Salah satu kandidat utama untuk teori segalanya adalah teori string atau versinya yang lebih umum, teori-M. Tapi itu membuat satu prediksi yang hampir tidak bisa kita verifikasi - dimensi tersembunyi dan padat.
Teori string tidak hanya mencoba menggabungkan mekanika kuantum dengan Relativitas Umum, tetapi juga menjelaskan spektrum partikel dan gaya yang diamati di alam. Dalam rumusan terbaru dari teori - teori matriks - terdapat 11 dimensi. Para pendukungnya dihadapkan pada salah satu masalah terbesar dari teori string - menjelaskan bagaimana dimensi ekstra "dipadatkan", yang membuatnya tidak mungkin untuk diamati di dunia empat dimensi kita. Pemadatan juga menjelaskan sifat-sifat paling menarik dari teori tersebut.
Teori string menyatakan bahwa dunia terdiri dari string bergetar yang sangat kecil dalam ruang-waktu sepuluh dimensi. Pada tahun 1995, selama revolusi superstring kedua, Edward Witten mengajukan teori-M yang menggabungkan kelima jenis teori string yang berbeda. Ini adalah teori 11 dimensi yang mencakup supergravitasi. Tidak ada jawaban tunggal di antara para ilmuwan tentang apa arti "M" dalam nama, tetapi banyak ahli teori setuju bahwa huruf ini berarti "membran", karena teori tersebut mengandung permukaan bergetar dari beberapa dimensi yang berbeda. Teori-M tidak memiliki persamaan gerak yang tepat, tetapi pada tahun 1996 Tom Banks dari Universitas Rutgers dan rekan-rekannya mengajukan deskripsi sebagai "teori matriks" yang variabel dasarnya adalah matriks.
Memadatkan teori 11-dimensi ini menjadi empat perubahan tidaklah mudah. Memadatkan secara harfiah berarti "menggulung" dimensi ekstra dari sebuah teori ke dimensi yang sangat kecil. Misalnya, untuk melipat dua dimensi, ambil donat - atau torus (permukaan dua dimensi) - dan remas menjadi lingkaran atau lingkaran dengan potongan melintang kecil, lalu tekan lingkaran itu ke suatu titik. Tanpa probe yang cukup sensitif yang dapat mendaftarkan pengukuran "squeezed", loop ini terlihat satu dimensi, sedangkan titiknya adalah dimensi nol. Dalam teori-M, diasumsikan bahwa kita berbicara tentang ukuran urutan 10-33 sentimeter, yang, pada gilirannya, sama sekali tidak dapat didaftarkan pada peralatan modern. Ternyata setelah pemadatan tujuh dimensi, dunia di sekitar kita tampak empat dimensi.
Edward Witten / Majalah Quanta / Jean Sweep.
Tapi apakah dimensi itu sendiri? Secara intuitif, tampaknya setiap dimensi adalah arah independen di mana kita (atau objek apa pun) dapat bergerak. Jadi ternyata kita hidup dalam tiga dimensi spasial - "maju-mundur", "kiri-kanan" dan "atas-bawah" - dan satu waktu - "masa lalu-masa depan". Secara umum, ini empat dimensi. Tapi persepsi kita tentang dimensi sangat terikat dengan skala.
Bayangkan Anda sedang menyaksikan sebuah kapal berlayar dari kejauhan menuju pelabuhan. Pada awalnya, ini terlihat seperti titik nol di cakrawala. Setelah beberapa saat Anda menyadari bahwa ia memiliki tiang yang mengarah ke langit: sekarang terlihat seperti garis satu dimensi. Kemudian Anda melihat layarnya - dan objek tersebut terlihat sudah dua dimensi. Saat kapal semakin dekat ke dermaga, Anda akhirnya menyadari bahwa kapal itu memiliki dek yang panjang - dimensi ketiga.
Tidak ada yang aneh dalam hal ini, selain fakta bahwa donat, yang diperkecil menjadi ukuran yang luar biasa, tampak seperti titik nol dimensi. Intinya adalah kita tidak dapat menentukan pengukuran dari jarak jauh. Ini secara logis mengarah pada apa yang dijelaskan di atas: mungkin ada dimensi lain, tetapi ukurannya sangat kecil sehingga kita tidak melihatnya.
Video promosi:
Mari kembali ke pemadatan pengukuran. Bayangkan Anda adalah seekor tupai yang hidup di batang pohon yang panjangnya tak terhingga. Dengan satu atau lain cara, batang pohon adalah silinder. Anda dapat bergerak dalam dua arah yang berbeda - "bersama" dan "berkeliling". Begitu bosan, Anda pindah ke pohon dengan batang yang lebih tipis, yang lingkarnya jauh lebih kecil. Sekarang dimensi 'sekitar' Anda jauh lebih kecil dari sebelumnya. Anda hanya perlu dua langkah untuk melewati laras sepenuhnya. Anda melompat ke pohon yang lebih tipis. Sekarang, dalam satu langkah, Anda membungkus laras seratus kali! Dimensi "sekitar" menjadi terlalu kecil untuk Anda perhatikan. Semakin tipis batang pohon, semakin banyak dimensi dunia Anda direduksi menjadi satu.
Semakin kecil pohon tempat tupai melompat, semakin kecil dimensi "sekeliling" tempat ia dapat bergerak dan dapat dilihat / WhyStringTheory.com
Inilah yang terjadi dalam teori string dengan enam (tujuh untuk teori-M) dimensi tambahan. Setiap kali Anda menggerakkan tangan di angkasa, Anda membalikkan dimensi tersembunyi berkali-kali.
Seperti disebutkan di atas, dimensi pengukuran yang dipadatkan berada pada urutan 10-33 sentimeter, yang sebanding dengan panjang Planck (1,6x10-33 sentimeter). Perlu dicatat bahwa kecil kemungkinannya dalam waktu dekat kami akan memiliki kesempatan untuk mendaftarkan mereka secara eksperimental secara langsung. Namun demikian, para ilmuwan berharap untuk beberapa tes, yang hasilnya, bagaimanapun, sangat bergantung pada kombinasi keadaan yang berhasil.
Bentuk dan ukuran senar sangat penting untuk mensimulasikan getaran dan interaksinya. Anda perlu memahami bagaimana mereka memutar di sekitar enam dimensi yang melengkung. Struktur permukaan yang tepat yang dibentuk oleh pemadatan mengubah fisika yang digerakkan oleh string.
Ada beberapa cara agar dimensi ekstra dapat dilipat menjadi ruang sekecil itu. Namun, belum diketahui metode mana yang akhirnya mengarah pada fisika tradisional.
Banyak upaya telah dilakukan di masa lalu untuk memadatkan teori matriks menggunakan toroid enam dimensi, tetapi tidak ada hasil. Tidak ada yang mengira bahwa masalah pemadatan yang seharusnya lebih sulit dengan lipatan Calabi-Yau akan memberikan solusi yang bisa diterapkan untuk teori kerja. Pemadatan dimensi dengan manifold Calabi-Yau menghindari beberapa komplikasi teori matriks.
Penelitian saat ini dalam teori string lebih banyak tentang manifold Calabi-Yau. Ini tentunya merupakan kelompok pemadatan yang menjanjikan, tetapi masih belum ada jawaban yang jelas, dan jumlah lipatan yang ditemukan telah meningkat menjadi 10 (pangkat 500), seperti yang ditunjukkan oleh salah satu ahli teori string Brian Green baru-baru ini dalam podcast oleh Sean Carroll.
Lipatan Calabi enam dimensi - Yau / Vimeo / Graphene.
Para ahli teori string masih jauh dari pemahaman yang jelas dan tidak ambigu tentang apakah teori-M benar-benar menggambarkan dunia pada skala terkecil. Namun, seperti yang dicatat oleh Edward Witten: "Sungguh menakjubkan bagaimana Anda dapat membangun teori yang mencakup gravitasi, tetapi yang pada awalnya hanya didasarkan pada teori pengukur."
Teori string adalah alat matematika yang kompleks. Seperti yang ditunjukkan Clifford Johnson dan Brian Greene dalam wawancara majalah kami, sulit untuk mengatakan bahwa teori ini benar-benar menggambarkan kenyataan. Tetapi bahkan jika ternyata tidak ada hubungannya dengan kenyataan, maka itu pasti akan menjadi langkah penting menuju sesuatu yang lebih besar - menuju teori yang menggambarkan alam semesta dengan lebih akurat dan lebih elegan daripada apapun yang kita ketahui sebelumnya.
Vladimir Guillen
