Anda akan terkejut mendengar bahwa alam semesta kita sebenarnya cukup sederhana - teori kosmologi kitalah yang ternyata sangat rumit, kata salah satu ahli fisika teoretis terkemuka di dunia. Kesimpulan seperti itu mungkin tampak tidak masuk akal: pada akhirnya, untuk memahami kompleksitas sebenarnya dari Alam, seseorang harus berpikir lebih luas, mempelajari hal-hal dalam skala yang semakin kecil, menambahkan variabel baru ke persamaan, menciptakan fisika "baru" dan "eksotis". Suatu hari kita akan mencari tahu apa itu materi gelap, mendapatkan gambaran di mana gelombang gravitasi yang tidak biasa bersembunyi - jika saja model teoretis kita menjadi lebih berkembang dan lebih … kompleks.
Ini bukan masalahnya, kata Neil Turok, direktur Perimeter Institute for Theoretical Physics di Ontario, Kanada. Menurut Turok, jika alam semesta, pada skala terbesar dan terkecil, memberi tahu kita apa saja, itu tentang kesederhanaannya yang luar biasa. Tetapi untuk memahami ini sepenuhnya, kita membutuhkan revolusi dalam fisika.
Dalam wawancara dengan Discovery, Turok mencatat bahwa penemuan besar dalam beberapa dekade terakhir telah mengkonfirmasi struktur alam semesta pada skala kosmologis dan kuantum.
"Dalam skala besar, kami memetakan seluruh langit - latar belakang gelombang mikro kosmik - dan mengukur evolusi alam semesta, bagaimana ia berubah, bagaimana ia meluas … dan penemuan ini menunjukkan bahwa alam semesta sangat sederhana," katanya. "Dengan kata lain, Anda dapat menggambarkan struktur alam semesta, geometrinya, kepadatan materi hanya dengan satu nomor."
Hal yang paling menarik dari alasan ini adalah bahwa lebih mudah untuk mendeskripsikan geometri alam semesta hanya dengan satu angka daripada mendeskripsikan secara numerik atom paling sederhana yang kita tahu, atom hidrogen. Geometri atom hidrogen dijelaskan oleh tiga bilangan yang mengikuti karakteristik kuantum elektron di orbitnya di sekitar proton.
“Ini memberi tahu kita bahwa alam semesta mulus, tetapi memiliki tingkat fluktuasi yang kecil, yang dijelaskan dengan angka ini. Dan itu saja. Alam semesta adalah hal paling sederhana yang kami tahu."
Di suatu tempat di ujung skala yang berlawanan, hal serupa terjadi ketika fisikawan menjelajahi medan Higgs menggunakan mesin paling kompleks yang pernah dibuat oleh manusia, Large Hadron Collider. Ketika fisikawan secara historis menemukan partikel mediator Higgs - boson Higgs pada tahun 2012 - ternyata itu adalah jenis yang paling sederhana yang dijelaskan oleh Model Standar partikel.
Video promosi:
“Alam menggunakan solusi terkecil, mekanisme terkecil yang bisa dibayangkan, untuk memberikan massa partikel, muatan listriknya, dan seterusnya,” kata Turok.
Fisikawan abad ke-20 mengajari kami bahwa jika Anda meningkatkan presisi dan mempelajari lebih dalam dunia kuantum, Anda akan menemukan kebun binatang partikel baru. Karena hasil eksperimen menghasilkan banyak informasi kuantum, model teoritis memprediksi semakin banyak partikel dan gaya. Tapi sekarang kita telah mencapai persimpangan jalan di mana banyak dari ide teoritis maju kita tentang apa yang ada "di luar" pemahaman kita saat ini tentang fisika sedang menunggu beberapa hasil eksperimental yang akan mendukung prediksi yang tidak biasa.
“Kami berada dalam situasi yang aneh di mana Semesta berbicara kepada kami; itu memberitahu kita bahwa itu sangat sederhana. Pada saat yang sama, teori-teori yang telah populer (100 tahun terakhir fisika) menjadi lebih kompleks, sewenang-wenang dan tidak dapat diprediksi,”katanya.
Orang Turki menunjuk pada teori string, yang telah disebut sebagai "teori penyatuan terakhir," mengemas semua rahasia alam semesta ke dalam satu paket yang rapi. Dan juga untuk mencari bukti inflasi - ekspansi cepat Alam Semesta yang dialaminya segera setelah Big Bang sekitar 14 miliar tahun lalu - dalam bentuk gelombang gravitasi primordial yang terukir di latar belakang gelombang mikro kosmik, "gema" Big Bang. Tapi saat kami mencari bukti eksperimental, kami memahami sedotan; bukti eksperimental sama sekali tidak sesuai dengan teori kompleks kami yang tak tertahankan.
Asal usul kosmik kita
Karya teoritis Turok dikhususkan untuk asal muasal alam semesta, topik yang telah mendapat banyak perhatian dalam beberapa bulan terakhir.
Tahun lalu, kolaborasi BICEP2, yang menggunakan teleskop di Kutub Selatan untuk mempelajari CMB, mengumumkan deteksi sinyal dari gelombang gravitasi primer. Ini adalah semacam "cawan suci" kosmologi - penemuan gelombang gravitasi yang dihasilkan oleh Big Bang dapat mengkonfirmasi teori inflasi Alam Semesta. Sayangnya untuk tim BICEP2, mereka mengumumkan "penemuan" bahkan sebelum Teleskop Luar Angkasa Planck Eropa (yang juga memetakan latar belakang gelombang mikro) menunjukkan bahwa sinyal BICEP2 disebabkan oleh debu di galaksi kita, bukan gelombang gravitasi kuno.
Bagaimana jika gelombang gravitasi primordial tidak pernah menemukannya? Banyak ahli teori yang menaruh harapan mereka pada Big Bang yang diikuti oleh periode inflasi yang cepat mungkin kecewa, tetapi, menurut Turok, "ini akan menjadi petunjuk yang kuat" bahwa Big Bang (dalam pengertian klasik) mungkin bukan permulaan absolut dari alam semesta.
“Hal tersulit bagi saya adalah mendeskripsikan Big Bang itu sendiri secara matematis,” tambah Turok.
Mungkin model siklus evolusi alam semesta - ketika alam semesta kita runtuh dan dimulai kembali - lebih cocok untuk pengamatan. Model yang tidak biasa seperti itu tidak perlu menghasilkan gelombang gravitasi primordial, dan jika gelombang ini tidak terdeteksi, mungkin teori inflasi kita perlu diperbaiki.
Mengenai gelombang gravitasi yang diprediksi dihasilkan oleh gerakan cepat benda-benda masif di alam semesta modern kita, Turok yakin bahwa kita telah mencapai tingkat kepekaan sedemikian rupa sehingga detektor kita akan segera mendeteksinya, membenarkan salah satu prediksi Einstein tentang ruangwaktu. "Kami berharap untuk melihat gelombang gravitasi dari lubang hitam yang bertabrakan dalam lima tahun ke depan."
Revolusi selanjutnya?
Dari skala terbesar hingga terkecil, alam semesta tampaknya "tidak berskala" - dengan kata lain, tidak peduli skala spasial atau energi yang Anda lihat, tidak ada yang "khusus" tentang skala tersebut. Dan kesimpulan ini mendukung fakta bahwa alam semesta memiliki sifat yang jauh lebih sederhana daripada yang dikemukakan teori modern.
“Ini adalah krisis, tetapi krisis dalam kondisi terbaiknya,” kata Turok.
Jadi, untuk menjelaskan asal mula alam semesta dan memahami beberapa misteri paling misterius dari alam semesta kita, seperti materi gelap dan energi gelap, kita mungkin harus melihat ruang angkasa secara berbeda. Ini akan membutuhkan revolusi dalam pemahaman fisika, pendekatan revolusioner yang kekuatannya sebanding dengan realisasi Einstein bahwa ruang dan waktu adalah dua sisi dari mata uang yang sama, ketika relativitas umum terbentuk.
“Kami membutuhkan pandangan yang sama sekali berbeda tentang fisika fundamental. Waktunya telah tiba untuk ide-ide baru yang radikal,”Turok menyimpulkan, sambil mencatat bahwa sekarang adalah waktu yang tepat bagi kaum muda untuk mempelajari fisika teoretis, karena generasi berikutnya kemungkinan besar akan mengubah pemahaman kita tentang Alam Semesta.
Ilya Khel
