¿Son los átomos ultracold creados sólo por la vida inteligente?

Question

La naturaleza ha aceleradores de partículas que están mucho más allá de nuestra capacidad, pero de vez en cuando oigo atómica de los físicos afirman que son capaces de hacer algo que nunca ha sido formado en cualquier proceso natural (es decir, no viene de la vida inteligente). Este siempre me ha parecido plausible para mí, pero ¿es realmente cierto?

Por definición, digamos que hemos producido 100.000 átomos en 100 nK durante 10 segundos, lo cual es bastante conservador en cada parámetro. ¿Cuál es la probabilidad de que este átomos de haber tomado alguna vez a esta temperatura durante este período de tiempo debido a las fluctuaciones espontáneas, en cualquier parte del universo observable? ¿Y 10 átomos? Suponiendo que el universo es infinito en tamaño, por lo que el volumen que tendríamos que mirar antes teníamos una buena probabilidad de que esto ocurra? Siéntase libre de hacer cualquier simplificación de los supuestos que podrían dar una cota superior a esta probabilidad, como asumiendo que el universo ha sido en 3 K todo el tiempo desde el Big Bang.

Edit: ya que nadie ha mordido, voy a señalar los que más lejos me he metido en esta cuestión: el teorema de fluctuación de los estados, si he entendido correctamente, lo siguiente:

$\text{Pr}(\Delta S=-S_{UC})=\text{Pr}(\Delta S=+S_{UC})e^{-S_{UC}t}$

donde $S_{UC}$ es la disminución de la entropía que se necesita para tomar los átomos de 3 K a 100 nK. En otras palabras, es exponencialmente más probable que espontáneamente van a aumentar por la necesaria entropía, en sí mismo, probablemente es un evento poco probable.

Answer 1

Aunque no es una respuesta completa, un lugar para comenzar es con el frío que ocurren naturalmente su lugar en el universo, que es la Nebulosa Boomerang, una nebulosa planetaria que es de alrededor de 1 K. de la mejor manera que puedo decir, esta enfría por debajo del CMB temperatura simplemente por la expansión adiabática, y está aislado en su interior de CMB calefacción. Es esta una forma factible de llegar a ultracold temperaturas?

Para un gas monoatómico, cabe recordar que la expansión adiabática es $TV^{2/3}=const$. Por lo tanto, algo que se enfría a 100 nK de 3 K tendría que expandir su volumen por un factor de ~$10^{11}$. Lo cual es, obviamente, una gran cantidad, pero el espacio es grande y tiene espacio más que suficiente. La nebulosa Boomerang es de aproximadamente 1 año luz a través de, y se está expandiendo a cabo alrededor de 164 km/s. Así que nos podríamos imaginar, por ejemplo, un objeto similar que comienza con un radio de alrededor de 10^(-4) LY (que todavía es 10,000 veces más grande que el Sol) y se expande con el mismo tamaño en la misma proporción, que tendría alrededor de 1000 años. Esto no parece muy plausible, aunque yo no soy astrónomo.

La pregunta más difícil de responder es lo que la tasa de calentamiento de la CMB sería en el interior de esta nube. Sólo tiene que ser muy pequeño, por supuesto, para contrarrestar el enfriamiento adiabático. Mirando en uno de los papeles en la nebulosa Boomerang, los autores se estiman los rayos cósmicos de calefacción como $4*10^{-28}$ erg/s, mientras que la velocidad de enfriamiento es de alrededor de $10^{-25}$ en las mismas unidades. Así que desde enfriamiento adiabático va más lento a medida que el gas se hace más frío (de hecho, en este modelo simple, tenemos $\dot{T}(t)=-T/t$), se podría esperar que por el momento en que el gas se haya enfriado a aproximadamente 1/1000 de la CMB de la temperatura, si no antes, la velocidad de calentamiento podría coincidir con la velocidad de enfriamiento.

Con todo, mi muy crudo, mejor conjetura es que la expansión adiabática de este tipo no podría llevar a una temperatura inferior a la de la escala de mc.