Generell relativitet, Einsteins gravitasjonsteori, gir oss et nyttig grunnlag for matematisk modellering av storskala universet - mens kvanteteori gir oss et nyttig grunnlag for modellering av subatomisk partikkelfysikk og den sannsynlige småskala, høyenergitetthetsfysikken i det tidlige universet - nanosekunder etter Big Bang - som generell relativitet bare modellerer som en singularitet og ikke har noe annet å si om saken.
Kvantegravitasjonsteorier kan ha mer å si. Ved å utvide generell relativitet til en kvantisert struktur for rom-tid, kan vi kanskje bygge bro mellom liten og stor skala fysikk. For eksempel er det dobbelt spesiell relativitet.
Med konvensjonell spesiell relativitet kan to forskjellige treghetsrammer referere til å måle hastigheten til det samme objektet på en annen måte. Så hvis du er på et tog og kaster en tennisball fremover, kan du måle at den beveger seg på 10 kilometer i timen. Men noen andre som står på jernbanestasjonen og ser på toget ditt passerer 60 kilometer i timen, måler ballens hastighet på 60 + 10 - dvs. 70 kilometer i timen. Gi eller ta noen få nanometer i sekundet, du har begge rett.
Imidlertid, som Einstein påpekte, gjør det samme eksperimentet der du skinner en fakkelbjelke, i stedet for å kaste en ball, fremover på toget - både du på toget og personen på plattformen måler fakkelstrålens hastighet som lysets hastighet - uten ytterligere 60 kilometer i timen - og dere har begge rett.
Det ordner seg at for personen på plattformen blir komponentene til hastighet (avstand og tid) endret på toget slik at avstander trekkes sammen og tiden utvides (dvs. langsommere klokker). Og etter matematikk av Lorenz-transformasjoner blir disse effektene tydeligere jo raskere enn tog går. Det viser seg også at massen av objekter på toget øker også - selv om toget, før noen spør, ikke kan bli til et svart hull selv på 99.9999 (osv.) Prosent av lysets hastighet.
Nå, dobbelt spesiell relativitet, foreslår at ikke bare lysets hastighet alltid er den samme uansett referanseramme, men Planck-enheter med masse og energi er også alltid de samme. Dette betyr at relativistiske effekter (som masse som ser ut til å øke i toget) ikke forekommer i Planck (dvs. veldig liten) skala - selv om dobbelt spesiell relativitet bør gi resultater som ikke kan skilles fra konvensjonell spesiell relativitet.
Dobbelt spesiell relativitet kan også generaliseres mot en teori om kvantetyngdekraft - som, når den utvides fra Planck-skalaen, skal levere resultater som ikke kan skilles fra generell relativitet.
Det viser seg at på Planck-skalaen e = m, selv om ved makroskala e = mc2. Og på Planck-skalaen er en Planck-masse 2.17645 × 10-8 kg - visstnok massen til en loppeegg - og har en Schwarzschild-radius med en Planck-lengde - noe som betyr at hvis du komprimerte denne massen til et så lite volum, ville det bli et veldig lite svart hull som inneholder en Planck-enhet.
For å si det på en annen måte, på Planck-skalaen, blir tyngdekraften en betydelig kraft i kvantefysikken. Selv om vi egentlig sier, alt vi sier er at det er en Planck-enhet med gravitasjonskraft mellom to Planck-masser når den skilles med en Planck-lengde - og forresten, en Planck-lengde er avstanden som lyset beveger seg innenfor en enhet av Planck-tiden!
Og siden en Planck-energienhet (1,22 × 1019 GeV) regnes som den maksimale energien til partikler - det er fristende å tenke på at dette representerer forhold som forventes i Planck-epoken, og er den aller første fasen av Big Bang.
Det hele høres veldig spennende ut, men denne tankegangen har blitt kritisert som bare et triks for å få matematikken til å fungere bedre, ved å fjerne viktig informasjon om de fysiske systemene som vurderes. Du risikerer også å undergrave grunnleggende prinsipper for konvensjonell relativitet siden, som papiret nedenfor skisserer, en Planck-lengde kan betraktes som en ufravikelig konstant uavhengig av en observatørs referanseramme mens lysets hastighet blir variabel ved svært høye energitettheter.
Ikke desto mindre, selv ikke Large Hadron Collider ikke forventes å levere direkte bevis på hva som kan eller ikke kan skje på Planck-skalaen - for tiden ser det ut til å gjøre matematikkarbeidet bedre den beste veien videre.
Videre lesning: Zhang et al. Photon Gas Thermodynamics in Doubly Special Relativity.
