Planck-epoken: universums första 10⁻⁴³ sekunder och kvantegravitation
Planck-epoken: universums första 10⁻⁴³ s då kvantegravitation och en förenad kraft styrde allt — upptäck vad som hände innan partiklar och tidens begynnelse.
Planck-epoken är den tidigaste tidsperioden i universums historia som sträcker sig från tidpunkten noll fram till ungefär Planck-tiden (tₚ) — alltså av storleksordningen 10⁻⁴³ sekunder (mer exakt tₚ ≈ 5,39·10⁻⁴⁴ s). Planckskalan är den fysiska skala bortom vilken våra nuvarande teorier inte längre kan tillämpas för att ge en pålitlig beskrivning av vad som hände. Under denna epok hade alla fysikaliska storheter som temperatur och energi värden nära de så kallade Planck-enheterna. Temperaturen och de genomsnittliga energierna var så höga att inte ens vanliga subatomära partiklar kunde existera i en väldefinierad form, och de fyra grundläggande krafter (gravitation, elektromagnetism, svag och stark kraft) antas ha varit förenade till en enda, enhetlig kraft.
Fysiska skalor och Planck-enheter
De viktigaste Planck-storheterna ger en känsla för de extrema förhållandena:
- Planck-tid tₚ = sqrt(ħG/c⁵) ≈ 5,39·10⁻⁴⁴ s (ofta avrundat till ≈10⁻⁴³ s).
- Planck-längd lₚ ≈ 1,62·10⁻³⁵ m — ungefär den minsta längd där rumtidens klassiska beskrivning förväntas hålla.
- Planck-energi Eₚ ≈ 1,22·10¹⁹ GeV (≈1,96·10⁹ J) — energiskalan där kvanteffekter av gravitation blir signifikanta.
- Planck-temperatur Tₚ ≈ 1,42·10³² K.
- Planck-densitet ρₚ ≈ 5,1·10⁹⁶ kg/m³ — ett oerhört tätt tillstånd.
Varför vanliga teorier misslyckas
Den traditionella Big Bang-kosmologin, baserad på den klassiska allmänna relativitetsteorin, leder matematiskt till en gravitationssingularitet när man extrapolerar bakåt mot t = 0. Men allmän relativitet är en klassisk (icke-kvantiserad) teori; vid Planck-skalan förväntas kvanteffekter i gravitationen bli dominerande och göra den klassiska beskrivningen otillförlitlig. Därför kan vi inte med säkerhet använda vanliga fältteorier eller Einsteins fältekvationer för att räkna ut vad som verkligen hände i Planck-epoken.
Möjliga beskrivningar i kvantgravitation
För att förstå Planck-epoken krävs en teori för kvantgravitation. Några av de teoretiska förslagen inkluderar:
- Stringteori (strängteori), där elementarpartiklar beskrivs som vibrerande strängar och gravitationen framkommer naturligt i kvantversionen.
- Loopkvantgravitation, som kvantiserar rumtiden själv och kan leda till begrepp som diskret rumtid och en möjlig "big bounce" i stället för en singularitet.
- Asymptotisk säkerhet, kausal dynamisk triangulering och andra tillvägagångssätt som studerar kvantkorrigeringar till gravitationen.
Ingen av dessa teorier är idag bevisad experimentellt, men de ger olika scenarier där den klassiska singulariteten kan undvikas — till exempel genom att rumtidens struktur blir kvantiserad, att universum genomgår en studsbollsliknande återgång (bounce), eller att begreppet tid och rum bryts ner och måste ersättas av mer fundamentala kvantbegrepp.
Vad vi kan observera och vilka begränsningar som finns
Direkt observation av Planck-epoken är i princip omöjlig eftersom energiskalorna är så höga att de ligger långt utom räckhåll för experimentella anläggningar. Indirekta spår kan dock finnas kvar i kosmologiska signaler:
- Primordiala gravitationsvågor kan bära information om extrema förhållanden nära Planck-tiden; sådana vågor kan i framtiden upptäckas via polarisation i kosmiska bakgrundsstrålningen (CMB) eller via rymdbaserade gravitationsvågdetektorer.
- Avvikelser från de förväntade statistiska egenskaperna hos de kosmiska fluktuationerna (icke-Gaussiskheter) skulle kunna peka mot ny fysik i mycket tidiga epoker.
- Inflationsteorier som verkat strax efter Planck-epoken kan dölja eller tvätta ut detaljer från själva Planck-epoken, vilket gör tolkningen svårare.
Sammanfattningsvis är Planck-epoken ett område där fysikens nuvarande ramverk når sina gränser. Förståelsen av denna period kräver en fungerande teori för kvantgravitation och eventuellt nya koncept för rum, tid och materia. Forskning både teoretiskt och indirekt observationellt fortsätter för att kartlägga hur universum såg ut under dess allra första ögonblick.
Relaterade sidor
Frågor och svar
F: Vad är Planck-epoken?
S: Planckepoken är den tidigaste tidsperioden i universums historia, från noll till ungefär 10-⁴³ sekunder.
F: Vad är Planckskalan?
S: Planckskalan är den fysiska skala bortom vilken nuvarande fysikaliska teorier inte kan tillämpas och inte kan användas för att beräkna vad som hände.
F: Vilka var några fysiska storheter under Planck-epoken?
S: Under Planck-epoken låg alla fysiska storheter, som temperatur och energier, inom Planck-enhetens värdeintervall.
F: Hur var tillståndet i universum under Planck-epoken?
S: Under Planck-epoken var temperaturen och de genomsnittliga energierna i universum så höga att inte ens subatomära partiklar kunde bildas, och de fyra grundläggande krafterna som formar vårt universum kombinerades och bildade en enhetlig grundläggande kraft.
F: Vad är den traditionella Big Bang-kosmologins förutsägelse av Planck-epoken?
S: Den traditionella Big Bang-kosmologin förutspår en gravitationell singularitet före denna tidpunkt, men denna teori förlitar sig på den allmänna relativitetsteorin, som antas bryta samman för denna epok på grund av kvanteffekter.
F: Vad dominerade kosmologin och fysiken under Planck-epoken?
S: På grund av universums utomordentligt lilla skala vid den tiden var gravitationens kvanteffekter de starkaste, och man tror att kosmologin och fysiken dominerades av gravitationens kvanteffekter.
F: Vad hände efter Planck-epoken?
S: Planck-epokens omätligt heta och täta tillstånd efterträddes av den stora föreningsepoken, där gravitationskraften separeras från den förenade fundamentala kraften.
Sök