Teori Sains

Salahkah Teori Ruang dan Waktu Albert Einstein Selama Ini

Salahkah Teori Ruang dan Waktu Albert Einstein Selama Ini, Untuk lebih memahami alam semesta, kita mungkin perlu mematikan salah satu teori terpenting sepanjang masa. Seperti dalam sejarah, revolusi adalah urat nadi ilmu pengetahuan. Kegelisahan yang meluap-luap mereda sampai sebuah rezim baru muncul untuk merebut kekuasaan. Kemudian perhatian semua orang beralih untuk menggulingkan penguasa baru mereka.

Menurut thebigvantheory.com Ini telah terjadi berkali-kali dalam sejarah fisika dan astronomi. Pertama, kami mengira Bumi berada di pusat tata surya — sebuah gagasan yang bertahan selama lebih dari 1.000 tahun. Kemudian Copernicus menjulurkan lehernya untuk mengatakan bahwa keseluruhan sistem akan jauh lebih sederhana jika kita hanyalah planet lain yang mengorbit matahari. Meskipun banyak pertentangan awal, gambar geosentris lama akhirnya tertekuk di bawah beban bukti dari teleskop yang baru ditemukan.

Kemudian Newton datang untuk menjelaskan bahwa gravitasi adalah alasan mengapa planet-planet mengorbit matahari. Dia mengatakan semua benda bermassa memiliki gaya tarik gravitasi terhadap satu sama lain. Menurut idenya, kita mengorbit matahari karena menarik kita, bulan mengorbit bumi karena kita menariknya. Newton memerintah selama dua setengah abad sebelum Albert Einstein muncul pada tahun 1915 untuk merebutnya dengan Teori Relativitas Umum . Gambar baru ini dengan rapi menjelaskan inkonsistensi dalam orbit Merkurius , dan dikonfirmasi dengan pengamatan gerhana matahari di lepas pantai Afrika pada tahun 1919.

Alih-alih tarikan, Einstein melihat gravitasi sebagai hasil dari ruang melengkung. Dia mengatakan bahwa semua objek di alam semesta berada dalam struktur empat dimensi yang halus yang disebut ruang-waktu. Benda-benda besar seperti matahari membengkokkan ruang-waktu di sekitarnya, sehingga orbit Bumi hanyalah hasil dari planet kita yang mengikuti kelengkungan ini. Bagi kami itu terlihat seperti tarikan gravitasi Newtonian.

Baca Juga : 4 Teori Ilmiah Meyakinkan Yang Membodohi Para Ilmuwan

Gambar ruang-waktu ini sekarang telah berada di atas takhta selama lebih dari 100 tahun, dan sejauh ini telah mengalahkan semua orang yang berpura-pura ke mahkotanya. Penemuan gelombang gravitasi pada tahun 2015 adalah kemenangan yang menentukan, tetapi, seperti pendahulunya, gelombang itu juga mungkin akan jatuh. Itu karena pada dasarnya tidak cocok dengan binatang besar lainnya di kebun binatang fisika: teori kuantum.

Dunia kuantum terkenal aneh. Partikel tunggal bisa berada di dua tempat sekaligus, misalnya. Hanya dengan melakukan pengamatan kita memaksanya untuk ‘memilih’. Sebelum observasi, kita hanya dapat menetapkan probabilitas untuk kemungkinan hasil. Pada tahun 1930-an, Erwin Schrödinger menemukan cara terkenal untuk mengungkap betapa sesatnya ide ini. Dia membayangkan seekor kucing dalam kotak tertutup disertai dengan botol racun yang ditempelkan pada palu.

Palu dihubungkan ke perangkat yang mengukur keadaan kuantum partikel. Apakah palu menghancurkan botol dan membunuh kucing bergantung pada pengukuran itu, tetapi fisika kuantum mengatakan bahwa sampai pengukuran seperti itu dilakukan, partikel secara bersamaan berada di kedua keadaan, yang berarti botolnya rusak dan tidak terputus dan kucingnya hidup dan mati.

Gambaran seperti itu tidak dapat didamaikan dengan struktur ruang-waktu yang mulus dan berkesinambungan. “Medan gravitasi tidak bisa berada di dua tempat sekaligus,” kata Sabine Hossenfelder, fisikawan teoretis di Institut Frankfurt untuk Studi Lanjutan . Menurut Einstein, ruang-waktu dibelokkan oleh materi dan energi, tetapi fisika kuantum mengatakan materi dan energi ada di beberapa keadaan secara bersamaan — mereka bisa berada di sini dan di sana. “Jadi di mana medan gravitasi?” tanya Hossenfelder. “Tidak ada yang punya jawaban untuk pertanyaan itu. Agak memalukan,” katanya.

Coba dan gunakan relativitas umum dan teori kuantum bersama-sama, dan itu tidak berhasil. “Di atas energi tertentu, Anda mendapatkan probabilitas yang lebih besar dari satu,” kata Hossenfelder. Salah satunya adalah kemungkinan tertinggi itu berarti suatu hasil pasti. Anda tidak bisa lebih yakin daripada pasti. Demikian pula, perhitungan terkadang memberi Anda jawaban tak terhingga, yang tidak memiliki makna fisik yang nyata.

Oleh karena itu, kedua teori tersebut secara matematis tidak konsisten. Jadi, seperti banyak raja sepanjang sejarah, fisikawan mencari perkawinan antara faksi-faksi yang bersaing untuk mengamankan perdamaian. Mereka sedang mencari teori gravitasi kuantum latihan diplomatik pamungkas untuk membuat kedua rival ini berbagi takhta. Ini telah melihat para ahli teori beralih ke beberapa kemungkinan aneh.

Bisa dibilang yang paling terkenal adalah teori string. Ini adalah gagasan bahwa partikel sub-atom seperti elektron dan quark terbuat dari string bergetar kecil. Sama seperti Anda dapat memainkan senar pada alat musik untuk membuat nada yang berbeda, ahli teori senar berpendapat bahwa kombinasi senar yang berbeda menciptakan partikel yang berbeda. Daya tarik dari teori ini adalah bahwa ia dapat mendamaikan relativitas umum dan fisika kuantum, setidaknya di atas kertas.

Namun, untuk menarik kelinci itu keluar dari topi, senar harus bergetar melintasi sebelas dimensi tujuh lebih banyak daripada empat di struktur ruang-waktu Einstein. Belum ada bukti eksperimental bahwa dimensi ekstra ini benar-benar ada. “Ini mungkin matematika yang menarik, tetapi apakah itu menggambarkan ruang-waktu di mana kita hidup, kita tidak benar-benar tahu sampai ada eksperimen,” kata Jorma Louko dari Universitas Nottingham .

Sebagian terinspirasi oleh kegagalan teori string yang dirasakan, fisikawan lain telah beralih ke alternatif yang disebut Loop quantum gravity (LQG) . Mereka bisa mendapatkan dua teori untuk bermain dengan baik jika mereka menghilangkan salah satu prinsip utama relativitas umum: Bahwa ruang-waktu adalah kain yang halus dan berkelanjutan.

Sebaliknya, mereka berpendapat, ruang-waktu terdiri dari serangkaian loop yang terjalin — yang memiliki struktur pada skala ukuran terkecil. Ini agak seperti panjang kain. Sepintas terlihat seperti satu kain halus. Namun, perhatikan baik-baik, dan Anda akan melihat bahwa itu benar-benar terbuat dari jaringan jahitan. Atau, anggap saja seperti foto di layar komputer: Perbesar, dan Anda akan melihat bahwa itu benar-benar terbuat dari piksel individu.

Masalahnya adalah ketika fisikawan LQG mengatakan kecil, artinya sangat kecil. Cacat dalam ruang-waktu ini hanya akan terlihat pada tingkat skala Planck—sekitar sepertriliun dari sepertriliun meter. Itu sangat kecil sehingga akan ada lebih banyak loop dalam satu sentimeter kubik ruang daripada sentimeter kubik di seluruh alam semesta yang dapat diamati. “Jika ruang-waktu hanya berbeda pada skala Planck, maka ini akan sulit untuk diuji di akselerator partikel mana pun,” kata Louko. Anda membutuhkan atom smasher yang 1.000 triliun kali lebih kuat daripada Large Hadron Collider (LHC) di CERN. Lalu, bagaimana Anda bisa mendeteksi cacat ruang-waktu sekecil itu? Jawabannya adalah dengan melihat melintasi area yang luas.

Cahaya yang tiba di sini dari jangkauan terjauh alam semesta telah melakukan perjalanan melalui ruang-waktu miliaran tahun cahaya di sepanjang jalan. Sementara efek dari setiap cacat ruang-waktu akan kecil, interaksi jarak jauh dengan banyak cacat mungkin menambah efek yang berpotensi diamati. Selama dekade terakhir, para astronom telah menggunakan cahaya dari Gamma Ray Burstsuntuk mencari bukti yang mendukung LQG.

Kilatan kosmik ini adalah hasil dari bintang masif yang runtuh di akhir hidupnya, dan ada sesuatu tentang ledakan jauh yang saat ini tidak dapat kami jelaskan. “Spektrum mereka memiliki distorsi sistematis,” kata Hossenfelder, tetapi tidak ada yang tahu apakah itu sesuatu yang terjadi dalam perjalanan ke sini atau apakah itu ada hubungannya dengan sumber ledakan itu sendiri. Juri masih keluar.

Untuk membuat kemajuan, kita mungkin harus melangkah lebih jauh daripada mengatakan ruang-waktu bukanlah hal yang mulus dan berkelanjutan yang disarankan Einstein. Menurut Einstein, ruang-waktu seperti panggung yang tetap di tempatnya, terlepas dari apakah para aktor menginjak papannya atau tidak —bahkan jika tidak ada bintang atau planet yang menari-nari, ruang-waktu akan tetap ada.

Namun, fisikawan Laurent Freidel, Robert Leigh, dan Djordje Minic berpikir bahwa gambaran ini menahan kita. Mereka percaya ruang-waktu tidak ada secara independen dari objek di dalamnya. Ruang-waktu ditentukan oleh cara objek berinteraksi. Itu akan membuat ruang-waktu menjadi artefak dari dunia kuantum itu sendiri, bukan sesuatu yang bisa digabungkan dengannya. “Ini mungkin terdengar aneh,” kata Minic, “tetapi ini adalah cara yang sangat tepat untuk mendekati masalah.”

Daya tarik teori ini — disebut ruang-waktu modular — adalah bahwa teori itu mungkin membantu memecahkan masalah lama lain dalam fisika teoretis mengenai sesuatu yang disebut lokalitas, dan fenomena terkenal dalam fisika kuantum yang disebut keterjeratan. Fisikawan dapat mengatur situasi di mana mereka menyatukan dua partikel dan menghubungkan sifat kuantumnya.

Mereka kemudian memisahkan mereka dengan jarak yang jauh dan menemukan bahwa mereka masih terhubung. Mengubah sifat satu dan yang lain akan berubah seketika, seolah-olah informasi telah berpindah dari satu ke yang lain lebih cepat dari kecepatan cahaya yang melanggar relativitas langsung. Einstein sangat terganggu oleh fenomena ini sehingga dia menyebutnya ‘aksi seram di kejauhan’.

Teori ruang-waktu modular dapat mengakomodasi perilaku seperti itu dengan mendefinisikan ulang apa artinya dipisahkan. Jika ruang-waktu muncul dari dunia kuantum, maka menjadi lebih dekat dalam arti kuantum lebih mendasar daripada dekat dalam arti fisik. “Pengamat yang berbeda akan memiliki pengertian yang berbeda tentang lokalitas,” kata Minic, “itu tergantung pada konteksnya.”

Ini sedikit seperti hubungan kita dengan orang lain. Kita bisa merasa lebih dekat dengan orang yang dicintai jauh dari pada orang asing yang tinggal di ujung jalan. “Anda dapat memiliki koneksi non-lokal ini selama mereka cukup kecil,” kata Hossenfelder.

Freidel, Leigh, dan Minic telah mengerjakan ide mereka selama lima tahun terakhir, dan mereka yakin mereka perlahan membuat kemajuan. “Kami ingin menjadi konservatif dan mengambil langkah demi langkah,” kata Minic, “tetapi ini menggiurkan dan menggairahkan”.

Baca Juga : Logika dan Filsafat Matematika

Ini tentu saja merupakan pendekatan baru, yang terlihat untuk “menggravitasi” dunia kuantum daripada mengkuantisasi gravitasi seperti di LQG. Namun seperti halnya teori ilmiah lainnya, teori itu perlu diuji. Saat ini ketiganya sedang mengerjakan bagaimana menyesuaikan waktu dengan model mereka.

Ini semua mungkin terdengar sangat esoterik, sesuatu yang hanya diperhatikan oleh akademisi, tetapi itu bisa memiliki efek yang lebih mendalam pada kehidupan kita sehari-hari. “Kita duduk di luar angkasa, kita melakukan perjalanan melalui waktu, dan jika sesuatu berubah dalam pemahaman kita tentang ruang-waktu, ini akan berdampak tidak hanya pada pemahaman kita tentang gravitasi, tetapi juga teori kuantum secara umum,” kata Hossenfelder. “Semua perangkat kita saat ini hanya berfungsi karena teori kuantum. Jika kita memahami struktur kuantum ruang-waktu dengan lebih baik, itu akan berdampak pada teknologi masa depan mungkin tidak dalam 50 atau 100 tahun, tetapi mungkin dalam 200 tahun,” katanya.

Raja saat ini semakin gigih, dan penipu baru sudah lama tertunda, tetapi kami tidak dapat memutuskan mana dari banyak opsi yang paling mungkin berhasil. Ketika kita melakukannya, revolusi yang dihasilkan dapat membuahkan hasil tidak hanya untuk fisika teoretis, tetapi untuk semua.