تعطينا النسبية العامة ، نظرية أينشتاين عن الجاذبية ، أساسًا مفيدًا لنمذجة الكون الواسع النطاق رياضيًا - بينما تعطينا نظرية الكم أساسًا مفيدًا لنمذجة فيزياء الجسيمات دون الذرية والفيزياء الصغيرة الحجم ذات الكثافة العالية من الكون المبكر - نانوثانية بعد الانفجار العظيم - الذي تشكله النسبية العامة فقط كمفرد وليس لديها شيء آخر لتقوله بشأن هذه المسألة.
قد يكون لدى نظريات الجاذبية الكمية المزيد لتقوله. من خلال توسيع النسبية العامة في هيكل كمّي لزمكان ، ربما يمكننا سد الفجوة بين الفيزياء الصغيرة والكبيرة. على سبيل المثال ، هناك نسبية خاصة مضاعفة.
مع النسبية الخاصة التقليدية ، قد يقيس إطاران مرجعيان بالقصور الذاتي مختلفان سرعة نفس الكائن بشكل مختلف. لذا ، إذا كنت في قطار ورميت كرة تنس إلى الأمام ، يمكنك قياسها وهي تتحرك بسرعة 10 كيلومترات في الساعة. لكن شخصًا آخر يقف على منصة محطة القطار يراقب قطارك يمر بسرعة 60 كيلومترًا في الساعة ، ويقيس سرعة الكرة عند 60 + 10 - أي 70 كيلومترًا في الساعة. أعط أو خذ بضعة نانومتر في الثانية ، كلانا صحيح.
ومع ذلك ، كما أشار آينشتاين ، قم بنفس التجربة حيث تقوم بتألق شعاع الشعلة ، بدلاً من رمي الكرة ، إلى الأمام في القطار - أنت على متن القطار والشخص الموجود على المنصة تقيس سرعة شعاع الشعلة كسرعة الضوء - بدون ذلك 60 كيلومترًا إضافيًا في الساعة - وكلاهما صحيح.
من الواضح أنه بالنسبة للشخص على المنصة ، يتم تغيير مكونات السرعة (المسافة والوقت) في القطار بحيث يتم تقليص المسافات وتوسعة الوقت (أي الساعات البطيئة). وبسبب تحولات لورنز ، تصبح هذه التأثيرات أكثر وضوحًا في أسرع وقت من القطار. اتضح أيضًا أن كتلة الأشياء في القطار تزداد أيضًا - على الرغم من أنه قبل أن يسأل أي شخص ، لا يمكن أن يتحول القطار إلى ثقب أسود حتى عند 99.9999 (إلخ) في المائة من سرعة الضوء.
الآن ، النسبية الخاصة المضاعفة ، تقترح أنه ليس فقط سرعة الضوء هي نفسها دائمًا بغض النظر عن الإطار المرجعي الخاص بك ، ولكن وحدات بلانك للكتلة والطاقة هي نفسها دائمًا. وهذا يعني أن التأثيرات النسبية (مثل زيادة الكتلة في القطار) لا تحدث على مقياس بلانك (أي صغير جدًا) - على الرغم من أنه على نطاقات أكبر ، يجب أن تحقق النسبية الخاصة المضاعفة نتائج لا يمكن تمييزها عن النسبية الخاصة التقليدية.
يمكن أيضًا تعميم النسبية الخاصة المضاعفة نحو نظرية الجاذبية الكمية - والتي ، عند توسيعها من مقياس بلانك ، يجب أن تقدم نتائج لا يمكن تمييزها عن النسبية العامة.
اتضح أنه على مقياس Planck e = m ، على الرغم من المقاييس الكلية e = mc2. وعلى مقياس بلانك ، تبلغ كتلة بلانك 2.17645 × 10-8 كغ - من المفترض أن تكون كتلة بيضة البراغيث - ولها نصف قطر Schwarzschild بطول بلانك - مما يعني أنه إذا ضغطت هذه الكتلة في مثل هذا الحجم الصغير ، فستصبح ثقبًا أسودًا صغيرًا جدًا يحتوي على وحدة طاقة بلانك واحدة.
بعبارة أخرى ، على مقياس بلانك ، تصبح الجاذبية قوة مهمة في فيزياء الكم. على الرغم من حقيقة أن كل ما نقوله هو أن هناك وحدة بلانك واحدة لقوة الجاذبية بين كتلتين من بلانك عندما يفصل بينهما طول بلانك - وبالمناسبة ، طول بلانك هو المسافة التي يتحرك فيها الضوء في وحدة واحدة من وقت بلانك!
ومنذ وحدة بلانك للطاقة (1.22 × 10)19 GeV) تعتبر الطاقة القصوى للجسيمات - من المغري التفكير في أن هذا يمثل الظروف المتوقعة في عصر بلانك ، كونها المرحلة الأولى من الانفجار الكبير.
يبدو كل شيء مثيرًا بشكل رهيب ، ولكن تم انتقاد هذا النوع من التفكير باعتباره مجرد خدعة لجعل الرياضيات تعمل بشكل أفضل ، عن طريق إزالة المعلومات المهمة حول الأنظمة المادية قيد النظر. كما أنك تخاطر بتقويض المبادئ الأساسية للنسبية التقليدية لأنه ، كما توضح الورقة أدناه ، يمكن اعتبار طول بلانك ثابتًا ثابتًا ومستقلاً عن الإطار المرجعي للمراقب بينما تصبح سرعة الضوء متغيرة بكثافات طاقة عالية جدًا.
ومع ذلك ، نظرًا لأنه حتى من غير المتوقع أن يقدم مصادم Hadron الكبير أدلة مباشرة حول ما قد يحدث أو لا يحدث على مقياس Planck - في الوقت الحالي ، يبدو أن تحسين عمل الرياضيات هو أفضل طريقة للمضي قدمًا.
قراءة متعمقة: Zhang et al. الديناميكا الحرارية لغاز الفوتون في النسبية الخاصة المضاعفة.
