Kredit gambar: NASA / JPL
Cepat atau lambat, pemerintahan Einstein, seperti pemerintahan Newton sebelum dia, akan berakhir. Pergolakan di dunia fisika yang akan menggulingkan gagasan kita tentang realitas dasar tidak bisa dihindari, sebagian besar ilmuwan percaya, dan saat ini sedang terjadi pacuan kuda di antara sejumlah teori yang bersaing untuk menjadi penerus takhta.
Dalam menjalankannya adalah ide-ide yang membengkokkan pikiran seperti alam semesta 11-dimensi, “konstanta” universal (seperti kekuatan gravitasi) yang bervariasi pada ruang dan waktu dan hanya tetap benar-benar tetap dalam dimensi 5 yang tak terlihat, string bergetar sangat kecil seperti konstituen fundamental dari realitas, dan jalinan ruang dan waktu yang tidak mulus dan kontinu, seperti yang diyakini Einstein, tetapi dibagi menjadi potongan-potongan terpisah yang tidak dapat dibagi ukurannya yang semakin kecil. Eksperimen pada akhirnya akan menentukan kemenangan mana.
Sebuah konsep baru untuk percobaan untuk menguji prediksi relativitas Einstein lebih tepatnya daripada sebelumnya sedang dikembangkan oleh para ilmuwan di Jet Propulsion Laboratory (JPL) NASA. Misi mereka, yang secara efektif menggunakan tata surya kita sebagai laboratorium raksasa, akan membantu mempersempit bidang teori yang berlomba-lomba dan membawa kita selangkah lebih dekat ke revolusi fisika berikutnya.
Sebuah Rumah Terbagi
Ini mungkin tidak terlalu membebani pikiran kebanyakan orang, tetapi perpecahan besar telah lama mengganggu pemahaman mendasar kita tentang alam semesta. Dua cara untuk menjelaskan sifat dan perilaku ruang, waktu, materi, dan energi saat ini ada: Relativitas Einstein dan "model standar" mekanika kuantum. Keduanya sangat sukses. Global Positioning System (GPS), misalnya, tidak akan mungkin terjadi tanpa teori relativitas. Komputer, telekomunikasi, dan Internet, sementara itu, adalah spin-off mekanika kuantum.
Tetapi kedua teori itu seperti bahasa yang berbeda, dan belum ada yang yakin bagaimana menerjemahkannya. Relativitas menjelaskan gravitasi dan gerak dengan menyatukan ruang dan waktu menjadi kain realitas 4 dimensi, dinamis, dan elastis yang disebut ruang-waktu, yang dibengkokkan dan dilengkungkan oleh energi yang dikandungnya. (Massa adalah salah satu bentuk energi, sehingga ia menciptakan gravitasi dengan membengkokkan ruang-waktu.) Di sisi lain, mekanika kuantum mengasumsikan bahwa ruang dan waktu membentuk "panggung" datar yang tidak berubah di mana drama beberapa keluarga partikel terbentang. . Partikel-partikel ini dapat bergerak maju dan mundur dalam waktu (sesuatu relativitas tidak memungkinkan), dan interaksi antara partikel-partikel ini menjelaskan kekuatan dasar alam - dengan pengecualian gravitasi yang mencolok.
Kebuntuan antara kedua teori ini telah berlangsung selama beberapa dekade. Kebanyakan ilmuwan berasumsi bahwa entah bagaimana, pada akhirnya, teori pemersatu akan dikembangkan yang merangkum keduanya, menunjukkan bagaimana kebenaran yang mereka miliki masing-masing dapat ditampung dengan rapi dalam satu kerangka kerja realitas yang mencakup segalanya. "Teori Segalanya" seperti itu akan sangat memengaruhi pengetahuan kita tentang kelahiran, evolusi, dan nasib alam semesta pada akhirnya.
Slava Turyshev, seorang ilmuwan di JPL, dan rekan-rekannya telah memikirkan cara untuk menggunakan Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS) dan dua satelit mini yang mengorbit di ujung matahari untuk menguji teori relativitas dengan akurasi yang belum pernah terjadi sebelumnya. Konsep mereka, yang dikembangkan sebagian melalui pendanaan dari Kantor Riset Biologi dan Fisika NASA, akan sangat sensitif sehingga dapat mengungkapkan kelemahan dalam teori Einstein, sehingga memberikan data keras pertama yang diperlukan untuk membedakan mana dari Teori Semua yang bersaing yang setuju dengan kenyataan dan yang hanyalah pekerjaan kapur mewah.
Percobaan, yang disebut Laser Astrometric Test Of Relativity (LATOR), akan melihat bagaimana gravitasi matahari membelokkan berkas sinar laser yang dipancarkan oleh dua satelit mini. Gravitasi membengkokkan jalur cahaya karena ia melengkungkan ruang yang dilalui cahaya. Analogi standar untuk lengkungan ruang-waktu oleh gravitasi ini adalah membayangkan ruang sebagai lembaran karet datar yang membentang di bawah berat benda-benda seperti matahari. Depresi pada lembaran itu akan menyebabkan suatu benda (bahkan partikel cahaya tanpa massa) yang melintas di dekat matahari berubah sedikit seiring berjalannya waktu.
Faktanya, dengan mengukur lengkungan cahaya bintang oleh matahari selama gerhana matahari pada tahun 1919, Sir Arthur Eddington pertama kali menguji teori relativitas umum Einstein. Dalam istilah kosmik, gravitasi matahari cukup lemah; jalur seberkas cahaya yang menembus tepi matahari hanya akan ditekuk sekitar 1,75 detik busur (satu detik busur adalah 1/3600 derajat). Dalam batas-batas keakuratan peralatan pengukurannya, Eddington menunjukkan bahwa cahaya bintang memang membengkokkan jumlah ini - dan dalam melakukannya secara efektif memakzulkan Newton.
LATOR akan mengukur defleksi ini dengan satu miliar (109) kali ketepatan eksperimen Eddington dan 30.000 kali ketepatan pemegang rekor saat ini: pengukuran kebetulan menggunakan sinyal dari pesawat ruang angkasa Cassini dalam perjalanannya menjelajahi Saturnus.
"Saya pikir [LATOR] akan menjadi kemajuan yang cukup penting bagi fisika fundamental," kata Clifford Will, seorang profesor fisika di Universitas Washington yang telah memberikan kontribusi besar pada fisika pasca-Newtonian dan tidak terlibat langsung dengan LATOR. "Kita harus terus berusaha menekan untuk lebih akurat dalam menguji relativitas umum, hanya karena segala bentuk penyimpangan akan berarti bahwa ada fisika baru yang tidak kita sadari sebelumnya."
Laboratorium surya
Percobaan akan bekerja seperti ini: Dua satelit kecil, masing-masing selebar sekitar satu meter, akan diluncurkan ke orbit yang mengelilingi matahari pada jarak yang kira-kira sama dengan Bumi. Pasangan satelit mini ini akan mengorbit lebih lambat dari Bumi, jadi sekitar 17 bulan setelah diluncurkan, satelit mini dan Bumi akan berada di sisi berlawanan dari matahari. Meskipun kedua satelit akan berjarak sekitar 5 juta km, sudut di antara mereka yang dilihat dari Bumi akan kecil, hanya sekitar 1 derajat. Bersama-sama, dua satelit dan Bumi akan membentuk segitiga kurus, dengan sinar laser di sisinya, dan salah satu dari sinar itu melintas dekat matahari.
Turyshev berencana untuk mengukur sudut antara dua satelit menggunakan interferometer yang dipasang pada ISS. Interferometer adalah perangkat yang menangkap dan menggabungkan sinar cahaya. Dengan mengukur bagaimana gelombang cahaya dari dua satelit mini "saling mengganggu", interferometer dapat mengukur sudut antara satelit dengan presisi luar biasa: sekitar 10 miliar detik dari detik busur, atau 0,01? Sebagai (mikro-detik busur). Ketika ketepatan bagian-bagian lain dari desain LATOR dipertimbangkan, ini memberikan akurasi keseluruhan untuk mengukur seberapa besar gravitasi membengkokkan sinar laser sekitar 0,02 as untuk pengukuran tunggal.
“Menggunakan ISS memberi kita beberapa keuntungan,” Turyshev menjelaskan. "Untuk satu, itu di atas distorsi atmosfer Bumi, dan itu juga cukup besar untuk membiarkan kami menempatkan dua lensa interferometer terpisah (satu lensa di setiap ujung rangka panel surya), yang meningkatkan resolusi dan akurasi dari hasil. "
Ketelitian 0,02 as sebagai akurasi LATOR cukup baik untuk mengungkapkan penyimpangan dari relativitas Einstein yang diprediksi oleh Theories of Everything yang bercita-cita tinggi, yang berkisar antara sekitar 0,5 hingga 35?. Kesepakatan dengan pengukuran LATOR akan menjadi dorongan besar bagi teori-teori ini. Tetapi jika tidak ada penyimpangan dari Einstein ditemukan bahkan oleh LATOR, sebagian besar pesaing saat ini - bersama dengan 11 dimensi mereka, ruang Pixellated, dan konstanta tidak konstan - akan menderita pukulan fatal dan "meneruskan" ke tumpukan perpustakaan berdebu besar di langit. .
Karena misi hanya membutuhkan teknologi yang ada, Turyshev mengatakan LATOR bisa siap untuk terbang secepat 2009 atau 2010. Jadi mungkin tidak terlalu lama sebelum kebuntuan dalam fisika rusak dan teori gravitasi, ruang, dan waktu yang baru membutuhkan takhta.
Sumber Asli: NASA / Science Story
