Yleinen suhteellisuusteoria, Einsteinin gravitaatioteoria, antaa meille hyödyllisen perustan laajamittaisen maailmankaikkeuden matemaattiselle mallinnukselle - kun taas kvanttiteoria antaa meille hyödyllisen perustan atomaattisen hiukkasfysiikan ja todennäköisen pienimuotoisen, korkea-energiatiheyksisen fysiikan mallintamiselle. varhainen maailmankaikkeus - nanosekuntia suuren räjähdyksen jälkeen - mikä yleinen suhteellisuussuhde mallintaa vain singulaarisuutena ja jolla ei ole muuta sanottavaa asiasta.
Kvanttigravitaatio teorioilla voi olla enemmän sanottavaa. Laajentamalla yleinen suhteellisuusteoria kvantisoiduksi rakenteeksi avaruus-aikaa varten, ehkä voimme ylittää kuilun pienen ja suuren mittakaavan fysiikan välillä. Esimerkiksi on olemassa kaksinkertaisesti erityinen suhteellisuusteoria.
Tavanomaisella erikoissuhteellisuustekniikalla kaksi erilaista inertiaalista viitekehystä voivat mitata saman kohteen nopeutta eri tavalla. Joten, jos olet junalla ja heität tennispalloa eteenpäin, saatat mitata sen liikkuvan 10 kilometriä tunnissa. Mutta joku muu seisoo rautatieaseman laiturilla tarkkailemassa junasi kulkemista 60 kilometrin tunnissa, mittaa pallon nopeuden 60 + 10 - eli 70 kilometriä tunnissa. Anna tai ota muutama nanometri sekunnissa. Olet molemmat oikeassa.
Kuten Einstein huomautti, tee kuitenkin sama kokeilu, jossa loistat taskulamppupalkin sijaan, että heität palloa, eteenpäin junalla - sekä sinä junassa että laiturilla oleva henkilö mittaa soihtupalkin nopeutta valon nopeutena - ilman ylimääräisiä 60 km tunnissa - ja olette molemmat oikeassa.
Selviää, että lavalla olevalle henkilölle nopeuden komponentit (matka ja aika) muuttuvat junalla siten, että etäisyydet supistuvat ja aika laajenee (ts. Hitaammat kellot). Ja Lorenzin muutosten matemaattisella tasolla nämä vaikutukset käyvät ilmeisemmiksi nopeammin kuin juna kulkee. Osoittautuu myös, että esineiden massa myös junassa kasvaa - vaikka joku ei voi muuttua mustaksi reikäksi edes 99,9999 (jne.) Prosentilla valon nopeudesta, ennen kuin joku kysyy.
Nyt, kaksinkertaisesti erityinen suhteellisuusteoria, ehdottaa, että valon nopeuden lisäksi on aina sama sama viitekehystäsi riippumatta, mutta myös Planckin massa- ja energiayksiköt ovat aina samat. Tämä tarkoittaa, että relativistisia vaikutuksia (kuten massan, joka näyttää kasvavan junassa) ei esiinny Planckin (ts. Hyvin pienessä) mittakaavassa - vaikka suuremmilla mittakaavoilla kaksinkertaisen erikoissuhteellisuuden pitäisi antaa tulokset, jotka eivät eroa tavanomaisesta erikoissuhteellisuudesta.
Kaksinkertaisesti erityinen suhteellisuusteoria voidaan myös yleistää kohti kvanttigravitaation teoriaa - jonka Planck-asteikosta ylöspäin annettaessa pitäisi antaa tuloksia, jotka eivät eroa yleisestä suhteellisuudesta.
Osoittautuu, että Planck-asteikolla e = m, vaikka makroasteikolla e = mc2. Ja Planckin mittakaavassa Planckin massa on 2,17645 × 10-8 kg - väitetysti kirppunan massan - ja sillä on Schwarzschild-säde, joka on Planckin pituinen - tarkoittaen, että jos puristat tämän massan niin pieneksi tilavuudeksi, siitä tulee hyvin pieni musta reikä, joka sisältää yhden Planck-energiayksikön.
Toisin sanoen, Planckin mittakaavassa painovoimasta tulee merkittävä kvanttifysiikan voima. Vaikka oikeasti, kaikki mitä sanomme, on se, että kahden Planckin massan välillä on yksi Planckin painovoimayksikkö, kun ne erotetaan toisistaan Planckin pituudella - ja muuten, Planckin pituus on etäisyys, jonka valo liikkuu yhdessä Planckin ajan yksikössä!
Ja koska yksi Planckin energiayksikkö (1,22 × 1019 GeV): tä pidetään hiukkasten maksimaalisena energiana - on houkuttelevaa ajatella, että tämä edustaa Planck-aikakauden odotettuja olosuhteita, jotka ovat Ison räjähdyksen ensimmäinen vaihe.
Se kaikki kuulostaa erittäin mielenkiintoiselta, mutta tätä ajattelutapaa on kritisoitu olevan vain temppu matematiikan toimivuuden parantamiseksi poistamalla tärkeät tiedot tarkasteltavista fyysisistä järjestelmistä. Voit myös vaarantaa tavanomaisen suhteellisuusteorian perusperiaatteet, koska kuten alla olevassa paperissa esitetään, Planckin pituutta voidaan pitää muuttumattomana vakiona tarkkailijan viitekehyksestä riippumatta, kun taas valon nopeus muuttuu erittäin suurilla energiatiheyksillä.
Siitä huolimatta, että edes suuren Hadron-törmäyslaitteen ei odoteta toimittavan suoraa näyttöä siitä, mitä voi tapahtua tai mitä ei voi tapahtua Planckin mittakaavassa - matematiikan työn parantaminen näyttää toistaiseksi olevan paras tapa edetä.
Lisätietoja: Zhang et ai. Fotonikaasun termodynamiikka tupla-erityissuhteellisuudessa.
