Obecná relativita, Einsteinova teorie gravitace, nám poskytuje užitečný základ pro matematické modelování vesmíru ve velkém měřítku - zatímco kvantová teorie nám poskytuje užitečný základ pro modelování fyziky subatomárních částic a pravděpodobně malé fyziky s vysokou energetickou hustotou raný vesmír - nanosekundy po Velkém třesku - který obecná relativita jen modeluje jako jedinečnost a nemá k této věci co říci.
Kvantové gravitační teorie mohou mít více co říct. Rozšířením obecné relativity do kvantované struktury pro časoprostor, možná můžeme překlenout propast mezi fyzikou malého a velkého měřítka. Například existuje dvojnásobná speciální relativita.
S konvenční speciální relativitou mohou dva různé inerciální referenční rámce měřit rychlost stejného objektu odlišně. Pokud tedy jedete ve vlaku a hodíte tenisový míček vpřed, můžete měřit jeho pohyb rychlostí 10 kilometrů za hodinu. Ale někdo jiný, kdo stojí na nástupišti vlakové stanice a sleduje váš vlak projíždět rychlostí 60 kilometrů za hodinu, měří rychlost míče při 60 + 10 - tj. 70 kilometrů za hodinu. Dejte nebo vezměte několik nanometrů za sekundu, máte pravdu.
Jak však zdůraznil Einstein, udělejte stejný experiment, kde namísto házení míče svítíte paprskem pochodně dopředu, a to jak ve vlaku, tak i na osobě na nástupišti změřte rychlost paprsku pochodně jako rychlost světla - bez toho dalších 60 kilometrů za hodinu - a máte pravdu.
Ukazuje se, že pro osobu na nástupišti se ve vlaku mění složky rychlosti (vzdálenost a čas), takže se vzdálenosti zkracují a čas se rozšiřuje (tj. Pomalejší hodiny). A podle Lorenzových transformací se tyto účinky stávají zřetelnější, čím rychleji než vlak jede. Ukazuje se také, že se zvyšuje i hmotnost předmětů ve vlaku - ačkoli se před tím, než se někdo zeptá, vlak nemůže proměnit v černou díru ani při 99,9999 (atd.) Procentech rychlosti světla.
Nyní, dvojnásobně speciální relativita, navrhuje, aby nejen rychlost světla byla vždy stejná bez ohledu na váš referenční rámec, ale Planckovy jednotky hmoty a energie jsou také vždy stejné. To znamená, že relativistické efekty (jako se zdá, že se ve vlaku zvyšuje) se nevyskytují v Planckově (tj. Velmi malém) měřítku - i když ve větších měřítcích by dvojitá speciální relativita měla přinést výsledky nerozeznatelné od konvenční speciální relativity.
Pochybnost o speciální relativitě by mohla být také zobecněna směrem k teorii kvantové gravitace - která by po rozšíření z Planckovy stupnice měla přinést výsledky nerozeznatelné od obecné relativity.
Ukázalo se, že v Planckově stupnici e = m, i když v makro měřítku e = mc2. A na Planckově stupnici je Planckova hmotnost 2,17645 × 10-8 kg - pravděpodobně hmotnost blechy - a má Schwarzschildův poloměr Planckovy délky - což znamená, že pokud stlačíte tuto hmotu do tak malého objemu, stane se z ní velmi malá černá díra obsahující jednu Planckovu jednotku energie.
Jinými slovy, v Planckově měřítku se gravitace stává významnou silou v kvantové fyzice. Ačkoli opravdu říkáme, že je jedna Planckova jednotka gravitační síly mezi dvěma Planckovými hmotami, když je oddělena Planckovou délkou - a mimochodem, Planckova délka je vzdálenost, kterou se světlo pohybuje v rámci jedné jednotky Planckova času!
A protože jedna Planckova jednotka energie (1,22 × 1019 GeV) je považována za maximální energii částic - je lákavé uvažovat o tom, že se jedná o podmínky očekávané v Planckově epochě, která je první fází Velkého třesku.
Všechno to zní strašně vzrušeně, ale tato linie myšlení byla kritizována jako pouhý trik, jak zlepšit matematickou práci tím, že odstraní důležité informace o uvažovaných fyzických systémech. Riskujete také podkopání základních principů konvenční relativity, protože jak je uvedeno níže, Planckova délka může být považována za neměnnou konstantu nezávislou na referenčním rámci pozorovatele, zatímco rychlost světla se mění při velmi vysoké energetické hustotě.
Nicméně ani od velkého Hadrona Collidera se neočekává, že poskytne přímé důkazy o tom, co se může nebo nemusí stát v Planckově stupnici - prozatím se zdá, že lepší matematická práce je nejlepší cestou vpřed.
Další čtení: Zhang a kol. Termodynamika fotonových plynů v dvojitě speciální relativitě.
