Legenda mengatakan bahwa Albert Einstein menghabiskan jam-jam terakhirnya di Bumi menelusuri sesuatu di selembar kertas dalam upaya terakhir untuk merumuskan teori tentang segalanya. Enam puluh tahun kemudian, ilmuwan legendaris lain di bidang fisika teoretis, Stephen Hawking, akan meninggalkan dunia ini dengan pemikiran serupa. Kita tahu bahwa Hawking percaya bahwa yang disebut teori-M adalah kesempatan terbaik kita untuk menciptakan teori alam semesta yang lengkap. Tapi apa itu?
Sejak teori relativitas umum Einstein dirumuskan pada tahun 1915, setiap fisikawan teoretis telah bermimpi untuk mendamaikan pemahaman kita tentang dunia atom dan partikel yang sangat kecil dengan skala ruang yang sangat besar. Sementara yang terakhir dijelaskan secara sempurna oleh persamaan Einstein, yang pertama diprediksi dengan akurasi luar biasa oleh apa yang disebut Model Standar Interaksi Fundamental.
Pemahaman kita saat ini adalah bahwa interaksi antara objek fisik dijelaskan oleh empat gaya fundamental. Dua di antaranya - gravitasi dan elektromagnetisme - tampak bagi kita pada tingkat makroskopis, kita menanganinya setiap hari. Dua lainnya - interaksi lemah dan kuat - muncul dalam skala yang sangat kecil dan hanya ketika kita berurusan dengan proses subatomik.
Model Standar Interaksi Fundamental menyediakan struktur tunggal untuk tiga gaya ini, tetapi gravitasi tidak ingin cocok dengan gambaran ini dengan cara apa pun. Meskipun ada deskripsi akurat tentang fenomena skala besar seperti perilaku planet di orbit atau dinamika galaksi, relativitas umum gagal pada jarak yang sangat pendek. Menurut Model Standar, semua gaya dimediasi oleh partikel tertentu. Dalam kasus gravitasi, pekerjaan dilakukan oleh graviton. Tetapi ketika kami mencoba menghitung interaksi graviton ini, ketidakterbatasan yang tidak berarti muncul dalam persamaan.
Teori gravitasi lengkap harus bekerja pada skala apa pun dan mempertimbangkan sifat kuantum partikel fundamental. Ini akan memungkinkan gravitasi masuk ke dalam struktur gabungan dengan tiga interaksi fundamental lainnya, sehingga menciptakan teori segalanya yang terkenal. Tentu saja, sejak Albert Einstein meninggal pada tahun 1955, kemajuan yang signifikan telah dicapai di bidang ini. Kandidat terbaik kita hari ini disebut teori-M.
Revolusi senar
Untuk memahami ide dasar teori-M, Anda perlu kembali ke tahun 1970-an, ketika para ilmuwan menyadari bahwa alih-alih mendeskripsikan alam semesta berdasarkan partikel titik, akan lebih baik untuk menggambarkannya sebagai string berosilasi (tabung energi). Cara baru untuk memahami unsur-unsur fundamental alam telah menghasilkan pemecahan banyak masalah teoretis. Pertama-tama, satu getaran string dapat diartikan sebagai graviton. Dan tidak seperti gravitasi standar, teori string dapat menggambarkan interaksinya secara matematis dan tidak mendapatkan angka tak terbatas yang aneh. Artinya gravitasi dapat dimasukkan dalam struktur gabungan.
Video promosi:
Setelah penemuan yang menarik ini, fisikawan teoretis telah bekerja keras untuk memahami konsekuensinya. Namun, seperti yang sering terjadi pada penelitian ilmiah, sejarah teori string penuh dengan pasang surut. Pada awalnya, orang-orang dibuat bingung karena dia memprediksi keberadaan partikel yang bergerak lebih cepat dari cahaya, yang disebut "tachyon". Prediksi ini bertentangan dengan semua pengamatan eksperimental dan membayangi teori string.
Namun demikian, masalah ini diselesaikan pada awal 1980-an dengan diperkenalkannya apa yang disebut "supersimetri" ke dalam teori string. Dia memperkirakan bahwa setiap partikel memiliki superpartnernya sendiri dan, secara kebetulan yang tidak biasa, kondisi yang sama benar-benar menghilangkan tachyon. Keberhasilan pertama ini secara luas dikenal sebagai "revolusi tali pertama".
Fitur lain yang tidak biasa adalah bahwa teori string membutuhkan sepuluh dimensi ruang-waktu. Saat ini, kita hanya mengetahui empat: kedalaman, tinggi, lebar dan waktu. Meskipun hal ini tampaknya menjadi kendala utama, beberapa solusi telah diajukan sejauh ini, dan saat ini tampaknya lebih merupakan fitur yang tidak biasa daripada masalah.
Misalnya, kita bisa hidup di dunia empat dimensi tanpa akses ke dimensi tambahan. Atau, dimensi ekstra bisa “kompak” dan masuk ke dalam skala kecil sehingga kami tidak akan menyadarinya. Namun, pemadatan yang berbeda akan menyebabkan perbedaan nilai konstanta fisika dan hukum fisika yang berbeda. Solusi yang mungkin adalah bahwa Semesta kita hanyalah satu dari banyak di "alam semesta ganda" tak terbatas yang diatur oleh hukum fisika yang berbeda.
Teori-M
Ada satu masalah lagi yang menghantui para ahli teori string saat itu. Klasifikasi yang cermat mengungkapkan keberadaan lima teori string sekuensial yang berbeda, dan tidak jelas mengapa alam harus memilih salah satu dari lima.
Di sinilah teori-M berperan. Selama revolusi string kedua pada tahun 1995, fisikawan menyatakan bahwa lima teori string berturut-turut sebenarnya adalah wajah berbeda dari teori unik yang ada dalam sebelas dimensi ruang-waktu yang disebut teori-M. Ini menggabungkan setiap teori string dalam berbagai konteks fisik sambil tetap bisa diterapkan untuk semua orang. Gambaran yang sangat menarik ini telah mengarahkan sebagian besar fisikawan teoretis pada gagasan bahwa teori-M akan menjadi teori segalanya - dan juga secara matematis lebih konsisten daripada teori lain yang diusulkan.
Meski demikian, sejauh ini teori-M belum mampu menghasilkan prediksi yang dapat diverifikasi secara eksperimental. Supersimetri saat ini sedang diuji di Large Hadron Collider. Jika para ilmuwan dapat menemukan tanda-tanda keberadaan mitra super, ini akhirnya akan memperkuat posisi teori-M. Tetapi fisika teoretis modern belum dapat memberikan prediksi yang dapat diverifikasi, dan fisika eksperimental tidak dapat menyajikan eksperimen untuk verifikasi ini.
Sebagian besar fisikawan dan kosmologi hebat terobsesi untuk menemukan deskripsi dunia yang indah dan sederhana ini yang dapat menjelaskan segalanya. Dan meskipun kita masih jauh dari ini, tanpa orang-orang yang brilian dan kreatif seperti Hawking, ini sama sekali tidak mungkin.
Ilya Khel
