Apakah realitas fundamental kita berkelanjutan atau dicincang menjadi potongan-potongan kecil yang terpisah?
Ditanya dengan cara lain, apakah ruang-waktu itu halus atau tebal? Pertanyaan itu memotong ke jantung teori fisika yang paling mendasar, menghubungkan bersama cara ruang dan waktu bersinggungan dengan materi keberadaan kita sehari-hari.
Namun, secara eksperimental menguji sifat ruang dan waktu tidak mungkin, karena energi ekstrem yang diperlukan untuk menyelidiki skala sekecil itu di alam semesta.. Itu - sampai sekarang. Sebuah tim astronom telah mengusulkan rencana baru yang ambisius untuk menggunakan armada pesawat ruang angkasa kecil untuk mendeteksi perubahan halus dalam kecepatan cahaya, ciri khas dari beberapa teori kosmos yang paling melegakan. Jika ruang dan waktu memang dipecah menjadi bagian-bagian kecil, penelitian dapat membuka jalan bagi pemahaman realitas yang sama sekali baru.
Chunky vs halus
Pertanyaan "apa itu ruang dan waktu?" kembali ribuan tahun, dan pemahaman modern kita bersandar pada dua pilar aneh yang tidak sesuai: mekanika kuantum dan teori relativitas umum Einstein.
Dalam relativitas umum, ruang dan waktu dijalin bersama menjadi satu kesatuan kain ruang waktu, tahap empat dimensi yang menopang alam semesta kita. Ruang-waktu ini kontinu, yang berarti tidak ada celah di mana pun; itu semua teksturnya halus. Ruang-waktu bukan hanya sebuah platform bagi kita untuk bertindak sebagai bagian kita; itu juga pemain: Membengkokkan dan membelokkan ruang-waktu memberi kita pengalaman gravitasi.
Di sudut yang berlawanan, seperangkat aturan yang disebut mekanika kuantum mengatur interaksi hal-hal yang sangat kecil di alam semesta. Mekanika kuantum bertumpu pada gagasan bahwa tidak banyak dari pengalaman kita sehari-hari yang halus dan berkelanjutan, tetapi chunky. Dengan kata lain, ini terkuantisasi. Energi, momentum, putaran, dan begitu banyak sifat materi lainnya datang hanya dalam paket kecil yang terpisah.
Terlebih lagi, mekanika kuantum itu sendiri juga membagi dirinya menjadi dua kubu. Di satu sisi, kita memiliki partikel akrab dari keberadaan kita sehari-hari, seperti elektron dan proton, yang berinteraksi dan melakukan hal-hal menarik lainnya. Ini jelas sangat chunky, karena mereka "hal-hal." Di sisi lain, kita memiliki bidang kuantum. Di dunia subatomik, setiap jenis partikel memiliki bidangnya sendiri yang menyebar ke seluruh ruang-waktu; ketika kita memikirkan partikel, kita memikirkan getaran kecil di bidangnya, yang pada gilirannya berinteraksi dengan partikel lain, dan melakukan beberapa hal menarik lainnya. Dapat dimengerti bahwa bidangnya sangat halus.
Sedikit waktu dan ruang
Jadi, kita memiliki beberapa gambar halus dari alam semesta kita dan beberapa yang tebal. Ketika datang ke ruang-waktu itu sendiri, kita dapat dengan mudah membayangkan memperluas konsep mekanika kuantum sampai pada kesimpulan logisnya, dan mengatur bahwa ruang dan waktu terpisah: Bahan dasar realitas terbagi seperti piksel pada layar komputer , dan apa yang kita alami sebagai gerakan yang mulus dan terus-menerus tidak lain adalah kisi-kisi piksel tersendiri pada skala terkecil.
Banyak teori yang menggabungkan bersama mekanika kuantum dan relativitas umum, seperti teori string dan gravitasi quantum loop, memprediksi beberapa bentuk ruang-waktu yang terpisah (meskipun prediksi, interpretasi, dan implikasi yang tepat dari kekonyolan itu masih kurang dipahami). Jika kita dapat menemukan bukti untuk ruang-waktu yang terpisah, itu tidak hanya akan sepenuhnya menulis ulang pemahaman kita tentang realitas, tetapi juga membuka pintu bagi revolusi dalam fisika.
Kelonggaran ini hanya dapat mengungkapkan dirinya dengan cara yang paling halus; kalau tidak kita akan melihatnya sekarang. Berbagai teori telah meramalkan bahwa jika ruang-waktu memang chunky, maka kecepatan cahaya mungkin tidak sepenuhnya konstan - mungkin sedikit berubah tergantung pada energi cahaya itu. Cahaya energi yang lebih tinggi memiliki panjang gelombang yang lebih pendek, dan ketika panjang gelombang menjadi cukup kecil, ia dapat "melihat" chunkiness ruangwaktu. Bayangkan berjalan di trotoar: dengan kaki besar Anda tidak melihat ada celah atau gundukan kecil, tetapi jika Anda memiliki kaki mikroskopis Anda akan tersandung setiap ketidaksempurnaan kecil, memperlambat Anda. Tetapi perubahan ini sangat kecil; jika ruang-waktu terpisah, itu dalam skala lebih dari satu miliar kali lebih kecil dari apa yang saat ini dapat kita selidiki dalam eksperimen kita yang paling kuat.
Sebuah pencarian untuk grail
Memasukkan GrailQuest: Laboratorium Internasional Astronomi Gamma-ray untuk Eksplorasi Kuantum Ruang-Waktu. Sebuah tim astronom mengajukan proposal untuk misi ini sebagai tanggapan atas panggilan untuk ide-ide berburu ruang-waktu baru dari European Space Agency (ESA). Proposal mereka dirinci dalam database arXiv, yang berarti belum ditinjau oleh rekan-rekan di lapangan.
Inilah kabar baiknya: Untuk melihat apakah kecepatan cahaya berubah dengan energi yang berbeda, kita perlu mengumpulkan sejumlah besar cahaya berenergi tertinggi di alam semesta, dan GrailQuest berharap untuk melakukan hal itu.
GrailQuest terdiri dari armada pesawat ruang angkasa kecil dan sederhana (jumlah pastinya bervariasi, dari hanya beberapa lusin jika satelit lebih besar hingga beberapa ribu jika lebih kecil) untuk terus memantau langit dari semburan sinar gamma. Ini adalah beberapa ledakan paling kuat di alam semesta. Seperti namanya, semburan-semburan ini melepaskan sejumlah besar foton berenergi tinggi, seperti sinar gamma. Sinar gamma ini melakukan perjalanan milyaran tahun sebelum mencapai armada pesawat ruang angkasa, yang merekam energi sinar gamma dan perbedaan waktu ketika ledakan menyapu armada.
Dengan akurasi yang cukup, GrailQuest mungkin dapat mengungkapkan jika ruang-waktu terpisah. Paling tidak, ia memiliki pengaturan yang tepat: Ini meneliti cahaya berenergi tertinggi (yang paling terpengaruh dalam teori yang memprediksi bahwa ruang-waktu chunky); sinar gamma telah melakukan perjalanan selama miliaran tahun cahaya (memungkinkan efek menumpuk dari waktu ke waktu); dan pesawat ruang angkasa cukup sederhana untuk diproduksi secara masal (sehingga seluruh armada dapat melihat sebanyak mungkin peristiwa, di seluruh langit).
Bagaimana konsepsi realitas kita akan berubah jika GrailQuest menemukan bukti diskresi ruang-waktu? Mustahil untuk dikatakan - teori kita saat ini ada di peta ketika menyangkut implikasi. Tapi apa pun yang terjadi, kita harus menunggu. Ronde proposal ESA ini untuk peluncuran sekitar 2035 dan 2050. Sementara kita menunggu, kita dapat berdebat jika waktu yang berlalu antara sekarang dan kemudian secara fundamental halus atau tebal.
- 12 Objek Teraneh di Alam Semesta
- Dari Big Bang hingga Present: Snapshots of Our Universe Through Time
- Bilangan Besar Yang Mendefinisikan Semesta
Paul M. Sutter adalah seorang astrofisikawan di Universitas Negeri Ohio, tuan rumah dari Tanya seorang angkasawan dan Radio luar angkasa, dan penulis Tempat Anda di Alam Semesta.
