Макс Планк ещё в конце XIX века предложил так называемую планковскую систему единиц. В ней фундаментальные константы (скорость света c, гравитационная постоянная G, постоянная Планка ħ и постоянная Больцмана k) используются для выражения основных физических величин: длины, времени, массы, температуры и прочего.
Есть распространенное мнение, что планковские величины невозможно превысить. В частности - больше планковской температуры значение во Вселенной существовать просто не может.
Но на самом деле это излишнее упрощение довольно интересного и ёмкого вопроса. Давайте с акцентируем внимание именно на планковской температуре. Ведь вам совершенно точно известен пример одного хитрого устройства, которое способно её превысить, только вы вряд ли об этом думали.
В чём суть температуры планка?
В обычном случае под температурой физика подразумевает меру кинетической энергии. Если вы читаете мой канал, то точно знаете, что частицы самых разных уровней и масштабов находятся в постоянном непрерывном движении. Это движение характеризуется скоростью и, что логично, кинетической энергией. По сути температура и показывает, насколько интенсивно движутся частицы в системе и насколько высока у них эта энергия.
При планковской температуре энергии, связанные с тепловым движением, становятся столь огромными, что гравитационные взаимодействия и квантовые эффекты гравитации начинают быть неотделимы друг от друга. В общем смысле это означает, что вещества больше не существует. Частиц развалились до неясного нам состояния. И тут важная ремарка - до неясного состояния, но не до несуществующего.
Вся соль проблемы в том, что планковские пределы и температура в частности описывают не границы существования Вселенной или материи в разных её формах, а границы наших знаний об этом. Используя современные модели мы просто не можем описать то, что будет при увеличении температуры выше планковской. Мы можем лишь предлагать гипотезы. И у нас есть устройство, которое демонстрирует такое превышение даже без первородной Вселенной и планковской эпохи. Это лазер.
Лазерный пучок - это не горячий газ, а поток фотонов одинаковой энергии. Но если попытаться измерить энергию этих фотонов так, словно они описывают нагретую среду, можно получить “эффективную температуру”, превышающую температуру Планка. Впрочем, правы будут те, кто увидит в этом игру слов.
Не путаем с эффективной температурой...
Иногда у нас есть не горячий газ, а какая-то система, у которой есть энергия, но обычная термодинамическая температура ей не подходит. Обычная термодинамическая температура определена только для систем в тепловом равновесии, где частицы постоянно сталкиваются, перераспределяют энергию и в итоге имеют нормальное статистическое распределение (Больцмана).
В лазере фотоны все имеют почти одинаковую энергию, не рассеиваются, не обмениваются энергией и не приходят к равновесию. Это и есть фишка лазера. Тут нет того механизма, который формирует температуру в термодинамике.
Фотон - это квант излучения, у него нет скорости теплового движения. Он не “разогревается”, не “остывает” и не участвует в столкновениях как молекула газа. Но у него есть энергия hν. Очень большая при высокой частоте. Потому для описания его состояния и возможности "обсчитать" это в рамках стандартной теории и используют эффективную температуру. А она легко может выходить за рамки планковской. И это эквивалент энергии.
Потому всегда следует различать о какой температуре идёт речь и если мы понимаем, что это эквивалент или эффективная температура, то она легко может быть выше температуры планка и это не должно нас удивлять. Все обозначенные ограничения справедливы лишь для системы из частиц и подразумевают их стандартное поведение. При этом мы не можем сказать, что больше такой температуры во Вселенной нет. Мы можем сказать, что не знаем, как дальше ведёт себя физика.
Для введения в курс дела очень советую посмотреть мой недавний ролик про планковскую температуру.
⚡ Ещё больше интересного в моём Telegram