Plancktijdperk: het eerste universum, Planck-schaal en kwantumzwaartekracht
Plancktijdperk, Planck-schaal & kwantumzwaartekracht: ontdek hoe het vroege universum, verenigde krachten en de mogelijke singulariteit samenhangen.
Het Planck-tijdperk is de allervroegste fase in de kosmische geschiedenis, die loopt vanaf t = 0 tot ongeveer de Planck-tijd tₚ. De Planck-tijd is gedefinieerd door de combinatie van fundamentele constanten als tₚ = √(ħG/c⁵) en bedraagt ongeveer 5,39·10−44 seconden (kortweg vaak aangeduid als ~10−43 s). Op deze tijdschaal hebben alle fysische grootheden — zoals lengte, tijd, energie en temperatuur — waarden van de orde van Planck-eenheden. De temperaturen en energieën waren zo extreem hoog dat zelfs subatomaire deeltjes niet bestonden in hun huidige betekenis; bovendien worden de vier fundamentele krachten (elektromagnetisme, sterke kernkracht, zwakke kernkracht en gravitatie) verondersteld zeer sterk met elkaar te zijn verweven, mogelijk zelfs verenigd tot één enkele kracht. Tijdens of direct na het Planck-tijdperk scheidt de zwaartekracht zich vermoedelijk af van de overige krachten; dit markeert het begin van het daaropvolgende grote-eenmakingstijdperk (GUT-epoch).
Afbeeldingengalerij
10 Afbeeldingen
Planck-eenheden en kengetallen
- Planck-tijd tₚ: ≈ 5,39·10−44 s (orde van 10−43–10−44 s).
- Planck-lengte lₚ: ≈ 1,62·10−35 m — onder deze lengte zijn klassieke ruimtetijdbegrippen vermoedelijk niet meer zinvol.
- Planck-energie Eₚ: ≈ 1,22·1019 GeV (ongeveer 2,0·109 J).
- Planck-temperatuur Tₚ: ≈ 1,42·1032 K — een indicatie van de extreem hoge energiedichtheid in dit tijdperk.
Waarom klassieke theorieën tekortschieten
De traditionele Big Bang-kosmologie en de berekeningen die een gravitationele singulariteit suggereren, zijn gebaseerd op Einsteins algemene relativiteitstheorie. Die theorie beschrijft de geometrie van ruimtetijd op macroschaal zeer succesvol, maar negeert kwantumeffecten. Op de Planck-schaal zijn de kwantumfluctuaties van de zwaartekracht en van de ruimtetijd zelf zo groot dat klassieke berekeningen onbetrouwbaar worden. Daarom is een theorie van quantumzwaartekracht noodzakelijk om de fysieke toestanden in dit tijdperk correct te beschrijven en de singulariteit (indien relevant) te vervangen of te verklaren.
Voorstellen voor quantumzwaartekracht en hun implicaties
Er bestaan meerdere benaderingen om de fysica op Planck-schaal te beschrijven. Geen enkele is experimenteel bevestigd voor het Planck-tijdperk, maar ze geven inzicht in mogelijke alternatieven voor de klassieke singulariteit:
- Snaartheorie: beschouwt elementaire deeltjes als trillende snaren en vereist vaak extra ruimtedimensies; kan leiden tot een verenigingskader waarbij zwaartekracht een quantumeigenschap van de snaar is.
- Loop-quantumzwaartekracht: modelleert ruimtetijd als kwantisatie van ruimtelijke volumes en oppervlakken; sommige berekeningen suggereren dat de klassieke singulariteit vervangen kan worden door een bounce (weerkaatsing).
- Asymptotische veiligheid, causale dynamische triangulatie en andere niet-perturbatieve benaderingen: proberen consistente kwantumvelden voor de zwaartekracht te construeren zonder ongerichte divergenties.
Al deze benaderingen blijven echter speculatief voor het Planck-tijdperk, omdat directe observaties van zulke energieën momenteel niet mogelijk zijn. Indirecte aanwijzingen zouden kunnen komen uit het patroon van kosmische achtergrondstraling, primordiale gravitationalegolf-signalen of signatures in het vroege heelal, maar die signalen zijn zwak en moeilijk te interpreteren.
Plaats in de kosmologische tijdlijn en onzekerheden
Het Planck-tijdperk wordt gewoonlijk gezien als de fase voorafgaand aan het grote-eenmakingstijdperk (GUT-epoch), gevolgd door het elektroweak-tijdperk en later de quark-gluon-fase, nucleosynthese en de vorming van atomen. De exacte volgorde, duur en fysische processen in en direct na het Planck-tijdperk hangen af van welke theorie van quantumzwaartekracht (indien een) correct is. Belangrijk om te benadrukken is dat veel uitspraken over dit tijdperk theoretisch en speculatief zijn; ze volgen uit extrapolaties van bestaande theorieën en suggesties van kandidaten voor quantumzwaartekracht.
Samenvattend
- Het Planck-tijdperk is de allervroegste, kwantum-gedomineerde fase van het universum, tot tₚ ≈ 5,39·10−44 s.
- Op deze schaal zijn klassieke begrippen van ruimtetijd en krachten niet meer toereikend; een theorie van quantumzwaartekracht is nodig.
- De veronderstelling dat alle fundamentele krachten verenigd waren en dat de zwaartekracht zich later afscheidde is plausibel maar nog niet empirisch bevestigd.
Gerelateerde pagina's
Vragen en antwoorden
V: Wat is de Planck-epoche?
A: De Planck-epoche is de vroegste tijdsperiode in de geschiedenis van het heelal, van nul tot ongeveer 10-⁴³ seconden.
V: Wat is de Planckschaal?
A: De schaal van Planck is de fysische schaal waarboven de huidige fysische theorieën mogelijk niet van toepassing zijn en niet gebruikt kunnen worden om te berekenen wat er gebeurd is.
V: Wat waren enkele fysische grootheden tijdens het Plancktijdperk?
A: Tijdens het Plancktijdperk bevond elke fysische grootheid, zoals temperatuur en energieën, zich in het bereik van waarden van Planck-eenheden.
V: Wat was de toestand van het universum tijdens het Planck tijdperk?
A: Tijdens het Plancktijdperk waren de temperatuur en de gemiddelde energieën in het universum zo hoog dat zelfs subatomaire deeltjes zich niet konden vormen, en de vier fundamentele krachten die ons universum vormgeven werden gecombineerd en vormden één verenigde fundamentele kracht.
V: Wat is de voorspelling van de traditionele Big Bang kosmologie van het Planck tijdperk?
A: De traditionele Big Bang kosmologie voorspelt een gravitationele singulariteit voor dit tijdstip, maar deze theorie is gebaseerd op de algemene relativiteitstheorie, waarvan gedacht wordt dat deze voor dit tijdperk niet werkt vanwege kwantumeffecten.
V: Wat domineerde de kosmologie en natuurkunde tijdens het Planck tijdperk?
Antwoord: Vanwege de buitengewoon kleine schaal van het heelal in die tijd waren de kwantumeffecten van de zwaartekracht het sterkst, en men denkt dat de kosmologie en de fysica gedomineerd werden door de kwantumeffecten van de zwaartekracht.
V: Wat gebeurde er na het Planck tijdperk?
A: De onmetelijk hete en dichte toestand van het Plancktijdperk werd opgevolgd door het tijdperk van de grote eenwording, waarin de zwaartekracht gescheiden werd van de verenigde fundamentele kracht.
Gerelateerde artikelen
Auteur
AlegsaOnline.com Plancktijdperk: het eerste universum, Planck-schaal en kwantumzwaartekracht Leandro Alegsa
URL: https://nl.alegsaonline.com/art/77239