20121001-132455.jpg

Iedere week behandelt Scientias.nl op maandagavond een lezersvraag. Deze week wilde Thomas uit Nijmegen weten of er ook een maximumtemperatuur bestaat. Een interessante vraag, want die is er in theorie wel, maar als we ‘m bereiken, weet niemand wat er gaat gebeuren…

Dat er een minimumtemperatuur is, hebben we op de basisschool waarschijnlijk al geleerd. -273,15 graden Celsius is het absolute nulpunt. Dat is de temperatuur waarop alle moleculen stil komen te staan en er geen beweging meer bestaat. Die temperatuur is theoretisch te bewijzen, en wetenschappers zijn daar al dicht bij gekomen. Maar we horen nooit iets over een mogelijke maximumtemperatuur. Dat komt waarschijnlijk omdat die temperatuur alleen theoretisch bestaat. En als die ooit bereikt gaat worden, hebben we geen flauw idee wat er gaat gebeuren…

Lekker warm

Wetenschappers hebben in een laboratorium ooit een temperatuur van 4 biljoen graden bereikt.

Wat is temperatuur?
Om deze vraag te beantwoorden, moeten we eerst kijken naar wat temperatuur precies is. Temperatuur is in feite niets anders dan energie. Alles wat wij kennen, bestaat uit massa en energie. Massa, dat zijn moleculen en atomen, en energie zorgt ervoor dat die constant aan het bewegen zijn. Die moleculen kunnen snel of langzaam bewegen. Hoe langzamer moleculen bewegen, des te kouder de massa is. In ijs bewegen de watermoleculen dus een stuk langzamer dan in water. Het absolute nulpunt is dus het punt waarop alle moleculen niet langer bewegen. Dat is vrij definitief: als moleculen helemaal gestopt zijn met bewegen, kunnen ze natuurlijk niet nóg langzamer worden.

Kinetische energie
Als we zo denken, zou er op het eerste gezicht geen maximumtemperatuur kunnen bestaan. Moleculen zouden immers in theorie altijd sneller moeten kunnen bewegen, en daar zou geen limiet aan moeten zitten. Maar de lichtsnelheid dan? Die is niet relevant, want bij het meten van hitte gaan we uit van zogenoemde kinetische energie. Dat is de relatieve snelheid van de beweging van de moleculen. Die stelt dat, hoe dichter moleculen bij de lichtsnelheid komen, hoe groter hun massa wordt. Om bij lichtsnelheid te komen, is echter een oneindige voorraad energie nodig, en dat is volgens de huidige wetten van de natuurkunde niet mogelijk. De kinetische energie blijft dan echter wel groeien en groeien.

Er zou dus geen einde kunnen zijn aan de snelheid van moleculen, en dus zou hitte zelf ook oneindig moeten zijn. Toch is dat niet helemaal zo. Natuurkundigen zijn nogal verdeeld over deze vraag, omdat er geen theorie is die beschrijft wat er zou moeten gebeuren als de temperatuur boven een bepaald punt komt: Het ‘Absolute Hittepunt’.

Wist u dat…

… de ontdekker van de ‘absolute hitte’, Max Planck, een satelliet naar hem vernoemd kreeg?

‘Absolute hitte’
De Duitse natuurkundige Max Planck kwam voor het eerst met de theorie voor de ‘absolute hitte’. Die stelt dat er wel degelijk een maximumtemperatuur is. Er zou namelijk een moment bij de beweging van moleculen voorkomen, waarbij de hele werking van de fysica niet meer zou werken zoals dat nu gebeurt.

Enorme temperatuur
De ‘absolute hitte’ zoals Planck die voorstelt is een gigantisch hoge temperatuur. Dat kun je moeilijk vergelijken met een warme zomerdag: De Planck-temperatuur is 1.41 x 10(^32), ofwel 141.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 graden Celsius. Hoe bizar die temperatuur ook lijkt, Planck zegt in dezelfde theorie ook dat deze temperatuur ooit is voorgekomen: Een fractie van een miliseconde na de oerknal.

Max Planck

Onvoorstelbaar
Maar wat zou zo’n hitte dan betekenen? Eigenlijk kunnen natuurkundigen daar alleen naar speculeren. Waarschijnlijk worden bij zulke temperaturen moleculen zo groot, dat ze in pure energie veranderen. Alle bekende fenomenen van de fysica (zwaartekracht, relativiteit) smelten dan samen tot één grote kracht. Maar dat is zo onvoorstelbaar, dat er tot op heden nog geen theorie voor bestaat. “Het is het laatste vraagstuk over de grenzen van de theoretische fysica,” zeggen sommige natuurkundigen.

Er is dus, volgens deze theorie, wel degelijk een hoogste temperatuur. Maar wat er precies gebeurt, kunnen we met onze huidige kennis van de natuurkunde nog niet verklaren.

Heeft u ook een dergelijke vraag die u graag beantwoord ziet? Mail die dan naar tijs@scientias.nl, of stel het in de comments of via Twitter. We behandelen iedere week een nieuwe vraag.