Relativitatea generală, teoria gravitației lui Einstein, ne oferă o bază utilă pentru modelarea matematică a universului la scară largă - în timp ce teoria cuantică ne oferă o bază utilă pentru modelarea fizicii sub-atomice a particulelor și a probabilității fizice cu densitate energetică de mare scară a universul timpuriu - nanosecundele de după Big Bang - care relativitatea generală se modelează doar ca o singularitate și nu are nimic de spus în această privință.
Teoriile gravitației cuantice pot avea mai multe de spus. Extinzând relativitatea generală într-o structură cuantificată pentru spațiu-timp, poate putem să eliminăm diferența dintre fizica la scară mică și cea mare. De exemplu, există o relativitate dublă specială.
Cu relativitate specială convențională, două cadre de inerție diferite de referință pot măsura în mod diferit viteza aceluiași obiect. Deci, dacă urcați într-un tren și aruncați o minge de tenis înainte, este posibil să o măsurați mișcându-se la 10 kilometri pe oră. Dar altcineva care stă pe platforma gării urmărind trecerea trenului la 60 de kilometri pe oră, măsoară viteza mingii la 60 + 10 - adică 70 de kilometri pe oră. Dați sau luați câțiva nanometri pe secundă, sunteți amândoi corecți.
Cu toate acestea, așa cum a subliniat Einstein, faceți același experiment în care străluciți un fascicul de torță, mai degrabă decât să aruncați o minge, înainte în tren - atât dvs., în tren, cât și persoana de pe platformă măsurați viteza lanternei ca viteza luminii - fără 60 de kilometri suplimentari pe oră și sunteți amândoi corecți.
Rezultă că pentru persoana de pe platformă, componentele de viteză (distanță și timp) sunt schimbate pe tren, astfel încât distanțele să fie contractate și dilatate în timp (adică ceasuri mai lente). Iar prin matematica transformărilor Lorenz, aceste efecte devin mai evidente cu atât mai repede decât merge trenul. De asemenea, se dovedește că și masa obiectelor din tren crește - deși, înainte de a cere cineva, trenul nu se poate transforma într-o gaură neagră chiar și la 99,9999 (etc.) la sută din viteza luminii.
Acum, relativitatea dublu specială, propune că viteza luminii nu este întotdeauna aceeași indiferent de cadrul de referință, dar unitățile de masă și energie Planck sunt, de asemenea, întotdeauna aceleași. Aceasta înseamnă că efectele relativiste (cum ar fi masa care crește în tren) nu se produc la scara Planck (adică foarte mică) - deși la scări mai mari, relativitatea dublu specială ar trebui să ofere rezultate nedistinguibile de la relativitatea specială convențională.
O relativitate dublu specială ar putea fi, de asemenea, generalizată spre o teorie a gravitației cuantice - care, atunci când este extinsă de pe scara Planck, ar trebui să ofere rezultate care nu se disting de relativitatea generală.
Se dovedește că la scara Planck e = m, chiar dacă la scări macro e = mc2. Și la scara Planck, o masă Planck este de 2.17645 × 10-8 kg - se presupune masa unui ou de purici - și are o rază Schwarzschild de o lungime Planck - ceea ce înseamnă că dacă comprimați această masă într-un volum atât de mic, aceasta ar deveni o gaură neagră foarte mică care conține o unitate de energie Planck.
Cu alte cuvinte, la scara Planck, gravitația devine o forță semnificativă în fizica cuantică. Deși cu adevărat, tot ce spunem este că există o unitate de forță gravitațională Planck între două mase Planck atunci când este separată de o lungime Planck - și, apropo, o lungime Planck este distanța pe care lumina se deplasează într-o unitate de timp Planck!
Și de când o unitate de energie Planck (1,22 × 1019 GeV) este considerată energia maximă a particulelor - este tentant să considerăm că aceasta reprezintă condiții preconizate în epoca Planck, fiind chiar prima etapă a Big Bang.
Totul sună teribil de interesant, însă această linie de gândire a fost criticată ca fiind doar un truc pentru ca matematica să funcționeze mai bine, eliminând informații importante despre sistemele fizice luate în considerare. De asemenea, riscați să subminați principiile fundamentale ale relativității convenționale, întrucât, așa cum reiese din documentul de mai jos, o lungime Planck poate fi considerată o constantă invariabilă independentă de cadrul de referință al unui observator, în timp ce viteza luminii devine variabilă la densități energetice foarte mari.
Cu toate acestea, întrucât nici măcar colizorul de Hadroni mari nu este de așteptat să furnizeze dovezi directe despre ceea ce se poate sau nu să se întâmple la scara Planck - deocamdată, îmbunătățirea funcției matematice pare să fie cea mai bună cale de urmat.
Citire ulterioară: Zhang și colab. Termodinamica cu gaz foton în relativitate specială.
