El frío más frío posible

¿Alguna vez te has preguntado si existe alguna temperatura límite, tanto por encima como por debajo, frío y calor? El llamado cero absoluto marca el límite teórico y físico del frío, a pocos grados de la considerada como “temperatura ambiente” en la Tierra, mientras, estrellas como el Sol y cuerpos aún incluso más calientes son capaces de caldear la temperatura a miles y miles de grados centígrados. ¿Por qué existe el límite al frío? y ¿existe un límite a la máxima cantidad de calor?

La cercanía del frío imposible

La temperatura más baja posible se encuentra a pocos grados por debajo de los registros considerados “normales” o “habituales” medidos los termómetros en la Tierra, en comparación con la lejanía de las máximas posibles que pueden llegar a registrarse en estrellas y otros puntos calientes del Universo.

El límite “por debajo” lo marca el conocido como cero absoluto, que se sitúa, exactamente a 273 grados centígrados bajo cero o -273. Enfriar por debajo de esa temperatura es teóricamente imposible y nunca se ha conseguido, ni siquiera experimentalmente. No obstante, la tecnología y la aplicación de mecanismos de frío en combinación con el uso de campos magnéticos ha logrado acercarse a muy pocos decimales de esos -273 grados (medio nanogrado Kelvin -K- por encima. Los grados Kelvin son otra escala para medir temperatura donde 0 K es el cero absoluto, que equivale a -273 grados centígrados. Esto es lo mismo que decir que 273 Kelvin son 0 Cº).

Como sabes, los estados de agregación de la materia varían en función de parámetros como la presión y, especialmente, la temperatura. El agua es líquida a temperatura ambiente, pero se transforma en gas si aplicas calor por encima de los 100 grados y se vuelve sólida en forma de cristales de hielo si te acercas a los 0. Lo mismo ocurre con todos los demás elementos, sólo que las temperaturas de referencia varían.

A mayor temperatura, los átomos y partículas que componen el todo aumentan su nivel de movimiento, favoreciendo el choque entre estas partículas y alejándose unas de otras, rompiendo enlaces que, a escala macroscópica, la que puedes ver sin microscopios ni telescopios, se traduce en la pérdida de consistencia de sólido a líquido o, si aplicas más calor y energía, de líquido a gas. Todavía, si sigues aplicando energía calorífica, los átomos terminarán perdiendo electrones de su corteza transformándose el gas en gas ionizado o plasma, el cuarto estado de agregación.

A la inversa, si enfrías un cuerpo, el movimiento y los choques de las partículas se ralentiza, según desciende la energía calorífica. A temperaturas bajas, tendremos sólidos, con sus partículas muy juntas y muy quietas. Al seguir enfriando llegaríamos a valores próximos a este cero absoluto, donde las partículas no pueden seguir ya perdiendo más energía ni, por tanto, movimiento. La presión de los gases sería nula en este valor, dada su compresión total en el espacio. Según la física tradicional, en el 0 absoluto o 0K el movimiento de las partículas sería 0. A esta temperatura, todos los elementos existentes en el Universo se solidificarían en cristales sólidos puros y perfectos lo que es, en si mismo, un imposible.

Se trata de un valor al que no puede llegarse, ya que se necesitaría un infinito poder enfriante. Sin embargo, es perfectamente posible en laboratorio, como ya sabes, aproximarse a muy pocos decimales de este valor.

Récords de temperatura

Sólo para que te hagas una idea y para responder preguntas como ¿cuál es la temperatura más alta y más baja de la Tierra?, he aquí algunas marcas: La temperatura a la que el agua se hace hielo es 0 grados centígrados, 273 Kelvin o 273 grados por encima del 0 absoluto. La temperatura más baja registrada en la Tierra fue de -89,2ºC, el 21 de julio del 83 en Vostok (Antártida). La más alta fue de 58,1ºC en el Valle de la Muerte, California, Estados Unidos, el 23 de julio del 2006. La temperatura más alta medida por el Hombre fue generada en un acelerador de partículas y superó en más de 250.000 veces la del interior del Sol, con un valor de unos 4 billones de grados centígrados, algo que creen similar a la temperatura que pudo albergar el Universo instantes después del Big Bang que lo creó.

¿El máximo calor posible?

Encontrar un límite claro a la máxima temperatura posible es, a día de hoy, una cuestión compleja. Si bien el cero absoluto está pocos centenares de grados por debajo de la temperatura a la que estás acostumbrado a vivir, hay estrellas en el Universo que pueden superar los 100.000 grados centígrados e incluso más. Definir teóricamente la máxima cantidad de calor que podría alcanzarse en el Universo se puede abordar, no obstante, siguiendo razonamientos como este:

Algunos teóricos señalan a que, según se añade energía en forma de calor, como sabes, las partículas aceleran su movimiento, disgregándose y formando gases y plasma al separarse entre ellas. Bien, el posible límite vendría motivado por la máxima velocidad que pueden alcanzar esas partículas: La de la luz, esos 300.000 kilómetros por segundo que, como sabes del post “Ver el Pasado es Posible”, es el límite de velocidad máxima en el Universo.

Se trata de un límite de temperatura inalcanzable por el hecho de no poder llegar a esa velocidad: Acelerar una sola partícula a la velocidad de la luz necesitaría de “carburante” infinito, más energía de la que el propio Universo puede acumular.

¿Qué temperatura podría alcanzar un cuerpo en el Cosmos que rozase esos valores máximos prohibidos? El cálculo no está claro como la mínima de -273ºC, ni mucho menos, pero algunos cómputos hablan de una treintena de cifras de grados… La “pega” es que la cantidad de calor que puede generar un cuerpo con partículas vibrando o moviéndose a esas velocidades dependería también de la masa del propio cuerpo, de la cantidad de materia que tenga. Así que, en principio, parece no haber un límite definido para la máxima temperatura posible.

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