Všeobecná relativita, Einsteinova teória gravitácie, nám poskytuje užitočný základ pre matematické modelovanie vesmíru vo veľkom meradle - zatiaľ čo kvantová teória nám poskytuje užitočný základ pre modelovanie fyziky sub-atómových častíc a pravdepodobne malej fyziky s vysokou energetickou hustotou ranom vesmíre - nanosekundách po Veľkom tresku - ktoré všeobecná relativita iba modeluje ako jedinečnosť a k tejto záležitosti nemá čo povedať.
Možno povedať viac o teóriách kvantovej gravitácie. Rozšírením všeobecnej relativity do kvantizovanej štruktúry pre vesmírny čas možno možno premostíme medzeru medzi fyzikou malého a veľkého rozsahu. Napríklad existuje dvojnásobná špeciálna relativita.
Pri konvenčnej špeciálnej relativite môžu dva rôzne inerciálne referenčné rámce merať rýchlosť toho istého objektu rôzne. Takže, ak ste vo vlaku a hádzate tenisový loptičku vpred, môžete ju zmerať pohybom rýchlosťou 10 kilometrov za hodinu. Ale niekto iný, kto stojí na nástupišti vlakovej stanice a sleduje váš vlak prejsť rýchlosťou 60 kilometrov za hodinu, meria rýchlosť lopty pri 60 + 10 - t. J. 70 kilometrov za hodinu. Dajte alebo si zoberte niekoľko nanometrov za sekundu, obaja ste v poriadku.
Ako však zdôraznil Einstein, urobte ten istý experiment, kde žiarením lúča baterky svietite, a nie hodením lopty, dopredu vo vlaku - vy vo vlaku, ako aj na plošine zmerajte rýchlosť lúča baterky ako rýchlosť svetla - bez toho ďalších 60 kilometrov za hodinu - a vy máte pravdu.
Ukazuje sa, že pre osobu na nástupišti sa vo vlaku menia zložky rýchlosti (vzdialenosť a čas) tak, že sa vzdialenosti znižujú a čas sa dilatuje (t. J. Pomalšie hodiny). Matematikou Lorenzových premien sa tieto účinky stanú zrejmejšími rýchlejšie ako vlak ide. Ukazuje sa tiež, že sa zvyšuje aj hmotnosť predmetov vo vlaku - aj keď predtým, ako sa niekto spýta, vlak sa nemôže zmeniť na čiernu dieru ani pri 99,9999 (atď.) Rýchlosti svetla.
Teraz, dvojnásobne špeciálna relativita, navrhuje, aby nielen rýchlosť svetla bola vždy rovnaká bez ohľadu na váš referenčný rámec, ale Planckove jednotky hmotnosti a energie sú tiež vždy rovnaké. To znamená, že relativistické účinky (ako sa zdá, že sa vo vlaku zvyšuje) sa nevyskytujú v Planckovej (t. J. Veľmi malej) stupnici - aj keď vo väčších mierkach by dvojitá špeciálna relativita mala priniesť výsledky nerozoznateľné od konvenčnej špeciálnej relativity.
Pochybne by sa mohla zovšeobecniť aj relatívna relativita smerom k teórii kvantovej gravitácie - ktorá by po rozšírení z Planckovej stupnice mala priniesť výsledky nerozoznateľné od všeobecnej relativity.
Ukazuje sa, že v Planckovej stupnici e = m, aj keď v makro mierke e = mc2, A na Planckovej stupnici je hmotnosť Planck 2,17645 × 10-8 kg - pravdepodobne hmotnosť blšího vajíčka - a má Schwarzschildov polomer Planckovej dĺžky - čo znamená, že ak stlačíte túto hmotu na taký malý objem, stane sa z nej veľmi malá čierna diera obsahujúca jednu Planckovu jednotku energie.
Inak povedané, na Planckovej stupnici sa gravitácia stáva významnou silou kvantovej fyziky. Aj keď skutočne hovoríme iba to, že existuje jedna Planckova jednotka gravitačnej sily medzi dvoma Planckovými hmotami, keď je oddelená Planckovou dĺžkou - a mimochodom, Planckova dĺžka je vzdialenosť, ktorú sa svetlo pohybuje v rámci jednej jednotky Planckovho času!
A od jednej Planckovej jednotky energie (1,22 × 1019 GeV) sa považuje za maximálnu energiu častíc - je lákavé uvažovať o tom, že to predstavuje podmienky očakávané v epoche Planck, ktorá je úplne prvou fázou Veľkého tresku.
Znie to strašne vzrušujúco, ale táto línia myslenia bola kritizovaná ako trik, aby matematika fungovala lepšie tým, že odstránila dôležité informácie o uvažovaných fyzických systémoch. Riskujete tiež podkopanie základných princípov konvenčnej relativity, pretože, ako je uvedené v nasledujúcom texte, dĺžku Planck možno považovať za nemennú konštantu nezávislú od referenčného rámca pozorovateľa, zatiaľ čo rýchlosť svetla sa pri veľmi vysokej hustote energie mení.
Napriek tomu sa neočakáva, že ani Large Hadron Collider neposkytne priame dôkazy o tom, čo sa môže alebo nemusí stať na Planckovej stupnici - prozatím sa zdá, že lepšia matematická práca je najlepšou cestou vpred.
Ďalšie čítanie: Zhang a kol. Termodynamika fotónov v dvojnásobne špeciálnej relativite.
