Seringkali di Internet Anda dapat menemukan tentang misteri yang diduga belum terpecahkan dan tidak terpecahkan tentang alam semesta dan sains modern kita.
Untuk beberapa alasan, menurut saya bagian dari ini adalah masalah yang dibuat-buat yang tidak ada, tetapi sebagian ilmu telah menemukan penjelasannya.
Manakah dari berikut ini yang Anda anggap sebagai fisika rahasia yang benar-benar dirahasiakan?
1. Dari manakah sinar kosmik energi ultra tinggi berasal?
Atmosfer kita terus menerus dibombardir oleh partikel berenergi tinggi dari luar angkasa yang disebut "sinar kosmik". Meskipun sinar ini tidak membahayakan manusia, mereka sangat menarik bagi fisikawan.
Pada tahun 1962, selama percobaan di Peternakan Gunung Berapi, John Linsley dan Livio Scarsi melihat sesuatu yang luar biasa: sinar kosmik dengan energi lebih dari 16 joule. Sebagai gambaran, katakanlah satu joule kira-kira sama dengan energi yang dibutuhkan untuk mengangkat apel dari lantai dan ke atas meja. Dan semua energi ini terkonsentrasi dalam sebuah partikel yang milyaran kali lebih kecil dari sebuah apel. Ini berarti ia bergerak dengan kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya!
Video promosi:
Fisikawan belum mengetahui dari mana partikel-partikel ini mendapatkan begitu banyak energi. Menurut beberapa teori, sumber partikel-partikel ini mungkin supernova yang terbentuk setelah ledakan bintang di akhir hidupnya. Partikel-partikel ini juga dapat dipercepat dalam piringan materi yang runtuh yang terbentuk di sekitar lubang hitam.
2. Apakah alam semesta modern adalah hasil dari inflasi?
Alam semesta ternyata datar, artinya, seluruh alam semesta memiliki jumlah materi yang sama. Namun, menurut teori Big Bang, pada tahap paling awal perkembangan alam semesta, kepadatan materi bisa berbeda di tempat yang berbeda.
Menurut teori inflasi, alam semesta modern berasal dari alam semesta awal dengan volume kecil, yang tiba-tiba dan tak terduga mengembang dengan cepat. Seperti halnya menggembungkan balon, inflasi telah menghaluskan semua tonjolan di awal alam semesta.
Meskipun ini banyak menjelaskan apa yang kita lihat, fisikawan belum tahu apa yang menyebabkan inflasi. Informasi tentang apa yang terjadi selama inflasi ini juga masih samar.
3. Apakah mungkin menemukan energi gelap dan materi gelap?
Fakta mencengangkan: hanya sekitar 5% alam semesta terdiri dari materi yang terlihat oleh kita. Beberapa dekade yang lalu, fisikawan memperhatikan bahwa bintang-bintang di tepi luar galaksi berputar mengelilingi pusat galaksi lebih cepat dari yang diperkirakan. Untuk menjelaskan hal ini, para ilmuwan menyarankan bahwa galaksi ini mungkin mengandung semacam materi "gelap" tak terlihat yang menyebabkan bintang berputar lebih cepat.
Bersamaan dengan ini, kita tahu bahwa perluasan alam semesta sekarang semakin cepat. Ini tampak aneh, karena orang akan mengira bahwa tarikan materi - baik "terang" maupun "gelap" - akan memperlambat perluasan alam semesta. "Energi gelap" bisa menjadi penjelasan untuk fenomena ini. Fisikawan percaya bahwa setidaknya 70% dari energi di alam semesta adalah dalam bentuk energi "gelap", yang berkontribusi pada percepatan perluasan alam semesta saat ini.
Hingga saat ini, partikel pembentuk materi "gelap" dan medan pembentuk energi "gelap" belum dipelajari secara langsung di laboratorium. Tapi fisikawan berharap partikel materi "gelap" bisa diperoleh dan dipelajari di Large Hadron Collider. Namun, partikel-partikel ini mungkin lebih berat daripada partikel yang dapat dibuat oleh penumbuk, dan rahasianya tidak akan terpecahkan untuk waktu yang lama.
4. Apa yang ada di tengah lubang hitam?
Lubang hitam adalah objek paling terkenal dalam astrofisika. Kita bisa menggambarkannya sebagai wilayah ruangwaktu dengan medan gravitasi yang begitu kuat sehingga cahaya pun tidak bisa mengatasinya.
Pengamatan telah dilakukan terhadap banyak lubang hitam, termasuk lubang hitam besar di pusat galaksi kita. Namun misteri apa yang terjadi di tengah lubang hitam belum terungkap. Beberapa fisikawan berpikir bahwa mungkin ada "singularitas" - titik dengan kepadatan tak hingga di mana beberapa massa terkonsentrasi di ruang yang sangat kecil. Sulit dibayangkan. Lebih buruk lagi, singularitas apa pun mengarah ke lubang hitam dalam teori ini, karena tidak ada cara untuk mengamati singularitas secara langsung.
Masih ada kontroversi tentang apakah informasi hilang dalam lubang hitam. Mereka menyerap partikel dan memancarkan radiasi Hawking, tetapi radiasi ini tampaknya tidak mengandung informasi tambahan tentang apa yang terjadi di lubang hitam.
Fakta yang tampaknya mustahil, setidaknya pada saat ini, untuk mengetahui apa yang ada di lubang hitam untuk waktu yang lama memungkinkan penulis fiksi ilmiah membuat asumsi tentang kemungkinan keberadaan alam semesta lain di sana atau penggunaan lubang hitam untuk teleportasi atau perjalanan waktu.
5. Apakah ada kehidupan berakal di alam semesta?
Manusia telah memimpikan alien sejak mereka pertama kali melihat ke langit malam dan bertanya-tanya apa yang mungkin ada di sana. Namun dalam beberapa dekade terakhir, kami telah mempelajari banyak fakta menarik.
Pertama, kami mengetahui bahwa planet jauh lebih umum daripada yang diperkirakan sebelumnya. Kami juga mempelajari bahwa selang waktu antara waktu planet kita dapat dihuni dan munculnya kehidupan di atasnya cukup kecil. Apakah ini berarti hidup itu mungkin? Jika demikian, kita mendapatkan paradoks Fermi yang terkenal: mengapa kita belum berkomunikasi dengan alien?
Astronom Frank Drake menyusun persamaan yang menyandang namanya sebagai cara untuk melihat semua sisi masalah. Setiap komponennya mewakili alasan kurangnya komunikasi dengan kehidupan berakal.
Hidup mungkin biasa, tetapi kehidupan cerdas jarang. Mungkin setelah beberapa saat semua peradaban memutuskan untuk tidak berkomunikasi dengan makhluk hidup lain. Mereka ada, tapi mereka tidak mau berkomunikasi dengan kita. Atau, mungkin itu menunjukkan bahwa banyak peradaban alien menghancurkan diri mereka sendiri segera setelah mereka memperoleh kemampuan teknologi untuk berkomunikasi. Bahkan ada dugaan bahwa kurangnya komunikasi dengan alien adalah bukti dari asal muasal dunia kita, yang mungkin merupakan ciptaan Tuhan atau model komputer.
Namun, mungkin saja kami belum mencari cukup lama dan cukup jauh, karena ruangnya sangat besar. Sinyal dapat dengan mudah hilang, dan peradaban alien hanya perlu mengirimkan sinyal yang lebih kuat. Dan mungkin besok kita akan menemukan peradaban alien, dan pemahaman kita tentang alam semesta akan berubah.
6. Bisakah sesuatu bergerak lebih cepat dari cahaya?
Sejak Einstein mengubah fisika dengan teori relativitas khususnya, fisikawan telah diyakinkan bahwa tidak ada yang dapat bergerak lebih cepat daripada cahaya. Menurut teori ini, agar sesuatu bergerak setidaknya dengan kecepatan cahaya, diperlukan energi tak hingga.
Di sisi lain, seperti yang ditunjukkan oleh sinar kosmik di atas, keberadaan energi dalam jumlah besar sekalipun tidak berarti kemungkinan adanya pergerakan dengan kecepatan cahaya. Kecepatan cahaya, sebagai batas kecepatan yang keras, juga bisa menjadi penjelasan lain atas kurangnya komunikasi dengan peradaban alien. Jika mereka juga dibatasi oleh kecepatan cahaya, sinyalnya bisa memakan waktu ribuan tahun untuk berjalan.
Tetapi orang-orang terus mencari cara untuk menghindari batas kecepatan alam semesta ini. Menurut hasil awal eksperimen OPERA yang dilakukan pada tahun 2011, neutrino bergerak lebih cepat daripada cahaya. Tetapi kemudian para ilmuwan melihat kesalahan dalam pengorganisasian eksperimen dan mengenali ketidaktepatan hasil ini.
Selain itu, jika memungkinkan untuk mengirimkan materi atau informasi dengan kecepatan yang melebihi kecepatan cahaya, niscaya akan mengubah dunia. Gerakan dengan kecepatan melebihi kecepatan cahaya dapat mengganggu kausalitas, hubungan antara sebab dan akibat suatu peristiwa.
Karena cara waktu dan ruang terkait dalam relativitas khusus, pergerakan informasi yang lebih cepat daripada kecepatan cahaya akan memungkinkan seseorang menerima informasi tentang suatu peristiwa sebelum peristiwa itu terjadi, yang merupakan suatu bentuk perjalanan waktu. Ini bisa menciptakan semua jenis paradoks yang tidak akan kita ketahui cara menyelesaikannya.
7. Bisakah turbulensi dijelaskan?
Kembali ke Bumi, kita bisa katakan bahwa dalam kehidupan kita sehari-hari masih banyak hal yang sulit untuk dipahami. Misalnya, coba mainkan keran air. Jika Anda membiarkan air mengalir dengan tenang, Anda mengamati fenomena yang dikenal dalam fisika, sejenis aliran yang kita kenal disebut "aliran laminar". Tetapi jika Anda mematikan keran sepenuhnya dan mengamati perilaku air, Anda akan melihat contoh turbulensi. Dalam banyak hal, turbulensi masih menjadi masalah yang belum terpecahkan dalam fisika.
Persamaan Navier-Stokes menentukan bagaimana fluida seperti air dan udara harus bergerak. Kami membayangkan bahwa cairan itu pecah menjadi potongan-potongan kecil massa. Persamaan ini kemudian memperhitungkan semua gaya yang bekerja pada potongan-potongan ini - gravitasi, gesekan, tekanan - dan mencoba menentukan bagaimana hal ini akan memengaruhi kecepatannya.
Dalam kasus aliran sederhana atau stabil, kita dapat menemukan solusi untuk persamaan Navier-Stokes yang secara lengkap menggambarkan aliran yang diberikan. Fisikawan kemudian dapat membuat persamaan untuk menghitung laju aliran di titik mana pun. Namun dalam kasus aliran turbulen yang kompleks, solusi ini mungkin tidak akurat. Kita dapat melakukan banyak manipulasi aliran turbulen dengan menyelesaikan persamaan secara numerik pada komputer besar. Ini memberi kita jawaban kasar tanpa rumus yang sepenuhnya menjelaskan perilaku fluida.
Ngomong-ngomong, Institut Matematika Clay menawarkan hadiah untuk memecahkan masalah ini. Jadi jika Anda bisa melakukannya, Anda bisa mendapatkan satu juta dolar.
8. Apakah mungkin untuk membuat superkonduktor yang bekerja pada suhu kamar
Superkonduktor adalah salah satu perangkat dan teknologi terpenting yang ditemukan oleh manusia. Mereka adalah jenis material khusus. Ketika suhu turun cukup rendah, hambatan listrik material turun menjadi nol.
Kabel daya modern kita menghabiskan banyak listrik. Mereka bukan superkonduktor dan memiliki hambatan listrik, yang menyebabkan panas saat arus listrik melewatinya.
Tetapi kemungkinan superkonduktor tidak terbatas pada ini. Medan magnet yang diciptakan oleh kawat memiliki kekuatan yang bergantung pada arus yang melewatinya. Jika Anda dapat menemukan cara murah untuk melewatkan arus yang sangat tinggi melalui superkonduktor, Anda bisa mendapatkan medan magnet yang sangat kuat. Bidang-bidang ini saat ini digunakan di Large Hadron Collider untuk membelokkan partikel bermuatan yang bergerak cepat di sekitar cincinnya. Mereka juga digunakan dalam reaktor nuklir eksperimental, yang di masa depan dapat menjadi sumber listrik kita.
Masalahnya adalah semua superkonduktor yang diketahui hanya dapat bekerja pada suhu yang sangat rendah (tidak lebih dari -140 derajat Celcius). Mendinginkannya hingga suhu rendah biasanya membutuhkan nitrogen cair atau sejenisnya, dan ini sangat mahal. Oleh karena itu, banyak fisikawan dan ahli material di seluruh dunia bekerja untuk mendapatkan cawan suci - superkonduktor yang dapat bekerja pada suhu kamar. Namun sejauh ini belum ada yang berhasil melakukan ini.
9. Mengapa ada lebih banyak materi daripada antimateri?
Untuk setiap partikel, ada partikel yang sama dan berlawanan yang disebut antipartikel. Untuk elektron, ada positron. Ada antiproton untuk proton. Dll
Jika sebuah partikel menyentuh antipartikel, ia memusnahkan dan berubah menjadi radiasi. Terkadang berubah menjadi sinar kosmik. Antimateri juga dapat dibuat dalam akselerator partikel dengan biaya beberapa triliun dolar per gram. Tapi secara keseluruhan, tampaknya sangat langka di alam semesta kita. Ini adalah rahasia yang nyata. Semua proses yang diketahui yang mengubah energi (radiasi) menjadi materi menghasilkan materi dan antimateri dalam jumlah yang sama. Jadi jika alam semesta didominasi oleh energi, mengapa tidak menghasilkan materi dan antimateri dalam jumlah yang sama?
Ada beberapa teori untuk menjelaskan hal ini. Ilmuwan yang mempelajari interaksi partikel di Large Hadron Collider sedang mencari contoh "pelanggaran CP". Jika memang terjadi, interaksi ini dapat menunjukkan bahwa hukum fisika berbeda untuk partikel materi dan antimateri. Kemudian kita mungkin berasumsi bahwa mungkin ada proses yang lebih mungkin menghasilkan materi daripada antimateri, itulah sebabnya ada lebih banyak materi di alam semesta.
Teori lain yang lebih kecil kemungkinannya mungkin memiliki seluruh wilayah alam semesta yang didominasi oleh antimateri. Tetapi teori-teori ini harus menjelaskan bagaimana pemisahan materi dan antimateri terjadi dan mengapa kita tidak melihat massa besar radiasi yang dilepaskan dalam tabrakan materi dan antimateri. Jadi, kecuali jika kita menemukan bukti galaksi antimateri, pelanggaran CP di alam semesta awal tampaknya merupakan solusi terbaik. Tapi kami masih belum tahu cara kerjanya.
10. Bisakah kita memiliki teori terpadu?
Pada abad ke-20, dua teori besar dikembangkan untuk menjelaskan banyak fenomena dalam fisika. Salah satunya adalah teori mekanika kuantum, yang merinci perilaku dan interaksi partikel subatom kecil. Mekanika kuantum dan model standar fisika partikel telah menjelaskan tiga dari empat fenomena fisik di alam: elektromagnetisme dan gaya nuklir kuat dan lemah.
Teori hebat lainnya adalah teori relativitas umum Einstein, yang menjelaskan gravitasi. Dalam teori ini, gravitasi terjadi ketika kehadiran massa membelokkan ruang dan waktu, menyebabkan partikel-partikel bergerak dalam lintasan melengkung akibat bentuk ruangwaktu yang melengkung. Ia dapat menjelaskan hal-hal yang terjadi pada skala terbesar, seperti pembentukan galaksi.
Hanya ada satu masalah. Kedua teori ini tidak sesuai. Sejauh yang kami tahu, kedua teori itu benar. Tapi mereka sepertinya tidak bekerja sama. Dan sejak fisikawan menyadari hal ini, mereka mencari solusi yang dapat menggabungkan keduanya. Keputusan ini kemudian disebut Teori Terpadu Besar, atau Teori Segalanya.
Ilmuwan terbiasa dengan teori yang hanya bekerja dalam batasan tertentu. Fisikawan berharap dapat mengatasi keterbatasan mereka dan melihat bahwa teori mekanika kuantum dan relativitas umum adalah bagian dari teori yang lebih besar, seperti kain perca selimut. Teori string adalah upaya untuk menciptakan kembali fitur relativitas umum dan teori mekanika kuantum. Tetapi prediksinya sulit diverifikasi dengan eksperimen, sehingga tidak dapat dikonfirmasi.
Pencarian teori fundamental - teori yang dapat menjelaskan segalanya - terus berlanjut. Mungkin kita tidak akan pernah menemukannya. Tetapi jika fisika telah mengajari kita sesuatu, alam semesta itu benar-benar indah dan selalu ada ruang untuk penemuan baru di dalamnya.
Menurut sebuah artikel dari situs listverse.com - diterjemahkan oleh Sergey Maltsev
