Hoy trataré de responder a la siguiente pregunta: todos sabemos que existe un límite inferior de temperatura. Dicho de otra manera, las cosas pueden estar muy frías, pero sólo hasta cierto punto (el cero absoluto). ¿Existe algún límite por el otro lado? ¿Es posible una temperatura infinita? La pregunta tiene más “chicha” de lo que puede parecer a primera vista, y nos llevará a lugares muy interesantes de la física teórica. Espero que disfrutes el viaje.
En primer lugar, recordemos por qué no es posible enfriar un cuerpo infinitamente. La temperatura es una medida de lo rápido que se mueven las partículas que componen el cuerpo. Cuando lo enfriamos, sus partículas (si es un cuerpo normal y corriente, sus átomos) se mueven cada vez más lentamente, hasta que se paran: eso es el cero absoluto, 0K, -273°C. Como las partículas no pueden moverse más lentamente que “nada”, entonces no es posible enfriar el cuerpo más allá.
Pero, ¿y por el otro lado? Probablemente ya estás pensando por dónde van a ir los tiros. La mecánica clásica (y su hija, la termodinámica decimonónica) no predicen ningún límite superior de temperatura. De hecho, muchos libros de texto afirman alegremente que “la temperatura puede aumentar hasta el infinito”. Sin embargo, de acuerdo con la física moderna, no es posible llegar a una temperatura arbitrariamente alta. El genio que determinó cuál es el valor máximo fue Max Planck, y no lo hizo directamente. Y no sólo eso: su valor puede ser una de las claves en nuestra comunicación con civilizaciones extraterrestres cuando nos encontremos. ¿Interesado?
**El sistema de unidades naturales de Planck **
En 1899, Planck se plantea lo siguiente: ¿cómo sería posible crear un sistema de unidades objetivo y universal? Los sistemas de unidades primitivos siempre se basan en valores relacionados con los seres que los crean: los pies o las pulgadas, por ejemplo. O se basan en comodidad matemática: los segundos, los minutos y las horas. Nuestras unidades, aún hoy, son antropocéntricas.
Un sistema de unidades que sólo se basa en valores absolutos de la naturaleza sería más avanzado, y existen varios de estos sistemas, que se llaman sistemas de unidades naturales: por ejemplo, la unidad de carga puede hacerse igual a la carga del electrón, y la de masa a la masa del protón. Esto es un avance, pero Planck quiso ir más allá.
¿Sería posible crear un sistema de unidades que no dependiera de ningún aspecto de nosotros mismos ni de ninguna partícula, ni de su carga, ni de su masa? ¿Un sistema de unidades que sólo dependiera del valor de constantes universales en el vacío? Sería un sistema que no dependería absolutamente de nada local, un sistema realmente universal. En palabras de Planck, _ …Éstas retienen necesariamente su significado en cualquier momento y para cualquier civilización, incluso las extraterrestres y no humanas, y pueden por lo tanto llamarse “unidades naturales”…_
¡Qué genialidad! En 1899, cuando no existía ni el aeroplano, Planck se está planteando cómo comunicarnos matemáticamente con una civilización extraterrestre no humana.
En este caso, se obtiene a partir de la constante de Dirac, la velocidad de la luz en el vacío, la constante de gravitación universal y la de Boltzmann. Su valor es tan enorme que es difícil de asimilar: un uno seguido de 32 ceros es, en lo que a cualquier aplicación en nuestra vida práctica se refiere, infinito.
Pero el hecho es que la temperatura de Planck no es infinita. ¿Cuál es su significado físico en este caso? Recuerda que la temperatura mide cómo de rápido se mueven las partículas que componen un cuerpo. La temperatura de Planck es la temperatura a la cual las partículas se estarían moviendo tan deprisa que sus interacciones ya no estarían regidas por la Física que conocemos: los efectos de relatividad general y los cuánticos serían ambos esenciales para describir lo que sucedería entonces. A efectos prácticos, habrían abandonado el Universo mensurable de la misma manera que algo más pequeño que la longitud de Planck es ajeno al Universo que percibimos.
¿Quiere esto decir que es imposible llegar más allá? En el estado actual de la Física, sí. Es posible que, si algún día se logra una relatividad cuántica (una unificación de ambas teorías), pueda explicarse qué ocurre más allá. Por lo tanto, de acuerdo con las teorías físicas actuales, la temperatura de Planck es el límite superior de temperatura, ya que al traspasarlo “te caes fuera” del Universo descrito por nuestros modelos. ¡Pero la cosa es aún más rara!
Aunque parezca mentira, estamos bastante seguros de que el Universo ha conocido esta temperatura “imposible”. ¿Cuándo? Justo después del Big Bang. De hecho, sabemos incluso en qué momento: cuando el tiempo de vida del Universo era el tiempo de Planck. (unos 10-44 segundos). Sí, el tiempo de Planck también significa algo: es lo más cerca que podemos acercarnos al Big Bang utilizando la física que conocemos. Por eso, mientras la Física no avance, lo que sucedió antes de ese momento, cuando el Universo estaba más caliente que la temperatura de Planck, está fuera de todo conocimiento - a efectos prácticos, no es parte del Universo.
Hemos pasado de una pregunta aparentemente ingenua (¿pueden las cosas calentarse hasta el infinito?) a los límites actuales del conocimiento humano - todo gracias a Max Planck, el cual, espero, haya ganado unos cuantos puntos en tu escala de respeto, cualesquiera que sean las unidades en las que lo mides.