¿Hay una temperatura máxima?

No puede ser más fría que -273,15 grados Celsius (0 Kelvin, -459,67 Fahrenheit). La razón que da la física es que la temperatura es una medida de la energía cinética de las partículas, es decir, nos dice algo sobre la velocidad a la que se mueven. Cuando todo movimiento se detiene, hemos alcanzado el mínimo de la escala de temperatura, que por definición es 0. Pero, ¿existe también una temperatura máxima? Se podría suponer que sí, porque no sólo hay una velocidad mínima (0), sino también una velocidad máxima (la velocidad de la luz c). Pero entonces no es tan sencillo, porque la energía de las partículas con masa, que se acercan a c, va hacia el infinito. Por tanto, su temperatura sería también infinita.

Así que empezamos mejor en zonas conocidas. El agua se evapora a presión normal a 100 grados Celsius (211 F). A 5930 grados Celsius (10.700 F) hierve el tungsteno, el metal con el punto de ebullición más alto (200 grados más caliente que en la superficie del sol). Por lo tanto, a más de 6000 grados Celsius (10.830 F) y a una presión normal, la materia sólida o líquida ya no existe (es una historia diferente a alta presión). Si se calienta más, los átomos pierden sus electrones y se convierten en iones formando el plasma, el cuarto estado de la materia. En el núcleo del sol hace más de 15 millones de Kelvin (27 millones de F) de calor. Una supernova alcanza unos 10.000 millones de grados Celsius (18.000 millones de F).

Pero ese no es el final. Si se sigue añadiendo calor, el plasma calentado acabará alcanzando la temperatura de Hagedorn, que es de 1,7 billones (1012) de grados Kelvin. Aquí ocurre algo extraño: la temperatura no sube más al principio, igual que la temperatura no sube más cuando el agua hierve. Pero la causa es diferente: Con este enorme calor, hay tanta energía que se pueden crear combinaciones de quarks y antiquarks de la nada. Su producción, por un lado, se traga una parte de la energía suministrada, pero también hace que el sistema obtenga nuevos grados de libertad, que también pueden absorber energía. Todos los hadrones (partículas elementales hechas de quarks) se disuelven en sus componentes y nadan junto con su pegamento, los gluones, y muchos quarks añadidos de la nada en una sopa ultra caliente, el plasma de quarks-gluones. En el laboratorio (concretamente en los aceleradores de partículas) se alcanzan hoy en día con regularidad temperaturas de varios billones de Kelvin.

Pero también esta sopa de quarks-gluones puede calentarse aún más -a más tardar, cuando no queda espacio suficiente para añadir nuevos quarks, porque los quarks no son puntuales, sino que ocupan un espacio determinado (aunque sea muy pequeño). Ahora queda un largo camino hasta el siguiente límite. Éste viene dado por la teoría de cuerdas, que supone que toda la materia está formada por cuerdas que vibran. Éstas se extienden por más de nuestras cuatro dimensiones conocidas: hasta 21 dimensiones en total. La razón por la que no notamos nada de estas dimensiones adicionales es que están «enrolladas» en dimensiones minúsculas, cuya detección aún no nos es posible hoy en día.

Pero hay físicos que sospechan algo más: las dimensiones adicionales podrían ser también muy grandes, de modo que sólo se encuentran a altas energías (y temperaturas). Si se alcanzaran estas temperaturas, todas las fuerzas básicas se unirían en una sola. Esto tendría que ocurrir entonces a unos 100 cuatrillones de grados (1017) que son casi tangibles en el acelerador de partículas hoy en día. Precisamente por eso no tiene buena pinta esta teoría. Hasta ahora no se ha podido confirmar en el experimento, al contrario, los investigadores ya han podido excluir algunas versiones de la teoría.

Pero esto deja a la teoría de cuerdas con pequeñas dimensiones extra en juego. Llevaría a la unificación de todas las fuerzas básicas a unos 1030 Kelvin. Con ello se sitúa, sin embargo, todavía una pieza por debajo de la temperatura de Planck de 1032 Kelvin (un 1 con 32 ceros) que debió prevalecer poco antes del big bang en el universo.

¿Es ésta entonces la temperatura más alta? En este universo tal vez, pero en el universo de al lado, con sus constantes físicas completamente diferentes, puede ser diferente.

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BrandonQMorris
  • BrandonQMorris
  • Brandon Q. Morris es físico y especialista en el espacio. Lleva mucho tiempo preocupado por las cuestiones espaciales, tanto a nivel profesional como privado, y aunque quería ser astronauta, tuvo que quedarse en la Tierra por diversas razones. Le fascina especialmente el "qué pasaría si" y a través de sus libros pretende compartir historias convincentes de ciencia ficción dura que podrían suceder realmente, y que algún día podrían suceder. Morris es autor de varias novelas de ciencia ficción de gran éxito de ventas, como la serie Enceladus.

    Brandon es un orgulloso miembro de la Science Fiction and Fantasy Writers of America y de la Mars Society.