Общая теория относительности, теория гравитации Эйнштейна, дает нам полезную основу для математического моделирования крупномасштабной вселенной, в то время как квантовая теория дает нам полезную основу для моделирования физики субатомных частиц и вероятной мелкомасштабной физики с высокой плотностью энергии. ранняя вселенная - наносекунды после Большого взрыва - общая теория относительности которой просто моделируется как особенность, и ей больше нечего сказать по этому вопросу.
Теории квантовой гравитации могут сказать больше. Расширяя общую относительность в квантованную структуру для пространства-времени, возможно, мы сможем преодолеть разрыв между физикой малого и большого масштаба. Например, есть вдвойне особая теория относительности.
В обычной специальной теории относительности две разные инерциальные системы отсчета могут по-разному измерять скорость одного и того же объекта. Итак, если вы едете в поезде и бросаете теннисный мяч вперед, вы можете измерить его скорость 10 километров в час. Но кто-то еще, стоящий на платформе вокзала, наблюдает за тем, как ваш поезд проезжает со скоростью 60 километров в час, измеряет скорость мяча в 60 + 10, то есть 70 километров в час. Дайте или возьмите несколько нанометров в секунду, вы оба правы.
Однако, как указал Эйнштейн, проведите тот же эксперимент, в котором вы светите лучом факела, а не бросаете мяч вперед в поезде - и вы, и поезд, и человек на платформе измеряете скорость луча факела как скорость света. - без этих дополнительных 60 километров в час - и вы оба правы.
Выясняется, что для человека на платформе компоненты скорости (расстояние и время) изменяются в поезде, так что расстояния сокращаются и время сокращается (т.е. более медленные часы). И благодаря математике преобразований Лоренца эти эффекты становятся более очевидными, чем быстрее идет поезд. Также оказывается, что масса объектов в поезде также увеличивается - хотя, прежде чем кто-либо спросит, поезд не может превратиться в черную дыру даже на 99,9999 (и т. Д.) Процента скорости света.
Теперь, вдвойне особая теория относительности, предполагает, что не только скорость света всегда одинакова независимо от вашей системы отсчета, но и единицы массы и энергии Планка также всегда одинаковы. Это означает, что релятивистские эффекты (например, увеличение массы в поезде) не происходят в масштабе Планка (то есть очень малом) - хотя в более крупных масштабах двойная специальная теория относительности должна давать результаты, неотличимые от обычной специальной теории относительности.
Вдвойне специальная теория относительности также может быть обобщена на теорию квантовой гравитации, которая при расширении от масштаба Планка должна давать результаты, неотличимые от общей теории относительности.
Оказывается, что в масштабе Планка e = m, хотя в макро-масштабах e = mc2, А в масштабе Планка масса Планка составляет 2,17645 × 10.-8 кг - предположительно масса яйца блох - и имеет радиус Шварцшильда длины Планка - это означает, что если вы сжимаете эту массу в такой крошечный объем, она станет очень маленькой черной дырой, содержащей одну единицу энергии Планка.
Иными словами, в масштабе Планка гравитация становится существенной силой в квантовой физике. Хотя на самом деле все, что мы говорим, это то, что существует одна единица гравитации Планка между двумя массами Планка, когда они разделены длиной Планка - и, кстати, длина Планка - это расстояние, на которое свет перемещается в пределах одной единицы времени Планка!
И так как одна единица Планка энергии (1,22 × 1019 ГэВ) считается максимальной энергией частиц - заманчиво предположить, что это представляет условия, ожидаемые в эпоху Планка, будучи самой первой стадией Большого взрыва.
Все это звучит ужасно захватывающе, но эта линия мышления была подвергнута критике как просто уловка, чтобы заставить математику работать лучше, удаляя важную информацию о рассматриваемых физических системах. Вы также рискуете подорвать фундаментальные принципы обычной теории относительности, поскольку, как показано в статье ниже, длину Планка можно считать неизменной константой, независимой от системы отсчета наблюдателя, в то время как скорость света действительно становится переменной при очень высоких плотностях энергии.
Тем не менее, поскольку даже от Большого адронного коллайдера не ожидается прямых доказательств того, что может или не может произойти в масштабе Планка - на данный момент улучшение математической работы, похоже, является наилучшим способом продвижения вперед.
Дальнейшее чтение: Чжан и соавт. Термодинамика фотонного газа в двойной специальной теории относительности.
