Specialiosios reliatyvumo teorijos modifikacija

Bendroji reliatyvumo teorija, dar vadinama Einšteino gravitacijos teorija, suteikia tvirtą matematinį pagrindą, leidžiantį aprašyti neaprėpiamas Visatos platybes. Kvantinė mechanika orientuojasi į subatominių dalelių pasaulį, todėl suteikia galimybę pažvelgti į itin didelės energijos ankstyvosios Visatos fazę – kalba eina apie pirmąsias nanosekundes po Didžiojo sprogimo, kurios bendrojoje reliatyvumo teorijoje apibūdinamos miglota singuliarumo sąvoka.

Kvantinės gravitacijos teorijos būtų tarsi trūkstama mažų ir milžiniškų mastelių fizikos modeliavimo grandis. Vienas iš galimų variantų – vadinamoji dvejopa specialioji reliatyvumo teorija (angl. doubly special relativity).

Pasak įprastinės specialiosios reliatyvumo teorijos, dviejose skirtingose inertinėse atskaitos sistemose to paties objekto greitis gali būti išmatuotas skirtingai. Tarkim, jeigu žmogus traukinyje meta kamuoliuką į priekį, kitas žmogus tame pačiame traukinyje pasakys, kad kamuoliukas juda 10 km/h greičiu. Tačiau stebėtojas, esantis traukinių stotyje, teigs, kad kamuoliukas skriejo 70 km/h greičiu, mat pats traukinys juda 60 km/h greičiu (60 + 10 = 70 km/h). Kelių nanometrų per sekundę tikslumu abu stebėtojai yra teisūs.

Vis dėlto Einšteinas savo laiku išsiaiškino, kad lygiai toks pat eksperimentas, pakartotas ne metant kamuoliuką, o šviečiant žibintuvėliu, duos kitokį rezultatą, nes tiek stebėtojas traukinyje, tiek stebėtojas stotyje išmatuos tą patį šviesos pluoštelio greitį – be jokių papildomų traukinio 60 km/h. Ir abu stebėtojai bus teisūs.

Iš teorijos paaiškėja, jog stebėtojui, esančiam stotyje, greičio komponentės (atstumas ir laikas) traukinyje pakinta taip, kad atstumas sumažėja, o laikas pailgėja (laikrodis eina lėčiau). Įvedę matematines Lorenco transformacijas, pamatytume, kad šie efektai dar labiau išryškėja, kuomet traukinys ima judėti greičiau. Be to, padidėja ir traukinyje esančių objektų masė, nors, užbėgant galimiems pasvarstymams už akių, reikia pabrėžti, kad traukinys netaps juodąja skyle netgi judėdamas 99,9999... procentų šviesos greičio.

Dvejopa specialioji reliatyvumo teorija teigia, kad nuo atskaitos sistemos pasirinkimo nepriklauso ne tik šviesos greitis, bet ir Planko masė (2,17645 × 10^-8 kg) bei energija (1,22 × 10¹⁹ GeV). Tai reiškia, jog reliatyvistiniai efektai (pavyzdžiui, traukinio objektų masės padidėjimas) nepasireiškia Planko (kitaip tariant, itin mažame) mastelyje, nors dideliuose masteliuose viskas išliktų taip pat, kaip teigiama Einšteino teorijoje.

Dvejopą specialiąją reliatyvumo teoriją iš esmės būtų galima apibendrinti iki kvantinės gravitacijos teorijos, kuri perėjusi nuo Planko iki didelių mastelių duotų tuos pačius bendrosios reliatyvumo teorijos numatomus rezultatus.

Esant Planko masteliui, kvantinėje mechanikoje gravitacija tampa reikšminga jėga. Kitaip tariant, tarp dviejų Planko masių, atskirtų Planko ilgiu (1,616252 × 10^-35 m), pasireiškia vienas gravitacinės jėgos Planko vienetas. Be to, Planko ilgis atitinka atstumą, kurį šviesa nuskrieja per vieną Planko laiko vienetą (5,39121 × 10^-44 s).

Kadangi vienas Planko energijos vienetas yra laikomas didžiausia energija, kurią gali įgyti dalelės, tai verčia manyti, kad tokios sąlygos vyravo Planko epochoje, pasireiškusioje iškart po Didžiojo sprogimo.

Visa tai skamba patraukliai, bet mokslininkai yra linkę kritikuoti tokį mąstymą, teigdami, jog tai tik gudrybė, palengvinanti matematinį aprašą ir tuo pačiu pašalinanti svarbią informaciją apie nagrinėjamas fizikines sistemas. Taip pat rizikuojama pažeisti fundamentalius specialiosios reliatyvumo teorijos principus, kadangi Planko ilgis gali būti laikomas konstanta, nepriklausoma nuo stebėtojo atskaitos sistemos, kai tuo tarpu šviesos greitis, esant itin dideliems energijos tankiams, tampa priklausomu kintamuoju.

Nepaisant to, Didžiajame hadronų priešpriešinių srautų greitintuve kol kas nepavyks atlikti tokių eksperimentų, kurie atskleistų Planko mastelio ypatumus, todėl matematinio aprašo pagerinimas kol kas yra tinkamiausias būdas judėti į priekį.