Когато разлистите стандартните учебници по теоретична физика или изслушате поредната лекция по космология, бързо ще се сблъсъкате с догмата за Планковите единици. Всичко изглежда подредено, чисто и математически необоримо. Макс Планк конструира своята система от величини в края на деветнадесети век, стъпвайки върху четири основни фундаментални константи: скоростта на светлината, гравитационната константа, дираковата константа на Планк и константата на Болцман. Идеята е била елегантна в своята универсалност – да се създадат измервателни единици, които не зависят от размера на Земята, продължителността на деня или масата на даден метален еталон, съхраняван в паметник на френската метрология край Париж.
От този математически апарат произлиза така наречената Планкова температура, чиято стойност се изчислява на приблизително 1.417 по десет на тридесет и втора степен келвина. Научнопопулярната литература обича да слага точка точно тук, обявявайки този показател за абсолютен таван – топлинната версия на скоростта на светлината. В това твърдение обаче има фундаментална пробойна, която се дължи на смесването на строго дефинирани термодинамични понятия с популярни математически абстракции.
За да се разбере защо тази граница е по-скоро стена на нашата собствена теоретична импотентност, отколкото абсолютна бариера в природата, трябва да се върнем към самия механизъм, чрез който дефинираме топлината. В класическата термодинамика температурата не е нищо повече от средната кинетична енергия на частиците, съставляващи дадена затворена система. Колкото по-бързо се движат, сблъскват и трептят газовите молекули или атомите в дадена кристална решетка, толкова по-висока е отчетната стойност на термометъра. При повишаване на тази енергия до екстремни нива, материята преминава през познатите ни фазови преходи – от твърдо състояние през течност и газ, до напълно йонизирана плазма.
Проблемът започва тогава, когато енергията на топлинното движение в системата стане толкова огромна, че еквивалентната маса на тази енергия започва да поражда гравитационни ефекти, сравними по сила с квантовите взаимодействия. При достигната Планкова температура дължината на вълната на топлинното излъчване става по-малка от така наречената Планкова дължина. В този конкретен момент стандартният физически апарат, с който разполагаме днес – Общата теория на относителността от една страна и Квантовата механика от друга – влизат в пряк челен сблъсък и спират да функционират.
Това обаче не означава, че материята изчезва в нищото или че природата удря спирачка. По-скоро нашите уравнения започват да дават безкрайности, което е сигурен знак, че теоретичният модел е достигнал лимита на своята приложимост. В архивите на квантовата електродинамика и теоретичната физика има десетки опити за изграждане на теории за квантовата гравитация, но нито един от тях все още няма убедително експериментално потвърждение от ускорителите на частици. Казано с прости думи: при Планкова температура ние не достигаме края на физически възможното, а края на нашата способност да го изчисляваме.
Тук идва и най-интересният парадокс, който често остава скрит зад сложните теоретични формулировки. В ежедневно използваната лабораторна техника съществуват устройства, които по определени показатели надхвърлят Планковата температура, без да взривяват планетата или да създават черни дупки. Става дума за съвсем реални оптични системи и лазери.
За да се разбере този факт, е нужно да се очертае ясната граница между класическа термодинамична температура и така наречената ефективна или яркостна температура. Класическата температура е строго дефинирана само и единствено за системи, намиращи се в състояние на термично равновесие. В такъв хаотичен газ или плазма частиците непрекъснато се сблъскват, обменят импулс и разпределят кинетичната си енергия съгласно статистическото разпределение на Максвел-Болцман.
