Людство завжди прагне ставити рекорди. Але чи вдасться нам колись нагріти на Землі речовину до найвищої температури у Всесвіті?
Найнижча можлива температура це абсолютний нуль градусів Кельвіна, або -273,15°С. Але як щодо максимально високої можливої температури? Щодо верхньої межі температур фізика багато в чому залишається неясною, але теоретично вона повинна існувати — або, принаймні, існувала колись. Вона називається температурою Планка, але в її визначенні не все так просто.
Найвища температура у Всесвіті
Спершу згадаємо те, чого нас навчають у школі — температура є мірою енергії атомів. Це означає, що нижче абсолютного нуля температура опускатися не може, адже він означає точку, при якій атоми тіла позбавляються всієї енергії. Якщо абсолютний нуль встановлює обмеження на вилучення теплової енергії із системи, цілком можливо, що існує також обмеження кількості теплової енергії, яку ми можемо «втиснути» в систему.
Насправді існує навіть кілька обмежень, залежно від того, про яку саме систему ми говоримо. На одній із крайнощів знаходиться те, що називається температурою Планка, і вона приблизно дорівнює 1,417 × 10 32 Кельвіна (або щось на зразок 142 мільйонів мільйонів мільйонів мільйонів градусів). Це те, що часто називають абсолютною температурою. Ніщо в сучасному Всесвіті не наближається до цих температур, але вона існувала миті після Великого вибуху. За цю частку секунди — фактично єдину одиницю планківського часу — коли розмір Всесвіту становив лише одну планковську довжину в поперечнику, випадковий рух її вмісту був настільки екстремальним, наскільки це можливо.
Але є й інший спосіб глянути на тепло, який перевертає все питання про температуру з ніг на голову. Майте на увазі, що теплова енергія визначає середню швидкість частинок системи. Все, що потрібно, це невеликий відсоток частинок, які хаотично літають із дуже високою швидкістю.
Якщо так, то ми перевернемо цей стан і отримаємо набагато більше швидких частинок, ніж повільних? Це те, що фізики називають інвертованим розподілом Максвелла-Больцмана, і, як не дивно, воно описується значеннями нижче за абсолютного нуля. Ця дивна система, схоже, порушує усі відомі закони фізики. Ми не тільки визначаємо її як негативну по відношенню до абсолютного нуля, вона технічно гаряча за будь-яке позитивне значення.
Це не означає, що ми не можемо трохи змінити правила та зробити щось подібне. У 2013 році це було продемонстровано фізиками з Мюнхенського університету Людвіга-Максіміліана та Інституту квантової оптики Макса Планка у Німеччині. Однак вони використовували атомні гази в дуже специфічних умовах, і вони мають свої власні верхні енергетичні межі.
В результаті вийшла стабільна система частинок з такою великою кінетичною енергією, що додати ще більше енергії до неї стало неможливим. Єдиний спосіб описати цю конкретну ситуацію — використовувати температурну шкалу Кельвіна з негативними значеннями, або на кілька мільярдних часток нижче абсолютного нуля.
