Apakah alam semesta awal hanya memiliki satu dimensi spasial? Itulah konsep yang membingungkan di jantung teori yang diajukan ahli fisika Dejan Stojkovic dari Universitas di Buffalo dan rekannya pada 2010. Mereka menyarankan bahwa alam semesta awal - yang meledak dari satu titik dan sangat, sangat kecil pada awalnya - adalah satu dimensi (seperti garis lurus) sebelum meluas hingga mencakup dua dimensi (seperti pesawat) dan kemudian tiga (seperti dunia tempat kita hidup sekarang).
Teorinya, jika valid, akan membahas masalah-masalah penting dalam fisika partikel.
Sekarang, dalam sebuah makalah baru dalam Physical Review Letters, fisikawan Stojkovic dan Loyola Marymount University Jonas Mureika menggambarkan tes yang dapat membuktikan atau menyangkal hipotesis "dimensi lenyap".
Karena memerlukan waktu bagi cahaya dan gelombang lainnya untuk melakukan perjalanan ke Bumi, teleskop yang mengintip ke luar angkasa pada dasarnya dapat melihat ke belakang saat mereka menyelidiki jangkauan luar alam semesta.
Gelombang gravitasi tidak dapat eksis dalam ruang satu atau dua dimensi. Jadi Stojkovic dan Mureika beralasan bahwa Laser Interferometer Space Antenna (LISA), sebuah observatorium gravitasi internasional terencana, tidak boleh mendeteksi gelombang gravitasi apa pun yang berasal dari zaman dimensi bawah jagat raya awal.
Stojkovic, asisten profesor fisika, mengatakan teori dimensi yang berkembang mewakili perubahan radikal dari cara kita berpikir tentang kosmos - tentang bagaimana jagat raya kita terbentuk.
Gagasan intinya adalah bahwa dimensi ruang tergantung pada ukuran ruang yang kita amati, dengan ruang yang lebih kecil yang terkait dengan dimensi yang lebih sedikit. Itu berarti bahwa dimensi keempat akan terbuka - jika belum - karena alam semesta terus berkembang.
Teori ini juga menunjukkan bahwa ruang memiliki dimensi yang lebih sedikit pada energi yang sangat tinggi dari jenis yang terkait dengan alam semesta awal dan sesudah ledakan besar.
Jika Stojkovic dan rekan-rekannya benar, mereka akan membantu mengatasi masalah mendasar dengan model standar fisika partikel, termasuk yang berikut:
Ketidakcocokan antara mekanika kuantum dan relativitas umum. Mekanika kuantum dan relativitas umum adalah kerangka matematika yang menggambarkan fisika alam semesta. Mekanika kuantum pandai mendeskripsikan alam semesta pada skala yang sangat kecil, sementara relativitas pandai menggambarkan alam semesta pada skala besar. Saat ini, kedua teori tersebut dianggap tidak sesuai; tetapi jika alam semesta, pada tingkat terkecilnya, memiliki dimensi yang lebih sedikit, perbedaan matematis antara dua kerangka kerja akan hilang.
Fisikawan telah mengamati bahwa perluasan alam semesta semakin cepat, dan mereka tidak tahu mengapa. Penambahan dimensi baru saat alam semesta tumbuh akan menjelaskan percepatan ini. (Stojkovic mengatakan dimensi keempat mungkin sudah terbuka pada skala kosmologis yang besar.)
Model standar fisika partikel memprediksi keberadaan partikel elementer yang belum ditemukan yang disebut Higgs boson. Untuk persamaan dalam model standar untuk secara akurat menggambarkan fisika yang diamati dari dunia nyata, bagaimanapun, peneliti harus secara artifisial menyesuaikan massa boson Higgs untuk interaksi antara partikel yang terjadi pada energi tinggi. Jika ruang memiliki dimensi lebih sedikit pada energi tinggi, kebutuhan untuk "penyetelan" semacam ini menghilang.
"Apa yang kami usulkan di sini adalah perubahan paradigma," kata Stojkovic. "Fisikawan telah bergumul dengan masalah yang sama selama 10, 20, 30 tahun, dan perluasan langsung dari ide-ide yang ada tidak mungkin untuk menyelesaikannya."
“Kita harus memperhitungkan kemungkinan bahwa ada sesuatu yang secara sistematis salah dengan ide-ide kita,” lanjutnya. "Kami membutuhkan sesuatu yang radikal dan baru, dan ini adalah sesuatu yang radikal dan baru."
Karena rencana penyebaran LISA masih bertahun-tahun lagi, mungkin perlu waktu lama sebelum Stojkovic dan rekan-rekannya dapat menguji ide-ide mereka dengan cara ini.
Namun, beberapa bukti eksperimental sudah menunjukkan kemungkinan adanya ruang dimensi rendah.
Secara khusus, para ilmuwan telah mengamati bahwa fluks energi utama partikel sinar kosmik dengan energi melebihi 1 teraelectron volt - jenis energi tinggi yang terkait dengan alam semesta sangat awal - diselaraskan di sepanjang bidang dua dimensi.
Jika energi tinggi benar-benar sesuai dengan ruang dimensi rendah, seperti yang diusulkan oleh teori "dimensi menghilang", para peneliti yang bekerja dengan akselerator partikel Large Hadron Collider di Eropa akan melihat hamburan planar pada energi tersebut.
Stojkovic mengatakan pengamatan terhadap peristiwa semacam itu akan menjadi "ujian yang sangat menarik dan independen dari ide-ide yang kami usulkan."
Sumber: EurekAlert, Surat Tinjauan Fisik.
