Eksperimen ilmiah oleh ilmuwan Jerman yang disebut GEO600 untuk mencari gelombang gravitasi, yang telah berlangsung selama tujuh tahun, telah menghasilkan hasil yang tidak terduga, menurut jurnal New Scientist.
Dengan bantuan perangkat khusus - interferometer - fisikawan akan secara ilmiah mengkonfirmasi salah satu kesimpulan teori relativitas Einstein.
Menurut teori ini, ada yang disebut gelombang gravitasi di Semesta - gangguan medan gravitasi, "riak" struktur ruang-waktu.
Berkembang biak dengan kecepatan cahaya, gelombang gravitasi diduga menghasilkan gerakan massa yang tidak merata dari objek astronomi besar: pembentukan atau tabrakan lubang hitam, ledakan supernova, dll.
Sains menjelaskan gelombang gravitasi yang tidak dapat diamati dengan fakta bahwa efek gravitasi lebih lemah daripada efek elektromagnetik. Para ilmuwan, yang memulai eksperimen mereka pada tahun 2002, berharap dapat mendeteksi gelombang gravitasi ini, yang nantinya dapat menjadi sumber informasi berharga tentang apa yang disebut materi gelap, yang pada dasarnya terdiri dari alam semesta kita.
Hingga saat ini, GEO600 belum dapat mendeteksi gelombang gravitasi, namun ternyata para ilmuwan dengan bantuan perangkat tersebut berhasil membuat penemuan terbesar di bidang fisika dalam setengah abad terakhir.
Selama berbulan-bulan, para ahli tidak dapat menjelaskan sifat dari suara aneh yang mengganggu pengoperasian interferometer, hingga tiba-tiba penjelasan diberikan oleh fisikawan dari laboratorium sains Fermilab.
Menurut hipotesis Craig Hogan, aparatus GEO600 bertabrakan dengan batas fundamental kontinum ruang-waktu - titik di mana ruang-waktu tidak lagi menjadi kontinum berkelanjutan yang dijelaskan oleh Einstein, dan hancur menjadi "butiran", seolah-olah sebuah foto yang diperbesar beberapa kali berubah menjadi sekumpulan titik terpisah …
Video promosi:
"Sepertinya GEO600 tersandung pada fluktuasi kuantum mikroskopis ruang-waktu," saran Hogan.
Jika informasi ini tampaknya tidak cukup sensasional bagi Anda, dengarkan lebih lanjut: "Jika GEO600 menemukan apa yang saya asumsikan, itu berarti kita hidup dalam hologram luar angkasa raksasa."
Gagasan bahwa kita hidup dalam hologram mungkin tampak konyol dan tidak masuk akal, tetapi ini hanyalah kelanjutan logis dari pemahaman kita tentang sifat lubang hitam, berdasarkan dasar teoretis yang dapat dibuktikan sepenuhnya.
Anehnya, "teori hologram" secara signifikan membantu fisikawan akhirnya menjelaskan bagaimana alam semesta bekerja pada tingkat fundamental.
Hologram yang kita kenal (seperti, misalnya, pada kartu kredit) diterapkan pada permukaan dua dimensi, yang mulai tampak tiga dimensi ketika seberkas cahaya mengenai itu pada sudut tertentu.
Pada 1990-an, peraih Nobel bidang fisika Gerardt Huft dari Universitas Utrecht (Belanda) dan Leonard Susskind dari Universitas Stanford (AS) menyarankan bahwa prinsip serupa dapat diterapkan pada alam semesta secara keseluruhan. Keberadaan kita sehari-hari sendiri dapat menjadi proyeksi holografik dari proses fisik yang terjadi dalam ruang dua dimensi.
Sangat sulit untuk mempercayai "prinsip holografik" dari struktur Alam Semesta: sulit untuk membayangkan bahwa Anda sedang bangun, menggosok gigi, membaca koran atau menonton TV hanya karena beberapa benda angkasa raksasa bertabrakan satu sama lain di suatu tempat di perbatasan Alam Semesta.
Belum ada yang tahu apa arti “hidup dalam hologram” bagi kita, tetapi fisikawan teoretis memiliki banyak alasan untuk percaya bahwa aspek-aspek tertentu dari prinsip holografik fungsi alam semesta adalah kenyataan.
Kesimpulan para ilmuwan didasarkan pada studi fundamental tentang sifat-sifat lubang hitam, yang dilakukan oleh fisikawan teoretis terkenal Stephen Hawking bersama dengan Roger Penrose.
Pada pertengahan 1970-an, ilmuwan mempelajari hukum fundamental yang mengatur alam semesta dan menunjukkan bahwa dari teori relativitas Einstein mengikuti ruang-waktu yang dimulai pada Big Bang dan berakhir di lubang hitam.
Hasil ini menunjukkan perlunya menggabungkan studi teori relativitas dengan teori kuantum. Salah satu konsekuensi dari kombinasi ini adalah pernyataan bahwa lubang hitam sebenarnya tidak seluruhnya "hitam": pada kenyataannya, mereka memancarkan radiasi yang mengarah pada penguapan bertahap dan lenyap sama sekali.
Maka, muncul sebuah paradoks, yang disebut "paradoks informasi lubang hitam": lubang hitam yang terbentuk kehilangan massanya, memancarkan energi. Ketika lubang hitam menghilang, semua informasi yang diserapnya hilang. Namun, menurut hukum fisika kuantum, informasi tidak bisa hilang sepenuhnya.
Argumen tandingan Hawking: intensitas medan gravitasi lubang hitam tidak dapat dipahami sejauh ini sesuai dengan hukum fisika kuantum. Rekan Hawking, fisikawan Bekenstein, telah mengajukan hipotesis penting yang membantu menyelesaikan paradoks ini.
Dia berhipotesis bahwa lubang hitam memiliki entropi yang sebanding dengan luas permukaan radius kondisionalnya. Ini adalah sejenis area teoretis yang menutupi lubang hitam dan menandai titik tanpa kembalinya materi atau cahaya. Fisikawan teoretis telah membuktikan bahwa fluktuasi kuantum mikroskopis dari radius bersyarat lubang hitam dapat menyandikan informasi di dalam lubang hitam, sehingga tidak ada informasi yang hilang di dalam lubang hitam pada saat penguapan dan lenyapnya.
Dengan demikian, dapat diasumsikan bahwa informasi tiga dimensi tentang zat asli dapat sepenuhnya dikodekan ke dalam jari-jari dua dimensi lubang hitam yang terbentuk setelah kematiannya, kira-kira sebagai gambar tiga dimensi dari suatu objek yang dikodekan menggunakan hologram dua dimensi.
Zuskind dan Huft melangkah lebih jauh, menerapkan teori ini pada struktur Alam Semesta, berdasarkan fakta bahwa ruang angkasa juga memiliki radius bersyarat - bidang batas, yang di atasnya cahaya belum berhasil menembus dalam 13,7 miliar tahun keberadaan Alam Semesta.
Selain itu, Juan Maldacena, seorang ahli fisika teoretis dari Universitas Princeton, mampu membuktikan bahwa hukum fisika yang sama akan beroperasi di alam semesta lima dimensi hipotetis seperti di ruang empat dimensi.
Menurut teori Hogan, prinsip holografik dari keberadaan alam semesta secara radikal mengubah gambaran kita tentang ruang-waktu. Untuk waktu yang lama, fisikawan teoretis percaya bahwa efek kuantum dapat menyebabkan ruangwaktu berdenyut secara kacau pada skala yang remeh.
Pada tingkat pulsasi ini, jaringan kontinum ruang-waktu menjadi "kasar" dan seolah-olah terbuat dari partikel terkecil, mirip dengan piksel, hanya ratusan miliar miliar kali lebih kecil dari proton. Ukuran panjang ini dikenal sebagai "panjang Planck" dan mewakili angka 10-35 m.
Saat ini, hukum fisika fundamental telah diuji secara empiris hingga jarak 10-17, dan panjang Planck dianggap tidak terjangkau, sampai Hogan menyadari bahwa prinsip holografik mengubah segalanya.
Jika kontinum ruang-waktu adalah hologram granular, maka Semesta dapat direpresentasikan sebagai sebuah bola, yang permukaan luarnya ditutupi dengan permukaan terkecil sepanjang 10-35 m, yang masing-masing membawa sepenggal informasi.
Prinsip holografik mengatakan bahwa jumlah informasi yang menutupi bagian luar alam semesta bola harus sesuai dengan jumlah bit informasi yang terkandung di dalam alam semesta volumetrik.
Karena volume alam semesta bulat jauh lebih besar daripada seluruh permukaan luarnya, timbul pertanyaan, bagaimana mungkin mengamati prinsip ini? Hogan menyarankan bahwa potongan-potongan informasi yang menyusun "interior" alam semesta harus lebih besar dari panjang Planck. “Dengan kata lain, alam semesta holografik seperti gambar kabur,” kata Hogan.
Bagi mereka yang mencari partikel ruang-waktu terkecil, ini adalah kabar baik. “Bertentangan dengan ekspektasi populer, struktur kuantum mikroskopis sudah tersedia untuk dipelajari,” kata Hogan.
Sementara partikel dengan dimensi yang sama dengan panjang Planck tidak dapat dideteksi, proyeksi holografik dari "butiran" ini kira-kira 10-16 m. Ketika ilmuwan membuat semua kesimpulan ini, dia bertanya-tanya apakah mungkin untuk secara eksperimental menentukan keburaman ruang holografik ini. waktu. Dan kemudian GEO600 datang untuk menyelamatkan.
Perangkat seperti GEO600, yang mampu mendeteksi gelombang gravitasi, bekerja dengan prinsip berikut: jika gelombang gravitasi melewatinya, ia akan meregangkan ruang ke satu arah dan memampatkannya ke arah lain.
Untuk mengukur bentuk gelombang, para ilmuwan mengarahkan sinar laser melalui cermin khusus yang disebut pemecah berkas. Ini membagi sinar laser menjadi dua balok, yang melewati batang tegak lurus 600 meter dan kembali ke belakang.
Balok balik kembali bergabung menjadi satu dan menciptakan pola interferensi pada area terang dan gelap, di mana gelombang cahaya menghilang atau saling memperkuat. Setiap perubahan pada posisi bagian ini menunjukkan bahwa panjang relatif batang telah berubah. Perubahan panjang kurang dari diameter proton dapat dideteksi secara eksperimental.
Jika GEO600 benar-benar mendeteksi gangguan holografik dari getaran kuantum ruang-waktu, itu akan menjadi pedang bermata dua bagi para peneliti: di satu sisi, kebisingan akan mengganggu upaya mereka untuk "menangkap" gelombang gravitasi.
Di sisi lain, ini bisa berarti bahwa para peneliti mampu membuat penemuan yang jauh lebih mendasar daripada yang diperkirakan semula. Namun, ada ironi nasib tertentu: perangkat yang dirancang untuk menangkap gelombang yang merupakan konsekuensi dari interaksi objek astronomi terbesar, menemukan sesuatu yang mikroskopis seperti "butiran" ruang-waktu.
Semakin lama para ilmuwan tidak dapat mengungkap misteri kebisingan holografik, semakin akut pertanyaan untuk melakukan penelitian lebih lanjut ke arah ini. Salah satu kemungkinan untuk penelitian dapat menjadi desain yang disebut interferometer atom, prinsip operasinya mirip dengan GEO600, tetapi alih-alih sinar laser, aliran atom suhu rendah akan digunakan.
Apa arti penemuan kebisingan holografik bagi umat manusia? Hogan yakin bahwa umat manusia tinggal selangkah lagi untuk mendeteksi kuantum waktu. “Ini adalah interval waktu terkecil yang mungkin: panjang Planck dibagi dengan kecepatan cahaya,” kata ilmuwan tersebut.
Namun, sebagian besar dari semua kemungkinan penemuan akan membantu para peneliti mencoba menggabungkan mekanika kuantum dan teori gravitasi Einstein. Yang paling populer di dunia ilmiah adalah teori string, yang diyakini para ilmuwan, akan membantu menggambarkan segala sesuatu yang terjadi di alam semesta pada tingkat fundamental.
Hogan setuju bahwa jika prinsip holografik terbukti, maka tidak ada pendekatan terhadap studi gravitasi kuantum yang akan dianggap di luar konteks prinsip holografik. Sebaliknya, hal itu akan menjadi pendorong bagi pembuktian teori string dan teori matriks.
“Mungkin kita memiliki bukti pertama tentang bagaimana ruang-waktu mengikuti teori kuantum di tangan kita,” catat ilmuwan itu.
