La época de Planck es el período más temprano de la historia del universo, antes de que el tiempo transcurrido fuera igual al tiempo de Planck (tₚ); es decir, desde cero hasta aproximadamente 10⁻⁴³ segundos. La escala de Planck es la escala física más allá de la cual las teorías físicas actuales no pueden aplicarse y no pueden utilizarse para calcular lo ocurrido. En esta escala de tiempo, todas las magnitudes físicas como la temperatura, las energías, etc., estaban en el rango de valores de las unidades de Planck. Durante la época de Planck, la temperatura y las energías medias dentro del universo eran tan altas que ni siquiera las partículas subatómicas podían formarse e incluso las cuatro fuerzas fundamentales que dan forma a nuestro universo se combinaron y formaron una fuerza fundamental unificada.

La cosmología tradicional del Big Bang predice una singularidad gravitacional antes de esta época, pero esta teoría se basa en la teoría de la relatividad general, que se cree que se rompe para esta época debido a los efectos cuánticos. Debido a la escala extraordinariamente pequeña del universo en esa época, los efectos cuánticos de la gravedad eran los más fuertes y se cree que la cosmología y la física han estado dominadas por los efectos cuánticos de la gravedad. A esta escala, se supone que la fuerza unificada está unificada con la gravitación. Al estado inconmensurablemente caliente y denso de la época de Planck le sucede la época de la gran unificación, en la que la fuerza de gravitación se separa de la fuerza fundamental unificada.

Tiempo y unidades de Planck

El tiempo de Planck tₚ se define con las constantes fundamentales según la expresión tₚ = √(ħ G / c⁵), donde ħ es la constante reducida de Planck, G la constante de gravitación y c la velocidad de la luz. Su valor numérico es aproximadamente tₚ ≈ 5,39×10⁻⁴⁴ segundos. Asociadas a esta escala están también el longitud de Planck lₚ ≈ 1,62×10⁻³⁵ m y la masa de Planck mₚ ≈ 2,18×10⁻⁸ kg (equivalente a ≈ 1,22×10¹⁹ GeV/c²), así como la temperatura de Planck Tₚ ≈ 1,42×10³² K. En todas estas magnitudes la física convencional deja de ser fiable sin una teoría cuántica de la gravedad.

Condiciones físicas durante la época de Planck

En la época de Planck el universo era extremadamente pequeño, caliente y denso. Las fluctuaciones cuánticas del espacio-tiempo eran tan intensas que la noción clásica de una métrica lisa (una geometría bien definida del espacio y el tiempo) pierde sentido. No existían estructuras como partículas puntuales estables: energía, temperatura y curvaturas espaciales se medían en unidades de Planck. Se supone que las cuatro fuerzas conocidas estaban unificadas en una sola interacción, y sólo cuando el universo se expandió y enfrió por debajo de la escala de Planck comenzaron a diferenciarse las fuerzas (la gravedad se separa primero, dando paso a la época de gran unificación).

Gravedad cuántica y teorías candidatas

Porque la gravedad debe tratarse con técnicas cuánticas en esa escala, se requieren teorías de gravedad cuántica para describir la época de Planck. Entre las propuestas más desarrolladas figuran:

  • Teoría de cuerdas: sustituye partículas puntuales por cuerdas y sugiere que la gravedad y las otras fuerzas emergen de modos vibracionales; en algunos escenarios introduce conceptos como dimensiones extra y estados previos al Big Bang.
  • Gravedad cuántica en bucles (Loop Quantum Gravity): trata de cuantizar la propia geometría del espacio-tiempo; en cosmología cuántica en bucles se obtienen modelos con "rebote" (bounce) que evitan la singularidad clásica.
  • Otras propuestas: arreglos asintóticamente seguros, escenarios pre-Big Bang, y aproximaciones efectivas que intenta capturar fenómenos cuánticos del espacio-tiempo.

Ninguna de estas teorías ha sido confirmada experimentalmente, pero ofrecen mecanismos posibles para resolver la singularidad predicha por la relatividad general y para explicar cómo pudo emerger un universo clásico a partir de un régimen cuántico primordial.

Relación con el Big Bang y la singularidad

La imagen clásica del Big Bang como una singularidad de densidad infinita es un resultado de extrapolar la relatividad general hacia atrás en el tiempo sin incluir efectos cuánticos. En la práctica, se espera que la época de Planck marque el límite donde esa extrapolación deja de ser válida. Dependiendo del modelo de gravedad cuántica, el pasado podría terminar en una singularidad suavizada (p. ej. un rebote), o en una condición sin frontera (p. ej. la propuesta Hartle–Hawking), o en una fase antecedente con dinámica diferente (p. ej. escenarios de cuerdas).

Observaciones y limitaciones

Directamente la época de Planck es prácticamente inaccesible a la observación: las energías y escalas involucradas están muy por encima de lo alcanzable en experimentos actuales. Sin embargo, algunos modelos predictivos dejan huellas indirectas que podrían ser buscadas en:

  • Patrones no estándares en el fondo cósmico de microondas (CMB),
  • Señales de ondas gravitacionales primordiales o características específicas de su espectro,
  • Distribución y propiedades de las fluctuaciones primordiales (no-gaussianidades, correlaciones especiales).

Estas señales serían sutiles y difíciles de atribuir inequívocamente a la física de la época de Planck, pero constituyen la vía más prometedora para testar ideas sobre la gravedad cuántica y el origen del universo.

Resumen

La época de Planck designa el intervalo de tiempo hasta aproximadamente 10⁻⁴³ s tras el origen, en el que las descripciones clásicas del espacio y el tiempo fallan y domina la física de la gravedad cuántica. Para comprenderla plenamente se necesita una teoría consistente que una la mecánica cuántica con la relatividad general; hasta que tal teoría sea confirmada, muchas preguntas sobre el origen del universo y la naturaleza de la singularidad permanecen abiertas.