de la partícula individual se observa la cinética de las partículas, y se hacen afirmaciones sobre la "temperatura" basadas en la energía cinética media.
Ninguna región del espacio está "siempre vacía". Aunque en un momento dado pueda existir una gran región del espacio sin partículas, no se puede conozca que está vacío - y en el momento en que descubras que no está vacío, habrás encontrado una partícula. Si esa partícula era realmente estacionaria (en cuyo caso, ¿cómo te la has encontrado?), el acto de medirla habrá impartido algo de momento (principio de incertidumbre), por lo que ya no está en reposo.
En otras palabras, macroscópicamente no se puede decir que una región vacía del espacio tenga temperatura "cero"; y microscópicamente, cualquier intento de medir el cero hará que "no sea así".
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