¿Existen una temperatura máxima y una mínima que no se puedan superar?
El calor no es una propiedad de la materia. Tiene que ser producido de algún modo e, incluso dentro de las propias cosas, esa manera es la fricción.
Desde nuestro punto de vista parece que nuestro alrededor está compuesto por materia inerte, pero a nivel atómico la historia es diferente.
En este caso, debido a la órbita constante de los electrones alrededor de los núcleos atómicos, cada átomo vibra proporcionalmente a la velocidad que giran los electrones a su alrededor.
Cuanto más rápido den vueltas, más rápido vibrará el átomo y generará una mayor cantidad de fricción al rozar con sus vecinos.
Esa fricción es la que emite calor.
Ese es el motivo, por ejemplo, de que aumente la temperatura de algo (sobretodo gases) cuando lo comprimes: al reducir el espacio entre los átomos, chocan más a menudo entre ellos y se produce más fricción.
Total, si el movimiento de los átomos es el causante de la temperatura, entonces la mínima temperatura posible será aquella en la que los átomos estén totalmente quietos. A esta magnitud se le llama cero absoluto y equivale a -273,15ºC o 0ºK.
Nunca se ha replicado esta temperatura en el laboratorio, pero sí que nos hemos acercado muchísimo: se han conseguido enfriar un pedazo de rodio a 0.0000000001ºK o, una diezmilmillonésima por encima del cero absoluto.
Las temperaturas cercanas a los 0ºK son un territorio del que no sabemos todo lo que nos gustaría de momento, ya que a medida que los átomos vibran cada vez con menor intensidad, las cosas empiezan a comportarse de manera extraña: el helio líquido, por ejemplo, se convierte en un súperfluido que es capaz de fluir cuesta arriba gracias a su viscosidad nula y traspasar la materia sólida aprovechando cualquier mínima porosidad.
Por otro lado, la temperatura más baja observada en la naturaleza es de aproximadamente 1ºK y corresponde al gas en rápida expansión de la Nebulosa Boomerang.
Como hemos dicho, aumentar la presión de un gas aumenta su temperatura porque aumentan el número de colisiones entre átomos.
De la misma manera, separar las moléculas de gas entre sí reduce la temperatura, ya que los átomos no tienen contra qué chocar y van perdiendo energía poco a poco.
La nebulosa en cuestión. Crédito: ESA/NASA.
Por otro lado, la máxima temperatura posible no se correspondería con “la velocidad máxima a la que pueden vibrar los átomos”. Para calentar algo, necesitas aplicarle energía e ir acumulándola, ya sea en forma de presión, radiación (golpear los átomos con ondas para que vibren más rápido) o poniéndolos en contacto con algo que esté más caliente y que le transmita la vibración.
El momento en el que más energía se ha liberado en la historia del universo es justo después del Big Bang, cuando se alcanzó la temperatura de Planck, que equivale a 1,416×1032 ºC o:
141.600.000.000.000.000.000.000.000.000.000 ºC.
La energía de las partículas es tan alta a estas temperaturas que no se sabe siquiera como se comportaría la materia y las cosas se vuelven bastante confusas para la física actual.
En comparación, el núcleo del sol está a unos 15.000.000 ºC, lo que sigue siendo del orden de 10.000.000.000.000.000.000.000.000 (diez trillones) de veces más frío que la temperatura de Planck.
