Планковская эпоха

Пла́нковская эпо́ха — в физической космологии, самая ранняя эпоха в истории наблюдаемой нами Вселенной, о которой существуют какие-либо теоретические предположения. Она продолжалась в течение планковского времени от нуля до 10⁻⁴³ секунд. В эту эпоху, примерно 13,8 млрд лет назад, вещество Вселенной имело планковскую энергию (10¹⁹ ГэВ), планковский радиус (10⁻³⁵ м), планковскую температуру (10³² К) и планковскую плотность (~10⁹⁷ кг/м³).

Считается, что благодаря исключительно малым размерам Вселенной квантовые эффекты гравитации преобладали над физическими взаимодействиями, а силы гравитации были сопоставимы по величине с другими фундаментальными взаимодействиями и все силы могли быть объединены. Вследствие невероятно высокой температуры и плотности вещества Вселенной, это состояние было неустойчивым, и в процессе развития, известного как нарушение симметрии, возникли привычные нам проявления фундаментальных сил, в частности, гравитационное взаимодействие отделилось от остальных фундаментальных взаимодействий.

Современная космология полагает, что по окончании Планковской эпохи началась вторая фаза развития Вселенной — Эпоха Великого объединения, а затем нарушение симметрии быстро привело к эпохе космической инфляции, в течение которой Вселенная за короткий период очень сильно увеличилась в размерах.

Теоретические основы

Поскольку в настоящее время не существует общепринятой теории, позволяющей комбинировать квантовую механику и релятивистскую гравитацию, современная наука не может описать события, происходящие за время, меньшее, чем планковское время, и на расстояниях меньше планковской длины (примерно 1,616×10⁻³⁵ м — расстояние, которое проходит свет за планковское время).

Без понимания квантовой гравитации — теории, объединяющей квантовую механику и релятивистскую гравитацию, — физика Планковской эпохи остается неясной. Принципы, лежавшие в основе единства фундаментальных взаимодействий, а также причины и течение процесса их разделения до сих пор малоизучены.

Три из четырёх сил были успешно описаны в рамках единой теории, но проблема описания гравитации до сих пор не решена. Если не учитывать квантовые гравитационные эффекты, то получается, что Вселенная началась с сингулярности с бесконечной плотностью; учёт этих эффектов позволяет прийти к другим выводам.

Среди наиболее проработанных и перспективных кандидатов на объединяющую теорию — теория струн и петлевой квантовой гравитации. Кроме того, ведется активная работа по некоммутативной геометрии и другим областям, позволяющим описать процессы зарождения Вселенной.

Экспериментальные исследования

Экспериментальные данные, позволяющие обосновать предположения о Планковской эпохе, до недавнего времени практически отсутствовали, но последние результаты, полученные зондом WMAP, позволили ученым проверить гипотезы о первой 10⁻¹² секунде существования Вселенной (хотя реликтовое излучение, которое регистрировал WMAP, возникло, когда Вселенной было уже несколько сотен тысяч лет). Несмотря на то, что этот временной интервал по-прежнему на много порядков больше, чем Планковское время, в настоящее время продолжаются эксперименты (включая проект «Планк»), имеющие многообещающие результаты, которые позволят отодвинуть границу «изученного» времени ближе к моменту возникновения Вселенной и, возможно, дадут сведения о Планковской эпохе.

Кроме того, некоторое понимание процессов в ранней Вселенной дают данные с ускорителей частиц. Например, эксперименты в релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC) позволили определить, что кварк-глюонная плазма (одно из ранних состояний материи) ведет себя скорее как жидкость, чем как газ. На Большом адронном коллайдере возможно исследовать ещё более ранние состояния материи, однако в настоящее время нет ни существующих, ни планируемых ускорителей, которые позволят получить энергии порядка Планковской энергии (около 1,22×10¹⁹ ГэВ).

Литература

• Barrow, John D. The Constants of Nature; From Alpha to Omega – The Numbers that Encode the Deepest Secrets of the Universe. — New York : Pantheon Books, 2002. — ISBN 978-0-375-42221-8. Easier.
• Barrow, John D. The Anthropic Cosmological Principle / John D. Barrow, Frank J. Tipler. — Oxford : Claredon Press, 1986. — ISBN 978-0-19-851949-2. Harder.
• Penrose, Roger. The Road to Reality. — New York : Alfred A. Knopf, 2005. — ISBN 978-0-679-45443-4.
• Tomilin, K. A. Natural Systems of Units: To the Centenary Anniversary of the Planck System. — 1999. — P. 287–296. Архивная копия от 17 июня 2006 на Wayback Machine

Ссылки

• Planck, Max (1899). "Über irreversible Strahlungsvorgänge". Sitzungsberichte der Königlich Preußischen Akademie der Wissenschaften zu Berlin (нем.). 5: 440—480.
• Sivaram, C. (1986-08-01). "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.