Splošna relativnost, Einsteinova teorija gravitacije, nam daje koristno osnovo za matematično modeliranje vesolja velikega obsega - medtem ko nam kvantna teorija daje koristno osnovo za modeliranje fizike delcev atomske delce in verjetno majhne fizike majhne gostote z visoko energijo zgodnje vesolje - nanosekunde po Velikem prasku -, ki splošna relativnost samo predstavlja singularnost in o tem nima ničesar drugega povedati.
Teorijam kvantne gravitacije je mogoče povedati več. Z razširitvijo splošne relativnosti v kvantizirano strukturo za prostor-čas bomo morda premagali vrzel med fiziko majhnega in velikega obsega. Na primer, obstaja dvojna posebna relativnost.
Pri običajni posebni relativnosti lahko dva različna inercialna referenčna okvira hitrost istega predmeta različno merijo. Torej, če ste na vlaku in vržete teniško žogo nazaj, lahko merite, da se giblje s hitrostjo 10 kilometrov na uro. Toda nekdo drug, ki stoji na peronu železniške postaje in opazuje, kako vaš vlak mine s hitrostjo 60 kilometrov na uro, meri hitrost žoge pri 60 + 10 - to je 70 kilometrov na uro. Dajte ali vzemite nekaj nanometrov na sekundo, oboje ste pravi.
Vendar pa, kot je poudaril Einstein, naredite isti poskus, ko sijate žarek za baklo, namesto da vržete žogo v vlak - tako v vlaku kot oseba na peronu merite hitrost žarka bakle kot hitrost svetlobe - brez dodatnih 60 kilometrov na uro - in imaš oba prav.
Izvede, da se za osebo na peronu na vlaku spremenijo komponente hitrosti (razdalja in čas), tako da so razdalje skrajšane in časovno razširjene (to je počasnejše ure). In z matematiko Lorenzovih transformacij ti učinki postanejo bolj očitni hitreje kot gre vlak. Prav tako se izkaže, da se tudi masa predmetov na vlaku povečuje - čeprav, preden kdo vpraša, vlak ne more spremeniti v črno luknjo niti pri 99,9999 (itd.) Odstotka hitrosti svetlobe.
Zdaj dvojna posebna relativnost predlaga, da hitrost svetlobe ni vedno enaka, ne glede na vaš referenčni okvir, ampak tudi Planckove enote mase in energije vedno enake. To pomeni, da se relativistični učinki (na primer masa, ki se pojavijo na vlaku) ne pojavijo na Planckovi (tj. Zelo majhni) lestvici - čeprav bi pri večjih merilih dvojna posebna relativnost morala prinesti rezultate, ki jih ni mogoče razlikovati od običajne posebne relativnosti.
Dvojno posebno relativnost bi lahko posplošili tudi na teorijo kvantne gravitacije, ki bi morala biti, ko se razširi iz Planckove lestvice, prinesla rezultate, ki jih ni mogoče razlikovati od splošne relativnosti.
Izkaže se, da je na Planckovi lestvici e = m, čeprav na makro lestvicah e = mc2. Na Planckovi lestvici je Planckova masa 2.17645 × 10-8 kg - menda masa jajčeca bolhe - in ima Schwarzschildov polmer Planckove dolžine - kar pomeni, da če stisnete to maso v tako majhen volumen, bi postala zelo majhna črna luknja, ki bi vsebovala eno Planckovo enoto energije.
Povedano drugače, v Planckovi lestvici gravitacija postane pomembna sila v kvantni fiziki. Čeprav v resnici govorimo samo, da obstaja ena Planckova enota gravitacijske sile med dvema Planckovima masama, če ju ločimo od Planckove dolžine - in mimogrede, Planckova dolžina je razdalja, ki jo svetloba premakne v eni enoti Planckovega časa!
In ker je ena Planckova enota energije (1,22 × 10)19 GeV) velja za največjo energijo delcev - mamljivo je upoštevati, da to predstavlja pogoje, ki jih pričakujemo v Planckovi epohi, saj je to prva stopnja velikega poka.
Vse se sliši nadvse vznemirljivo, toda takšen način razmišljanja je bil kritiziran kot trik za izboljšanje matematike z odstranjevanjem pomembnih informacij o obravnavanih fizičnih sistemih. Prav tako tvegate spodkopati osnovna načela običajne relativnosti, saj lahko, kot je predstavljeno v spodnjem prispevku, Planckovo dolžino šteje za neprekinjeno konstanto, neodvisno od opazovalnega referenčnega okvira, medtem ko hitrost svetlobe postane spremenljiva pri zelo visoki gostoti energije.
Kljub temu pa tudi od velikega hadronskega trkalnika ni pričakovati neposrednih dokazov o tem, kaj se lahko zgodi ali ne zgodi na lestvici Planck - za zdaj je izboljšanje matematičnega dela najboljši način za naprej.
Nadaljnje branje: Zhang in sod. Fotonska plinska termodinamika v dvojni posebni relativnosti.
