Общата относителност, теорията на Айнщайн за гравитацията, ни дава полезна основа за математическо моделиране на широкомащабната вселена - докато квантовата теория ни дава полезна основа за моделиране на физиката на субатомните частици и вероятната физика на плътност с малка енергийна плътност на ранната Вселена - наносекунди след Големия взрив - която общата относителност просто моделира като сингулярност и няма какво друго да каже по въпроса.
Теорията за квантовата гравитация може да има още какво да каже. Разширявайки общата относителност в квантована структура за пространство-време, може би можем да преодолеем пропастта между физиката на малки и големи мащаби. Например, има двойно специална относителност.
При конвенционалната специална относителност две различни инерционни референтни рамки могат по различен начин да измерват скоростта на един и същ обект. Така че, ако сте във влак и хвърлите тенис топка напред, може да го измерите да се движи с 10 километра в час. Но някой друг, застанал на платформата на гарата и наблюдава, че вашият влак минава с 60 километра в час, измерва скоростта на топката на 60 + 10 - т.е. 70 километра в час. Дайте или вземете няколко нанометра в секунда, и двамата сте прави.
Както обаче посочи Айнщайн, направете същия експеримент, когато светите лъч на факела, вместо да хвърляте топка, напред във влака - и вие във влака, и човекът на платформата измервате скоростта на лъча на факела като скоростта на светлината - без тези допълнителни 60 километра в час - и двамата сте прави.
Разбира се, че за човека на платформата компонентите на скоростта (разстояние и време) се променят във влака, така че разстоянията се свиват и разширяват времето (т.е. по-бавни часовници). И чрез математиката на преобразуванията на Лоренц, тези ефекти стават по-очевидни, колкото по-бързо върви влакът. Освен това се оказва, че масата на обектите във влака също се увеличава - въпреки че, преди някой да попита, влакът не може да се превърне в черна дупка дори при 99,9999 (и т.н.) на сто от скоростта на светлината.
Сега, двойно специалната относителност, предлага не само, че скоростта на светлината винаги е една и съща, независимо от вашата ориентир, но и единиците за маса и енергия на Планк също са винаги еднакви. Това означава, че релативистичните ефекти (като масата, появяваща се за увеличаване на влака) не се проявяват в мащаба на Планк (т.е. много малък), въпреки че при по-големи мащаби, двойно специалната относителност трябва да даде резултати, неотличими от конвенционалната специална относителност.
Двойно специална относителност може да бъде обобщена и към теория за квантовата гравитация - която, когато бъде разширена от скалата на Планк, би трябвало да даде резултати, неразличими от общата относителност.
Оказва се, че при скалата на Планк e = m, макар и при макромащаби e = mc2, И при скалата на Планк масата на Планк е 2,17645 × 10-8 kg - уж масата на яйцето на бълха - и има радиус на Шварцшилд с дължина на Планк - което означава, че ако компресирате тази маса в такъв малък обем, тя ще се превърне в много малка черна дупка, съдържаща една Planck единица енергия.
Казано по друг начин, при скалата на Планк гравитацията се превръща в значителна сила в квантовата физика. Въпреки че наистина, всичко, което казваме, е, че има една единица на гравитационна сила на Планк между две маси на Планк, когато е разделена с дължина на Планк - и между другото, дължина на Планк е разстоянието, което светлината се движи в рамките на една единица от времето на Планк!
И тъй като една единица енергия на Планк (1,22 × 10)19 GeV) се счита за максимална енергия на частиците - изкушаващо е да се счита, че това представлява условия, очаквани в епохата на Планк, като е първият етап на Големия взрив.
Всичко това звучи ужасно вълнуващо, но този начин на мислене е критикуван като само трик за подобряване на математиката, като премахва важна информация за разглежданите физически системи. Освен това рискувате да подкопаете основните принципи на конвенционалната относителност, тъй като, както се очертава по-долу в документа, дължината на Планк може да се счита за неизменна константа, независима от контролната рамка на наблюдателя, докато скоростта на светлината става променлива при много висока енергийна плътност.
Въпреки това, тъй като дори и Големият адронен сблъсък не се очаква да предоставят директни доказателства за това какво може или не може да се случи в скалата на Планк - засега подобряването на математическата работа изглежда е най-добрият начин за напред.
Допълнителна информация: Zhang et al. Фотонна газова термодинамика в двойно специална относителност.
