Загальна теорія відносності, теорія тяжіння Ейнштейна, дає нам корисну основу для математичного моделювання всесвітнього масштабу - в той час як квантова теорія дає нам корисну основу для моделювання фізики субатомних частинок та ймовірної фізики дрібної величини щільності з високою енергією ранній Всесвіт - наносекунди після Великого вибуху - який загальна відносність просто моделює як особливість і не має нічого іншого сказати з цього питання.
Теорії квантової гравітації можуть сказати більше. Розширивши загальну відносність на квантовану структуру для простору-часу, можливо, ми зможемо подолати розрив між фізикою малого та великого масштабів. Наприклад, є подвійна відносність.
При звичайній спеціальній відносності дві різні інерціальні системи відліку можуть по-різному вимірювати швидкість одного і того ж об'єкта. Отже, якщо ви в поїзді і кидаєте тенісний м'яч вперед, ви можете виміряти його, рухаючись швидкістю 10 кілометрів на годину. Але хтось, хто стоїть на платформі залізничного вокзалу, спостерігаючи за тим, як проїжджає поїзд із швидкістю 60 кілометрів на годину, вимірює швидкість кулі на рівні 60 + 10 - тобто 70 кілометрів на годину. Дайте або візьміть кілька нанометрів в секунду, ви обидва вірні.
Однак, як вказував Ейнштейн, робіть той же експеримент, коли ви світите промінь факела, а не кидаєте кулю, вперед на поїзді - і ви в поїзді, і людина на платформі вимірюєте швидкість пучка факела як швидкість світла - без додаткових 60 кілометрів на годину - і ви обоє правильно.
З'ясовується, що для людини на платформі компоненти швидкості (відстань і час) змінюються у поїзді, так що відстані скорочуються і розширюються час (тобто повільні годинники). І завдяки математиці перетворень Лоренца ці ефекти стають очевиднішими швидше, ніж йде поїзд. Також виявляється, що маса предметів у поїзді також збільшується, хоча, перш ніж хтось запитає, поїзд не може перетворитись у чорну діру навіть на 99,9999 (тощо) відсотків швидкості світла.
Тепер, удвічі особлива відносність, пропонує не тільки швидкість світла завжди однакова, незалежно від вашої системи відліку, але й одиниці маси та енергії Планка також завжди однакові. Це означає, що релятивістські ефекти (як, наприклад, маса, що збільшується в поїзді) не виникають у масштабах Планка (тобто дуже малих), хоча при великих масштабах подвійна спеціальна відносність повинна давати результати, не відмінні від звичайної спеціальної відносності.
Також може бути узагальнена особлива відносність до теорії квантової гравітації, яка, коли вона витягнута від шкали Планка, повинна дати результати, що не відрізняються від загальної відносності.
Виявляється, за шкалою Планка e = m, навіть незважаючи на те, що на макромасштабах e = mc2. А за шкалою Планка маса Планка становить 2,17645 × 10-8 кг - нібито маса яйця блохи - і має радіус Шварцшильда довжиною Планка - це означає, що якби ви стиснули цю масу на такий крихітний об'єм, вона стала б дуже маленькою чорною дірою, що містить одну одиницю енергії Планка.
Інакше кажучи, за шкалою Планка гравітація стає важливою силою в квантовій фізиці. Хоча насправді, все, що ми говоримо, - це те, що є одна одиниця гравітаційної сили Планка між двома масами Планка, коли їх розділяє довжина Планка - і, до речі, довжина Планка - це відстань, яку світло рухає за одну одиницю часу Планка!
А оскільки одна одиниця енергії Планка (1,22 × 10)19 GeV) вважається максимальною енергією частинок - спокусливо вважати, що це являє собою умови, очікувані в епоху Планка, будучи першою стадією Великого вибуху.
Все це звучить надзвичайно хвилююче, але цей напрямок мислення був підданий критиці як лише хитрість покращити роботу математики, видаливши важливу інформацію про фізичні системи, що розглядаються. Ви також ризикуєте підірвати основні принципи звичайної відносності, оскільки, як викладено в статті, довжину Планка можна вважати незмінною постійною, незалежною від орієнтиру спостерігача, при цьому швидкість світла стає змінною при дуже високій енергетичній щільності.
Тим не менш, оскільки навіть від Великого адронного колайдера не очікується надання прямих доказів того, що може чи не може статися за шкалою Планка - поки що покращення роботи з математики, здається, є найкращим шляхом.
Подальше читання: Чжан та ін. Фотонна газова термодинаміка в подвійній особливості.
