Bagaimana mendamaikan dua pilar yang saling bertentangan dalam fisika modern: teori kuantum dan gravitasi? Untuk waktu yang lama, para ilmuwan percaya bahwa cepat atau lambat sains akan mengenali teori ini atau itu sebagai teori yang dominan, tetapi kenyataannya, seperti biasa, ternyata jauh lebih menarik. Penelitian baru menunjukkan bahwa gravitasi dapat muncul dari fluktuasi acak di tingkat kuantum.
Di antara dua teori fundamental yang menjelaskan realitas di sekitar kita, teori kuantum mengacu pada interaksi antara partikel materi terkecil, sedangkan relativitas umum mengacu pada gravitasi dan struktur terbesar di seluruh alam semesta. Sejak zaman Einstein, fisikawan telah mencoba menjembatani kesenjangan antara ajaran-ajaran ini, tetapi dengan keberhasilan yang bervariasi.
Salah satu cara untuk mempertemukan gravitasi dengan mekanika kuantum adalah dengan menunjukkan bahwa gravitasi didasarkan pada partikel materi yang tidak dapat dibagi, kuanta. Prinsip ini dapat dibandingkan dengan bagaimana kuanta cahaya itu sendiri, foton, merepresentasikan gelombang elektromagnetik. Hingga saat ini, para ilmuwan belum memiliki cukup data untuk mendukung asumsi tersebut, melainkan Antoine Tilloy (Antoine Tilloy) dari Institute of Quantum Optics. Max Planck di Garching, Jerman, mencoba menggambarkan gravitasi dengan prinsip mekanika kuantum. Tapi bagaimana dia melakukannya?
Dunia kuantum
Dalam teori kuantum, status sebuah partikel dijelaskan oleh fungsi gelombangnya. Ini, misalnya, memungkinkan Anda menghitung kemungkinan menemukan partikel pada satu titik atau lainnya di ruang angkasa. Sebelum pengukuran itu sendiri, tidak jelas tidak hanya di mana partikel itu berada, tetapi juga apakah ia ada. Fakta pengukuran secara harfiah menciptakan realitas dengan "menghancurkan" fungsi gelombang. Tetapi mekanika kuantum jarang membahas pengukuran, itulah sebabnya mengapa ini adalah salah satu bidang fisika yang paling kontroversial. Ingat paradoks Schrödinger: Anda tidak dapat menyelesaikannya sampai Anda melakukan pengukuran dengan membuka sebuah kotak dan mencari tahu apakah kucing itu hidup atau tidak.
Salah satu solusi untuk paradoks ini adalah apa yang disebut model GRW, yang dikembangkan pada akhir 1980-an. Teori ini mencakup fenomena seperti "suar" - runtuhnya fungsi gelombang sistem kuantum secara spontan. Hasil penerapannya sama persis seperti jika pengukuran dilakukan tanpa pengamat. Tilloy memodifikasinya untuk menunjukkan bagaimana ia dapat digunakan untuk sampai pada teori gravitasi. Dalam versinya, kilatan yang menghancurkan fungsi gelombang dan memaksa partikel berada di satu tempat juga menciptakan medan gravitasi saat ini di ruang-waktu. Semakin besar sistem kuantum, semakin banyak partikel yang dikandungnya dan semakin sering flare terjadi, sehingga menciptakan medan gravitasi yang berfluktuasi.
Hal yang paling menarik adalah bahwa nilai rata-rata dari fluktuasi ini adalah medan gravitasi yang dijelaskan oleh teori gravitasi Newton. Pendekatan untuk menyatukan gravitasi dengan mekanika kuantum ini disebut kuasi klasik: gravitasi muncul dari proses kuantum, tetapi tetap menjadi gaya klasik. “Tidak ada alasan nyata untuk mengabaikan pendekatan kuasi klasik, di mana gravitasi sangat fundamental pada tingkat fundamental,” kata Tilloy.
Video promosi:
Fenomena gravitasi
Klaus Hornberger dari Universitas Duisburg-Essen di Jerman, yang tidak mengambil bagian dalam pengembangan teori ini, memperlakukannya dengan simpati yang besar. Namun, ilmuwan menunjukkan bahwa sebelum konsep ini menjadi dasar teori terpadu yang menyatukan dan menjelaskan sifat dari semua aspek fundamental dunia di sekitar kita, sejumlah masalah perlu dipecahkan. Misalnya, model Tilloy pasti dapat digunakan untuk memperoleh gravitasi Newton, tetapi kesesuaiannya dengan teori gravitasi masih perlu diverifikasi menggunakan matematika.
Namun, ilmuwan itu sendiri setuju bahwa teorinya membutuhkan dasar bukti. Misalnya, ia memprediksi bahwa gravitasi akan berperilaku berbeda bergantung pada skala objek yang dimaksud: untuk atom dan lubang hitam supermasif, aturannya bisa sangat berbeda. Bagaimanapun, jika tes mengungkapkan bahwa model Tillroy benar-benar mencerminkan realitas, dan gravitasi memang konsekuensi dari fluktuasi kuantum, maka ini akan memungkinkan fisikawan untuk memahami realitas di sekitar kita pada tingkat yang berbeda secara kualitatif.
Vasily Makarov
