Планківська епоха

Пла́нківська епо́ха — найдавніша епоха у хронології Всесвіту у фізичній космології, про яку існують будь-які теоретичні припущення. Вона тривала протягом планківського часу — від нуля до 10⁻⁴³ секунд. У цю епоху, приблизно 13,8 млрд років тому, речовина Всесвіту мала планківську енергію (10¹⁹ ГеВ), планківський радіус (10⁻³⁵ м), планківську температуру (10³² К) і планківську густину (~10⁹⁷ кг/м³).

Вважають, що завдяки надзвичайно малим розмірам Всесвіту в цю епоху квантові гравітаційні ефекти переважали над іншими фізичними взаємодіями, а гравітаційні сили були співмірні з іншими фундаментальними взаємодіями, і всі сили могли бути об’єднані. Через надзвичайно високу температуру та густину речовини цей стан був нестійким, і в процесі розвитку, відомому як порушення симетрії, з’явилися звичні форми фундаментальних сил. Зокрема, гравітаційна взаємодія відокремилася від решти фундаментальних взаємодій.

Сучасна космологія вважає, що після завершення Планківської епохи розпочалася друга фаза розвитку Всесвіту — Епоха великого об’єднання, а потім порушення симетрії швидко привело до Епохи космічної інфляції, протягом якої Всесвіт за дуже короткий час значно збільшився у розмірах.

Теоретичні основи

Оскільки нині не існує загальноприйнятої теорії, яка поєднувала б квантову механіку та релятивістську гравітацію, сучасна наука не може описати події, що відбувалися за часів, коротших за планківський час, і на відстанях, менших за планківську довжину (приблизно 1,616×10⁻³⁵ м — відстань, яку проходить світло за планківський час).

Без розуміння квантової гравітації — теорії, яка об’єднує квантову механіку та релятивістську гравітацію, — фізика Планківської епохи залишається невизначеною. Принципи, що лежали в основі єдності фундаментальних взаємодій, а також причини та перебіг процесу їх розділення досі залишаються малодослідженими.

Три з чотирьох фундаментальних сил були успішно описані в межах єдиної теорії, але проблема опису гравітації залишається відкритою. Якщо не враховувати квантові гравітаційні ефекти, то виходить, що Всесвіт почався з сингулярності з нескінченною густиною; однак врахування квантових ефектів може дозволити уникнути сингулярності.

Серед найопрацьованіших і найперспективніших кандидатів на об’єднувальну теорію — теорія струн і петльова квантова гравітація. Крім того, активно досліджують некомутативну геометрію та інші напрями, що можуть описати процеси зародження Всесвіту.

Експериментальні дослідження

Експериментальні дані, які б допомогли зрозуміти Планківську епоху, практично відсутні.

Хоча зонд WMAP реєстрував реліктове випромінювання, яке виникло, коли Всесвіту було вже кількасот тисяч років, його результати дали змогу перевірити гіпотези про перші 10⁻¹² секунду існування Всесвіту. Втім цей час усе ще набагато більший за Планківський час.

Певне розуміння процесів у ранньому Всесвіті дають дані, отримані з прискорювачів частинок. Наприклад, експерименти в релятивістському колайдері важких іонів (RHIC) показали, що кварк-глюонна плазма (один із ранніх станів матерії) поводиться радше як рідина, ніж як газ. На Великому адронному колайдері можна досліджувати ще ранніші стани матерії, однак нині не існує й не планується жодного прискорювача, який міг би досягти енергій порядку планківської енергії (близько 1,22×10¹⁹ ГеВ).

Література

• Barrow, John D. (2002). The Constants of Nature; From Alpha to Omega – The Numbers that Encode the Deepest Secrets of the Universe. New York: Pantheon Books. ISBN 978-0-375-42221-8.
• Barrow, John D.; Tipler, Frank J. (1986). The Anthropic Cosmological Principle. Oxford: Clarendon Press. ISBN 978-0-19-851949-2.
• Penrose, Roger (2005). Section 31.1. The Road to Reality. New York: Alfred A. Knopf. ISBN 978-0-679-45443-4.
• Tomilin, K. A. (1999). Natural Systems of Units: To the Centenary Anniversary of the Planck System (PDF). Proceedings Of The XXII Workshop On High Energy Physics And Field Theory. с. 287—296. Архів оригіналу (PDF) за 17 червня 2006. Архівовано червень 17, 2006 на сайті Wayback Machine.

Посилання

• Planck, Max (1899). Über irreversible Strahlungsvorgänge. Sitzungsberichte der Königlich Preußischen Akademie der Wissenschaften zu Berlin (нім.). 5: 440—480.
• Sivaram, C. (1 серпня 1986). Evolution of the Universe through the Planck epoch. Astrophysics and Space Science (англ.). 125 (1): 189—199. Bibcode:1986Ap&SS.125..189S. doi:10.1007/BF00643984. ISSN 1572-946X.
• The Planck Era from University of Tennessee Astrophysics pages
• The Planck Era from University of Oregon Cosmology pages
• The Planck Era by Sten Odenwald from Astronomy Cafe
• The Plank Epoch by professor James Schombert 39O
• The Planck Era — definition from University of Ottawa's Astronomy Knowledge Base