Kolaborasi ALPHA telah melakukan eksperimen paling akurat untuk mengukur perilaku antimateri netral di medan gravitasi. Bergantung pada hasilnya, ini bisa membuka pintu ke teknologi baru yang luar biasa. Banyak teknologi fiksi ilmiah akan tetap berada di ranah fiksi untuk waktu yang lama (atau selamanya), kecuali fisika berubah. Tetapi banyak eksperimen dapat memeriksa ini juga?
Impian tentang komunikasi instan, pesawat ruang angkasa antarbintang, dan kemampuan untuk melakukan perjalanan dalam waktu adalah klise fiksi ilmiah usang. Dalam banyak hal, mereka mewakili harapan terbesar umat manusia, namun mengandalkan teknologi yang melampaui apa yang saat ini dikenal. Namun, eksperimen baru terus dilakukan dan dikembangkan. Jika kita beruntung, apa yang bisa kita temukan di balik cakrawala? Ethan Siegel dari Medium.com menjawab pertanyaan berikut:
"Dengan asumsi kita beruntung, jenis eksperimen sains apa selama beberapa dekade mendatang yang dapat membuka peluang fiksi ilmiah bagi kita?"
Ada beberapa peluang fantastis yang dapat mengguncang realitas kita pada akhir abad ke-21.
Roket apa pun yang pernah dibuat membutuhkan bahan bakar. Tetapi jika kita akan membuat mesin materi gelap, bahan bakar baru dapat ditemukan secara harfiah di setiap langkah melalui galaksi.
Materi gelap dapat menjadi sumber bahan bakar yang tidak terbatas yang tidak perlu kita bawa ke mana-mana
Video promosi:
Faktanya, salah satu misteri terbesar dalam sains adalah sifat materi gelap. Kita tahu bahwa itu ada melalui pengamatan tidak langsung, dan kita tahu ada banyak sekali. Jika dijumlahkan semua materi biasa di sebuah galaksi besar, ternyata ada materi gelap lima kali lebih banyak. Dan hampir pasti terdiri dari partikel-partikel dengan beberapa sifat yang sama:
- mereka memiliki massa
- tidak ada muatan listrik atau berwarna
- mereka berinteraksi secara gravitasi
- mereka harus, pada tingkat tertentu, bertabrakan satu sama lain dan / atau dengan materi biasa
Dari rumus Einstein yang terkenal E = mc2, kita mengetahui bahwa materi gelap mengandung energi yang sangat besar: lima kali lebih banyak daripada gabungan semua materi biasa. Jika alam semesta baik bagi kita, kita mungkin mencoba mengekstraknya.
Distribusi massa Abell 370, yang direkonstruksi menggunakan pelensaan gravitasi, menunjukkan dua lingkaran cahaya massa besar yang menyebar sesuai dengan materi gelap dari dua kelompok yang bergabung. Ada lima kali lebih banyak materi gelap di dekat dan di dalam akumulasi materi biasa.
Banyak eksperimen mencari tabrakan materi gelap baik dengan materi biasa maupun dengan dirinya sendiri. Secara umum, ada dua jenis partikel: fermion (dengan spin setengah integer) dan boson (dengan spin integer). Jika materi gelap adalah boson, ini berarti ia kemungkinan besar merupakan antipartikelnya sendiri, yang berarti jika Anda mengambil dua partikel materi gelap dan memaksanya untuk berinteraksi satu sama lain, keduanya akan saling musnah. Dan jika mereka dihancurkan, mereka akan menghasilkan energi murni. Dengan kata lain, ini adalah sumber energi gratis dan tidak terbatas yang tersedia di mana-mana dan dalam kelimpahan. Dan Anda bahkan tidak perlu membawanya jika Anda memutuskan untuk melintasi Semesta. Oleh karena itu, ketika Anda mendengar tentang eksperimen untuk mencari materi gelap, energi bebas yang tidak terbatas adalah tujuan akhir yang kami inginkan.
Ilustrasi bidang warp Star Trek yang memperkecil ruang di depannya, memperpanjang ruang di belakangnya
Antimateri bisa memiliki massa negatif, yang berarti bisa jadi kunci drive warp
Jika Anda ingin bepergian ke luar angkasa, sumber energi dan bahan bakar konvensional hanya akan membawa Anda dari pagar sampai jam makan siang. Atau mereka akan bergerak tidak lebih cepat dari kecepatan cahaya. Bintang tipe matahari terdekat dengan dunia yang berpotensi dihuni, Tau Ceti, berjarak sekitar 12 tahun cahaya. Artinya, perjalanan pulang pergi saja akan memakan waktu setidaknya separuh hidup Anda. Tetapi jika kita bisa mengecilkan ruang di depan kita saat kita melakukan perjalanan melalui ruang antarbintang sambil memperluasnya di belakang kita, kita bisa sampai di sana lebih cepat. Ini adalah gagasan yang muncul dari ahli astrofisika Miguel Alcubierra pada tahun 1994, yang kemudian memformalkannya sesuai dengan kanon sains yang ketat.
Baru sekarang, untuk memecahkan Alcubierra, dibutuhkan massa negatif
Untuk mencapai konfigurasi ruang-waktu yang benar yang diperlukan untuk mempercepat penggerak warp, dua syarat harus dipenuhi: jumlah energi yang sangat besar dan keberadaan massa negatif. Massa negatif ini, yang hanya diketahui di atas kertas, diperlukan untuk kelengkungan ruang-waktu yang benar, dan karena itu untuk gerakan lungsin. Tapi kami tidak pernah mengukur massa partikel antimateri; mereka jatuh "ke bawah" atau "ke atas" di medan gravitasi, ini masih belum diketahui. Eksperimen ALPHA CERN saat ini sedang mengukur efek gravitasi antimateri dan perilakunya dalam medan gravitasi. Jika jawabannya adalah jatuh "ke atas" di medan gravitasi, kita hanya akan mendapatkan massa negatif dan memasang penggerak warp.
Alat Virtual IronBird memungkinkan Anda membuat gravitasi buatan, tetapi membutuhkan banyak energi dan memungkinkan Anda untuk hanya memberikan gaya sentripetal tertentu. Gravitasi buatan sejati akan membutuhkan massa negatif
Massa negatif juga memungkinkan kita menciptakan gravitasi buatan
Kemungkinan yang sama - keberadaan massa negatif di alam semesta - akan memungkinkan kita untuk menciptakan medan gravitasi buatan. Adanya muatan positif dan negatif dalam elektromagnetisme memungkinkan kita membuat konduktor, memanipulasi medan listrik, dan melindungi medan listrik tersebut. Gravitasi, seperti yang sekarang kita pahami, hanya memiliki satu jenis muatan: massa positif. Keberadaan massa negatif akan memungkinkan kita untuk menciptakan lingkungan yang sebenarnya dengan gravitasi nol dan akan memberi kita kemampuan untuk menciptakan medan gravitasi buatan dengan besaran berapa pun antara dua sistem massa positif dan negatif.
Ide perjalanan waktu terus bermunculan dalam fiksi ilmiah. Tetapi jika ada kurva mirip waktu yang tertutup di alam semesta, ini tidak hanya mungkin, tetapi juga tidak bisa dihindari.
Alam semesta yang berputar memungkinkan kita untuk kembali ke masa lalu
Pada saat yang sama, perjalanan waktu tidak hanya mungkin, tetapi juga tak terhindarkan … ke arah depan. Karena ruang dan waktu disatukan oleh jalinan ruang-waktu, dibutuhkan guncangan fisika yang kita ketahui untuk membuat waktu mengalir ke arah yang berlawanan. Di luar angkasa, kembali ke posisi semula cukup sederhana: Bumi sendiri melakukan ini ketika berputar mengelilingi Matahari, tetapi pada saat yang sama melewati jarak yang signifikan ke depan dalam waktu, yaitu, waktu berlalu, sekitar satu tahun. Sebuah "kurva seperti ruang tertutup" mudah dibuat. Namun, untuk kembali ke titik awal, diperlukan sesuatu yang tidak biasa: "kurva waktu yang tertutup" adalah fitur yang tidak ada di alam semesta kita yang mengembang dan dipenuhi materi. Kecuali jika alam semesta berputar.
Di alam semesta yang berotasi, terdapat solusi yang tepat di mana kerapatan materi dan konstanta kosmologis (alias energi gelap) memiliki nilai tertentu, dan alam semesta pasti memiliki kurva mirip waktu yang tertutup. Hingga saat ini, kami hanya memberlakukan pembatasan pada perputaran umum alam semesta, tetapi tidak sepenuhnya mengecualikannya. Jika alam semesta berotasi dengan kecepatan tertentu, yang diimbangi dengan kepadatan materi dan konstanta kosmologis, sangatlah mungkin untuk kembali ke masa lalu dan kembali ke tempat Anda memulainya, tidak hanya di ruang angkasa, tetapi juga di ruang-waktu. Survei berskala besar terhadap struktur langit dalam, yang dapat memberikan pengamatan dari WFIRST atau observatorium LSST, dapat mengungkapkan rotasi tersebut, jika ada.
Gambar konsep satelit WFIRST NASA, yang akan pergi ke luar angkasa pada tahun 2024 dan akan memberi kita pengukuran energi gelap paling akurat, dan juga membuat penemuan lain.
Selalu ada kemungkinan yang lebih eksotis daripada yang dibolehkan sains - teleportasi objek fisik, pergerakan seketika antara lokasi terbuka (lubang cacing) atau komunikasi yang lebih cepat dari kecepatan cahaya - tetapi ini akan membutuhkan tarian rebana yang jauh lebih kompleks daripada melakukan eksperimen sederhana dengan dua kemungkinan hasil. Namun, kami terus mencari. Sains bukanlah cerita satu arah. Ini adalah kisah detektif yang berkelanjutan, di mana setiap penemuan, setiap titik data, dan setiap eksperimen pasti mengarah pada pertanyaan yang lebih dalam di masa depan. Penting untuk tetap berpikiran terbuka di sepanjang jalan.
Ilya Khel
