Allmän relativitet, Einsteins gravitationsteori, ger oss en användbar grund för matematisk modellering av storskaliga universum - medan kvantteorin ger oss en användbar grund för modellering av subatomära partikelfysik och den troliga småskaliga, högenergidensitetsfysiken det tidiga universum - nanosekunder efter Big Bang - som generell relativitet bara modellerar som en singularitet och har inget annat att säga i frågan.
Kvanttyngdteorier kan ha mer att säga. Genom att utöka den allmänna relativiteten i en kvantiserad struktur för rymden kan vi kanske överbrygga klyftan mellan små och stora fysik. Till exempel finns det dubbel speciell relativitet.
Med konventionell speciell relativitet kan två olika tröghetsramar mäta hastigheten för samma objekt på olika sätt. Så om du är på ett tåg och kastar en tennisboll framåt, kan du mäta den på 10 kilometer i timmen. Men någon annan som står på tågstationens plattform och tittar på ditt tåg passerar vid 60 kilometer i timmen, mäter hastigheten på bollen på 60 + 10 - dvs 70 kilometer i timmen. Ge eller ta några nanometer per sekund, du har båda rätt.
Som Einstein påpekade, gör dock samma experiment där du lyser en facklabalk, snarare än att kasta en boll, framåt på tåget - både du på tåget och personen på plattformen mäter facklabalkens hastighet som ljusets hastighet - utan ytterligare 60 kilometer i timmen - och ni har båda rätt.
Det räknar ut att för personen på plattformen ändras komponenterna i hastighet (avstånd och tid) på tåget så att avstånd kontrakteras och tiden utvidgas (dvs. långsammare klockor). Och med matematiken i Lorenz-transformationer blir dessa effekter tydligare ju snabbare än tåget går. Det visar sig också att massan av föremål på tåget ökar också - även om, innan någon frågar, kan tåget inte förvandlas till ett svart hål ens med 99.9999 (etc) procent av ljusets hastighet.
Nu, dubbel speciell relativitet, föreslår att inte bara ljusets hastighet alltid är densamma oavsett referensram, men Planck-enheter med massa och energi är också alltid samma. Detta innebär att relativistiska effekter (som massa som verkar öka på tåget) inte uppstår på Planck (dvs mycket liten) skala - även om i större skalor, bör dubbelt speciell relativitet leverera resultat som inte kan skiljas från konventionell specialrelativitet.
Dubbel speciell relativitet kan också generaliseras mot en teori om kvanttyngd - som, när den utvidgas från Planck-skalan, skulle ge resultat som inte kan skiljas från allmän relativitet.
Det visar sig att på Planck-skalan e = m, även om på makroskala e = mc2. Och på Planck-skalan är en Planck-massa 2.17645 × 10-8 kg - förmodligen massan på en loppas ägg - och har en Schwarzschild-radie med en Planck-längd - vilket innebär att om du komprimerade denna massa till en så liten volym, skulle den bli ett mycket litet svart hål som innehåller en Planck-enhet.
För att uttrycka det på ett annat sätt, på Planck-skalan, blir tyngdkraften en betydande kraft i kvantefysiken. Även om det egentligen är allt vi säger är att det finns en Planck-enhet av gravitationskraften mellan två Planck-massor när de separeras med en Planck-längd - och förresten, en Planck-längd är det avstånd som ljuset rör sig inom en enhet av Planck-tiden!
Och sedan en Planck-energienhet (1,22 × 1019 GeV) anses vara den maximala energin hos partiklar - det är frestande att överväga att detta representerar förhållanden som förväntas i Planck-epoken, eftersom det är det första steget i Big Bang.
Det låter allt väldigt spännande, men den här tankegången har kritiserats som bara ett trick för att få matematiken att fungera bättre genom att ta bort viktig information om de fysiska systemen som beaktas. Du riskerar också att undergräva de grundläggande principerna för konventionell relativitet, eftersom, som det framgår av uppsatsen nedan, en Planck-längd kan betraktas som en oundviklig konstant oberoende av en observatörs referensram medan ljusets hastighet varierar vid mycket höga energitätheter.
Eftersom även Large Hadron Collider inte förväntas leverera direkt bevis på vad som kan hända eller inte kan hända på Planck-skalan, verkar det för tillfället vara den bästa vägen framåt.
Vidare läsning: Zhang et al. Photon Gas Termodynamik i dubbel speciell relativitet.
