Generel relativitet, Einsteins tyngdekraft, giver os et nyttigt grundlag for matematisk modellering af storskalauniverset - mens kvanteteori giver os et nyttigt grundlag for modellering af subatomarpartikelfysik og den sandsynlige fysik i lille skala med høj energi og densitet det tidlige univers - nanosekunder efter Big Bang - som den generelle relativitet kun modellerer som en singularitet og ikke har andet at sige om sagen.
Mængde tyngdekraftsteorier kan have mere at sige. Ved at udvide den generelle relativitet til en kvantiseret struktur for rumtid, kan vi måske bygge bro mellem mellem små og store fysikker. For eksempel er der dobbelt speciel relativitet.
Med konventionel speciel relativitet kan to forskellige inertielle referencerammer måle hastigheden af det samme objekt forskelligt. Så hvis du er på et tog og kaster en tennisbold fremad, måler du måske den bevæger sig på 10 kilometer i timen. Men en anden, der står på togstationsplatformen og ser på dit tog gå forbi 60 kilometer i timen, måler kuglens hastighed på 60 + 10 - dvs. 70 kilometer i timen. Giv eller tag et par nanometer i sekundet, du har begge ret.
Som Einstein påpegede, skal du dog gøre det samme eksperiment, hvor du skinner en fakkelbjælke frem for at kaste en kugle frem på toget - både du på toget og personen på platformen måler fakkelstrålens hastighed som lysets hastighed - uden de yderligere 60 kilometer i timen - og I har begge ret.
Det regner ud, at for personen på platformen ændres komponenterne i hastighed (afstand og tid) på toget, så afstande sammentrækkes og tiden udvides (dvs. langsommere ure). Og ved matematikken i Lorenz-transformationer bliver disse effekter mere tydelige, jo hurtigere end toget går. Det viser sig også, at massen af genstande på toget øges også - selvom toget, før nogen spørger, ikke kan forvandle sig til et sort hul selv på 99.9999 (osv.) Procent af lysets hastighed.
Nu, dobbelt speciel relativitet, foreslår, at ikke kun lysets hastighed altid er den samme uanset din referenceramme, men Planck-enheder med masse og energi er også altid de samme. Dette betyder, at relativistiske effekter (som masse, der ser ud til at stige på toget) ikke forekommer i Planck (dvs. meget lille) skala - selv om dobbelt speciel relativitet bør levere resultater, der ikke kan skelnes fra konventionel speciel relativitet.
Dobbelt speciel relativitet kan også generaliseres mod en teori om kvantetyngdekraft - som, når den udvides fra Planck-skalaen, skal levere resultater, der ikke kan skelnes fra den generelle relativitet.
Det viser sig, at i Planck-skalaen e = m, selvom ved makroskalaer e = mc2. Og i Planck-skalaen er en Planck-masse 2.17645 × 10-8 kg - angiveligt massen af en loppeæg - og har en Schwarzschild-radius med en Planck-længde - hvilket betyder, at hvis du komprimerede denne masse til et så lille volumen, ville det blive et meget lille sort hul indeholdende en Planck-energienhed.
For at sige det på en anden måde, på Planck-skalaen, bliver tyngdekraften en betydelig kraft i kvantefysikken. Selvom det virkelig siger, alt det, vi siger, er, at der er en Planck-enhed af tyngdekraft mellem to Planck-masser, når de adskilles med en Planck-længde - og for øvrigt, en Planck-længde er afstanden, som lyset bevæger sig inden for en enhed af Planck-tiden!
Og da en Planck-energienhed (1,22 × 1019 GeV) betragtes som den maksimale energi af partikler - det er fristende at overveje, at dette repræsenterer forhold, der forventes i Planck-epoken, der er den allerførste fase af Big Bang.
Det lyder alt sammen meget spændende, men denne tankegang er blevet kritiseret som værende bare et trick til at få matematikken til at fungere bedre ved at fjerne vigtige oplysninger om de fysiske systemer, der overvejes. Du risikerer også at undergrave de grundlæggende principper for konventionel relativitet, da en planck-længde kan betragtes som en ufravigelig konstant uafhængigt af en observatørs referenceramme, mens lysets hastighed bliver variabel ved meget høje energitettheder, som det fremgår af papiret nedenfor.
Ikke desto mindre, selv ikke Large Hadron Collider ikke forventes at levere direkte bevis for, hvad der måske eller måske ikke sker i Planck-skalaen - for tiden ser det ud til at gøre matematikarbejdet bedre den bedste vej frem.
Yderligere læsning: Zhang et al. Photon Gas-termodynamik i dobbelt speciel relativitet.
