플랑크 온도

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1. 개요2. 유도3. 상세

1. 개요[편집]

Planck temperature
플랑크 단위의 일종으로 플랑크 단위계에서 정의하는 온도. 광속 cc 디랙 상수 \hbar, 중력 상수 GG, 볼츠만 상수 kBk_{\rm B}를 이용하여 차원 분석을 통해, 온도 단위가 곧 차원 단위가 되도록[1] 인위적으로 조합된 온도이다. TPT_{\rm P}로 나타내며[2] 관계식 및 구체적인 값은 다음과 같다.
TP=c5GkB2=1.416784(16)×1032K\begin{aligned} T_{\rm P} &= \sqrt{\dfrac{\hbar c^5}{G{k_{\rm B}}^2}} \\ &= 1.416\,784(16)\times10^{32}\rm\,K\end{aligned}

2. 유도[편집]

플랑크 질량 mPm_{\rm P}, cc를 이용하면 플랑크 에너지 EPE_{\rm P}EP=mPc2=cGc2=c5GE_{\rm P} = m_{\rm P}c^2 = \sqrt{\dfrac{\hbar c}G}c^2 = \sqrt{\dfrac{\hbar c^5}G}이다.
한편, 절대온도TT라고 하면 에너지 EEE=kBTE = k_{\rm B}T이며, 이 식을 이용하여 EPE_{\rm P}를 계산했을 때의 온도 TT를 플랑크 온도 TPT_{\rm P}로 정의한다. 즉
EP=c5G=kBTPE_{\rm P} = \sqrt{\dfrac{\hbar c^5}G} = k_{\rm B}T_{\rm P}
에서 TP=1kPc5G=c5GkB2T_{\rm P} = \dfrac1{k_{\rm P}}\sqrt{\dfrac{\hbar c^5}G} = \sqrt{\dfrac{\hbar c^5}{G{k_{\rm B}}^2}}가 얻어진다.

3. 상세[편집]

양자역학에서는 물리학적으로 유의미한 최대의 온도로 해석한다. 즉, 이 이상의 온도는 양자역학적으로 의미가 없으며, 이는 플랑크 길이 lPl_{\rm P}가 물리학적으로 측정 가능하고 유의미한 길이로 해석하는 것과 마찬가지이다. 빅뱅 이후 플랑크 시간이 지나기까지 우주의 온도가 이 온도였을 것으로 추정된다.

온도가 플랑크 온도인 물체는 표면적이 플랑크 넓이 AP=lP2A_{\rm P} = {l_{\rm P}}^2만 되어도 관측 가능한 우주 내의 모든 항성이 방출하는 복사 에너지의 최소 1조배 이상의 복사 에너지를 방출한다. 이는 슈테판-볼츠만 법칙에 의하여 흑체복사의 단위면적당 에너지는 온도의 네제곱에 비례하는데, 플랑크 온도는 1 4200° ⁣C\rm\degree\!C 정도의 정신이 아득히 날아갈 정도로 높은 온도이기 때문.

[1] 즉 플랑크 온도는 그 자체로 차원Θ\sf\Theta물리 상수이다.[2] TT를 소문자로 나타낸 tPt_{\rm P}플랑크 시간을 뜻한다.