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).

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.