¿Qué sucedió durante la Era de Planck del Big Bang?

La era de Planck se define como la época en que el universo tenía el tamaño de la longitud de Planck,$10^{-33}$cms, y menos, y la edad del universo era$10^{-43}$seg, el tiempo de Planck, y menos. Es la época más temprana que identificamos después del Big Bang. La temperatura de Planck al final de la época era de aproximadamente$10^{32}$grados Kelvin.

Esto fue mucho antes de los quarks, los leptones, los bosones de Higgs y la inflación. Ni la Teoría Cuántica (QT) ni la Relatividad General (GR) tienen nada que decir sobre lo que sucede en estos tamaños, tiempos, densidades de energía y temperaturas, excepto que no son aplicables.

El artículo de wiki resume las épocas, o tiempos, cuando el universo estuvo dominado por diferentes tipos de física, desde la época de Planck hasta la época GUT, la inflación, la separación de fuerzas electrodébiles y fuertes, y hasta la época actual. Está en https://en.m.wikipedia.org/wiki/Chronology_of_the_universe

En la época de Planck y antes después del Big Bang, los efectos GR o efectos de gravedad equivalentemente fuertes predichos por GR, estarían ocurriendo en los tamaños y energías tales que QT también se aplica. Necesita una unificación de GR y QT para tener algún poder explicativo, una teoría de la gravedad cuántica. En estos momentos no hay fotones, quarks, electrones, neutrinos, gluones ni nada asociado específicamente con las 4 fuerzas. Esto fue antes de que el espacio-tiempo fuera definido por la geometría y GR, o incluso antes de que existiera. Las dos teorías más conocidas de la gravedad cuántica, ninguna probada ni aceptada, son la teoría de cuerdas (ST) y sus versiones más nuevas de supercuerdas y la teoría M, y la gravedad cuántica de bucles. Ambos tienen entidades elementales que pueden ser del tamaño de Planck, uno son cuerdas y el otro bucles.

Conozco menos la gravedad del bucle cuántico, pero cuando el espacio-tiempo es más grande que la longitud de Planck, ST tiene cuerdas en un espacio-tiempo de 10 u 11 dimensiones, que eran todas dimensiones pequeñas hasta la era inflacionaria donde, por alguna razón, todas menos 4 dimensiones permanecieron pequeñas, y así que ahora vemos esas 4 dimensiones. Al menos esa es una versión. Otros toman branas multidimensionales en un espacio dimensional superior. Puedes ver las referencias wiki sobre la teoría de cuerdas. Pero de cualquier manera, en la longitud de Planck se convierte en una especie de espuma cuántica, sin espacio-tiempo definido. El espacio-tiempo emerge a medida que aumenta el factor de escala y entran múltiples longitudes de Planck.

Entonces, lo que sucede en la época (era) de Planck no se comprende bien. A medida que el universo entra en la próxima era, la era GUT, 3 de las 4 fuerzas, todas menos la gravedad, que cuando entramos en la época GUT se desacoplan, se unifican. ST también pretende explicarlo, es decir, una unificación de las 3 fuerzas (y, de hecho, también la gravedad en la era de Planck). Luego, las 3 fuerzas permanecen unificadas hasta que el universo se expande y se enfría un poco más, la fuerza fuerte se desacopla, y luego hay inflación y la fuerza electrodébil se separa en la fuerza débil y electromagnética, y emerge el bosón de Higgs. Hay más después de eso.

Consulte el wiki y sus referencias para la cosmología de la teoría de cuerdas, pero en la inflación y más tarde (tal vez incluso antes, hasta la época de Planck) hay algo en común con el modelo de cosmología estándar. https://en.m.wikipedia.org/wiki/String_cosmology

Obviamente, el OP todavía quiere encontrar algún tipo de respuesta satisfactoria a su pregunta Unificación de fuerzas en el universo más antiguo y yo también.

La respuesta a la pregunta anterior en el enlace anterior, aunque es un excelente resumen del método por el cual las fuerzas se diferenciaron, no abordó el punto de "¿cómo se veía" la era de la fuerza unificada?

Afortunadamente para mí, como un aficionado total, las propiedades de un concepto de fuerza unificada durante el lapso de tiempo minuciosamente corto que existió, no se describen en la física tal como la entendemos actualmente. Esto me da libertad para distraerme, pero trataré de mantenerlo lo más coherente posible.

No tenemos evidencia de lo que sucedió durante un tiempo muy corto en el que no ocurrió nada, aparte de posiblemente una caída de temperatura. No existió materia y no tenemos idea de qué efectos pudo haber tenido una fuerza unificada sobre la radiación presente en este momento.

Entonces, todo lo que podemos hacer es adivinar, y nunca he leído de nadie que haya intentado adivinar, tal vez por la misma razón que seguimos diciendo  justo después  en lugar  del  Big Bang y también por el poco tiempo involucrado. Sin fuerzas ni materia, suena bastante poco interesante, especialmente si solo puedes adivinar sin posibilidad de probar nada.

Es física (Jim), pero no como la conocemos, entonces, ¿cuál es el punto de pensar en un pleno, lleno de radiación, pero con propiedades completamente desconocidas (e incognoscibles)?

Optimistamente, hay dos ventajas para cualquier comprensión que pueda proporcionar la idea de una fuerza unificada. Ambos son los peores ejemplos de ondulado manual, "luego ocurrió un milagro", escriba especulación, pero si llegó hasta aquí, estoy cerca del final de la respuesta.

La primera ventaja es que, de alguna manera, una fuerza unificada puede ayudar a resolver el problema de la baja entropía justo después del Big Bang. Una fuerza unificada habría sido "más suave", más homogénea y más isotrópica que cualquier otra cosa que haya existido desde entonces y que esta suavidad haya podido tener, a pesar de las conjeturas sobre inflación, ruptura de simetría, fluctuaciones del vacío, miniagujeros negros (y cualquier otra cosa que haya sucedido). para mantener un estado de baja entropía. No me preguntes cómo, es solo una suposición descabellada.

La segunda ventaja de una fuerza unificada es que, a través de técnicas de detección de ondas gravitacionales desde el interior de la superficie de la última dispersión en particular, podemos descubrir más sobre transiciones de fase, ruptura de simetría (campo de Higgs, por ejemplo) y cómo resolver el problema de la jerarquía .

Si pudiera ampliar mi conjunto de soluciones para incluir la discrepancia de la constante cosmológica, lo haría, pero admito que es una extrapolación ridícula tal como está.

No creo que valga la pena votar este artículo, o incluso comentarlo, debido a la falta de evidencia de la naturaleza y la falta de conocimiento por mi parte. Si puede verlo como "ni siquiera está mal", se lo agradecería.

La longitud de Planck$\ell_p~=~\sqrt{G\hbar/c^3}$está relacionado con el tiempo de Planck por$T_p~=~\ell/c$, o el tiempo que tarda un fotón en cruzar esta distancia. La longitud de Planck puede ser la distancia más corta que se puede aislar un qubit. Como resultado, solo se puede decir que el universo en la época de Planck, asumiendo que ocupaba entonces una sola longitud de Planck, constaba como máximo de un estado o vacío, o un qubit en un solo estado. Ahora usa la información de Shannon$S~=~-k\sum_np(n)log(p(n))$, y solo tenemos$p(1)~=~1$por un qubit. Como resultado$S~=~0$, o de manera equivalente, no hay información real. Esto supone que el momento de Planck del universo era donde el universo ocupaba un solo volumen de Planck.

En cierto sentido, podemos decir que durante la época de Planck al comienzo del universo, o el universo observable potencialmente en un multiverso, de hecho había casi nada en física. También significa que realmente no podemos decir mucho sobre esa época del universo. Si en el primer momento de Planck hubiera varios volúmenes o áreas de Planck en un horizonte, estos podrían definir algún empaquetamiento de esferas para un grupo o simetría. Si es así, diga el$248$vectores raíz de$E_8$o el$256$de$CL(8)$, estos podrían definir una especie de sistema de empaquetamiento de esferas para la simetría fundamental del universo.