Thursday, July 22, 2021

HYPERSPACE – SEBUAH PENGEMBARAAN ILMIAH: Melihat Dimensi yang Lebih Tinggi

Oleh: Michio Kaku

Apakah ada dimensi yang lebih tinggi? Apakah ada dunia tak terlihat di luar jangkauan kita, di luar hukum fisika normal? Meskipun dimensi yang lebih tinggi secara historis menjadi ranah eksklusif penipu, mistikus, dan penulis fiksi ilmiah, banyak fisikawan teoretis yang serius sekarang percaya bahwa dimensi yang lebih tinggi tidak hanya ada, tetapi juga dapat menjelaskan beberapa rahasia alam terdalam. Meskipun kami menekankan bahwa saat ini tidak ada bukti eksperimental untuk dimensi yang lebih tinggi, pada prinsipnya mereka dapat memecahkan masalah utama dalam fisika: penyatuan akhir semua pengetahuan fisik pada tingkat dasar.

Ketertarikan saya pada dimensi yang lebih tinggi dimulai sejak masa kanak-kanak. Salah satu kenangan masa kecil saya yang paling bahagia adalah berjongkok di samping kolam di Japanese Tea Garden yang terkenal di San Francisco, terpesona oleh ikan mas berwarna cerah yang berenang perlahan di bawah bunga lili air. Di saat-saat hening ini, saya akan mengajukan pertanyaan konyol yang mungkin ditanyakan oleh anak tunggal: bagaimana ikan mas di kolam itu memandang dunia di sekitar mereka? Menghabiskan seluruh hidup mereka di dasar kolam, ikan mas akan percaya bahwa "alam semesta" mereka terdiri dari air dan bunga lili; mereka hanya akan samar-samar menyadari bahwa dunia asing bisa eksis tepat di atas permukaan. Duniaku berada di luar pemahaman mereka. Saya tertarik bahwa saya bisa duduk hanya beberapa inci dari ikan mas, namun kami dipisahkan oleh jurang yang sangat besar. Saya menyimpulkan bahwa jika ada "ilmuwan" di antara ikan mas, mereka akan mengejek ikan mana pun yang mengusulkan bahwa dunia paralel bisa ada tepat di atas bunga lili. Dunia tak terlihat di luar kolam tidak masuk akal secara ilmiah. Suatu kali saya membayangkan apa yang akan terjadi jika saya mengulurkan tangan dan tiba-tiba mengambil salah satu "ilmuwan" ikan mas dari kolam. Saya bertanya-tanya, bagaimana ini akan terlihat pada ikan mas? “Ilmuwan” ikan mas yang terkejut akan menceritakan kisah yang benar-benar menakjubkan, entah bagaimana diangkat keluar dari alam semesta (kolam) dan dilemparkan ke dunia bawah yang misterius, dimensi lain dengan lampu menyilaukan dan benda berbentuk aneh yang belum pernah dilihat ikan mas sebelumnya. Yang paling aneh dari semuanya adalah makhluk besar yang bertanggung jawab atas kemarahan ini, yang sama sekali tidak menyerupai ikan. Yang mengejutkan, ia tidak memiliki sirip apa pun, tetapi tetap bisa bergerak tanpa sirip.Jelas, hukum fisika yang sudah dikenal tidak lagi diterapkan di dunia bawah ini!

Teori Segalanya

Kadang-kadang saya percaya bahwa kita seperti ikan mas yang hidup bahagia di dasar kolam itu; kita menjalani hidup kita dengan bahagia tanpa mengetahui dunia lain yang mungkin hidup berdampingan dengan kita, menertawakan setiap saran dari alam semesta paralel.

Semua ini telah berubah agak dramatis dalam beberapa tahun terakhir. Teori ruang dimensi yang lebih tinggi sekarang dapat menjadi bagian sentral dalam membuka kunci asal usul alam semesta. Inti dari revolusi konseptual ini adalah gagasan bahwa alam semesta tiga dimensi yang kita kenal "terlalu kecil" untuk menggambarkan berbagai kekuatan yang mengatur alam semesta kita. Untuk menggambarkan dunia fisik kita, dengan berbagai bentuknya yang hampir tak terbatas, membutuhkan seluruh perpustakaan yang dipenuhi dengan gunungan jurnal teknis dan tumpukan buku-buku terpelajar yang tidak jelas. Tujuan akhir fisika, beberapa orang percaya, adalah untuk memiliki persamaan atau ekspresi tunggal dari mana volume informasi yang sangat besar ini dapat diturunkan dari prinsip-prinsip pertama. Saat ini, banyak fisikawan percaya bahwa kita telah menemukan “teori medan terpadu” yang tidak dapat dipahami oleh Einstein selama tiga puluh tahun terakhir hidupnya. Meskipun teori ruang dimensi yang lebih tinggi belum diverifikasi (dan, kita akan lihat, akan sangat mahal untuk dibuktikan secara eksperimental), hampir 5.000 makalah, pada hitungan terakhir, telah diterbitkan dalam literatur fisika mengenai teori dimensi yang lebih tinggi, dimulai dengan makalah perintis Theodore Kaluza dan Oskar Klein pada tahun 1920-an dan 30-an, hingga teori supergravitasi tahun 1970-an, dan akhirnya teori superstring tahun 1980-an dan 90-an. Faktanya, teori superstring, yang mendalilkan bahwa materi terdiri dari string kecil yang bergetar di hyperspace, memprediksi jumlah tepat dimensi ruang dan waktu: 10.

Mengapa Kita Tidak Dapat Melihat Dimensi Keempat?

Untuk memahami dimensi yang lebih tinggi ini, kita ingat bahwa dibutuhkan tiga angka untuk menentukan lokasi setiap objek di alam semesta, dari ujung hidung hingga ujung dunia. Misalnya, jika Anda ingin bertemu dengan beberapa teman di Manhattan, Anda memberitahu mereka untuk menemui Anda di gedung di sudut 42nd street dan 5th avenue, di lantai 37. Dibutuhkan dua angka untuk menemukan posisi Anda di peta, dan satu angka untuk menentukan jarak di atas peta. Dengan demikian dibutuhkan tiga angka untuk menentukan lokasi makan siang Anda. (Jika kita bertemu teman-teman kita pada siang hari, maka dibutuhkan empat angka untuk menentukan ruang dan waktu pertemuan.)

Namun, berusaha sekuat tenaga, tidak mungkin otak kita memvisualisasikan dimensi spasial keempat. Komputer, tentu saja, tidak memiliki masalah bekerja di ruang dimensi N, tetapi dimensi spasial di luar tiga tidak dapat dikonseptualisasikan oleh otak kita yang lemah. (Alasan kecelakaan malang ini berkaitan dengan biologi, bukan fisika. Evolusi manusia mengutamakan kemampuan untuk memvisualisasikan objek bergerak dalam tiga dimensi. Ada tekanan seleksi ditempatkan pada manusia yang bisa menghindari menerjang harimau gigi pedang atau melemparkan tombak pada mamut yang menyerang. Karena harimau tidak menyerang kita di dimensi spasial keempat, tidak ada gunanya mengembangkan otak dengan kemampuan untuk memvisualisasikan objek yang bergerak dalam empat dimensi.)

Bertemu dengan Makhluk Berdimensi Lebih Tinggi

Untuk memahami beberapa fitur yang membengkokkan pikiran dari dimensi yang lebih tinggi, bayangkan sebuah dunia dua dimensi, yang disebut Tanah Datar (setelah novel terkenal Edwin A. Abbott) yang menyerupai dunia yang ada di atas meja datar. Jika salah satu Flatlander hilang, kita bisa dengan cepat memindai semua Flatland, mengintip langsung ke dalam rumah, gedung, dan bahkan tempat tersembunyi. Jika salah satu Flatlander jatuh sakit, kita bisa langsung menjangkau bagian dalam mereka dan melakukan operasi, tanpa pernah memotong kulit mereka. Jika salah satu Flatlanders dipenjara (yang merupakan lingkaran yang mengelilingi Flatlander) kita dapat dengan mudah melepaskan orang itu dari Flatland ke dimensi ketiga dan menempatkan Flatlander kembali di tempat lain. Jika kita menjadi lebih ambisius dan menjulurkan jari dan tangan kita melalui Flatland,Flatlanders hanya akan melihat lingkaran daging yang melayang-layang di sekitar mereka, terus-menerus berubah bentuk dan bergabung ke dalam lingkaran lain. Dan terakhir, jika kita melemparkan Flatlander ke dunia tiga dimensi kita, Flatlander hanya dapat melihat penampang dua dimensi dari dunia kita, yaitu phantasmagoria lingkaran, kotak, dll yang terus berubah bentuk dan bergabung (lihat gbr. 1 dan 2 ). Sekarang bayangkan bahwa kita adalah "dataran datar tiga dimensi" yang dikunjungi oleh makhluk dimensi yang lebih tinggi. Jika kita tersesat, makhluk berdimensi lebih tinggi dapat memindai seluruh alam semesta kita sekaligus, mengintip langsung ke tempat persembunyian yang paling tertutup rapat. Jika kita menjadi sakit, makhluk dimensi yang lebih tinggi dapat menjangkau ke dalam tubuh kita dan melakukan operasi tanpa pernah memotong kulit kita. Jika kita berada di penjara dengan keamanan maksimum dan anti kabur, makhluk berdimensi lebih tinggi dapat dengan mudah “menarik” kita ke dimensi yang lebih tinggi dan menempatkan kita kembali di tempat lain. Jika makhluk dimensi yang lebih tinggi menempelkan "jari" mereka ke alam semesta kita, mereka akan tampak bagi kita sebagai gumpalan daging yang melayang di atas kita dan terus-menerus bergabung dan terbelah. Dan terakhir, jika kita terlempar ke hyperspace, kita akan melihat kumpulan bola, gumpalan, dan polihedra yang tiba-tiba muncul, terus berubah bentuk dan warna, lalu menghilang secara misterius. Oleh karena itu, orang-orang berdimensi lebih tinggi akan memiliki kekuatan yang mirip dengan dewa: mereka dapat berjalan menembus dinding, menghilang dan muncul kembali sesuka hati, mencapai kubah baja terkuat, dan melihat menembus bangunan. Mereka akan menjadi mahatahu dan mahakuasa. Tidak mengherankan, spekulasi tentang dimensi yang lebih tinggi telah memicu minat sastra dan seni yang sangat besar selama seratus tahun terakhir.

Mistik dan Matematika

Fyodor Dostoyevsky, dalam The Brothers Karamazov, membuat protagonisnya Ivan Karamazov berspekulasi tentang keberadaan dimensi yang lebih tinggi dan geometri non-Euclidean selama diskusi tentang keberadaan Tuhan. Dalam The Invisible Man karya HG Wells, sumber invisibility adalah kemampuannya untuk memanipulasi dimensi keempat. Oscar Wilde bahkan menyebut dimensi keempat dalam dramanya The Canterville Ghost sebagai rumah bagi hantu.

Dimensi keempat juga muncul dalam karya sastra Marcel Proust dan Joseph Conrad; itu mengilhami beberapa karya musik Alexander Scriabin, Edgar Varege, dan George Antheil. Ini mempesona kepribadian yang beragam seperti psikolog William James, tokoh sastra Gertrude Stein, dan sosialis revolusioner Vladimir Lenin. Lenin bahkan mengobarkan polemik pada dimensi ke-N dengan filsuf Ernst Mach dalam Materialism and Empirio-Criticism-nya. Lenin memuji Mach, yang "telah mengangkat pertanyaan yang sangat penting dan berguna tentang ruang dimensi-n sebagai ruang yang dapat dibayangkan," tetapi kemudian membawanya ke tugas dengan bersikeras bahwa Tsar hanya dapat digulingkan di dimensi ketiga.

Seniman secara khusus tertarik pada dimensi keempat karena kemungkinan menemukan hukum perspektif baru. Pada Abad Pertengahan, seni religius menjadi khas karena kurangnya perspektif. Budak, petani, dan raja digambarkan seolah-olah mereka datar, seperti anak-anak menggambar orang. Karena Tuhan mahakuasa dan karena itu dapat melihat semua bagian dunia kita secara setara, seni harus mencerminkan sudut pandang-Nya, sehingga dunia dilukis secara dua dimensi. Seni Renaisans adalah pemberontakan melawan perspektif datar yang berpusat pada Tuhan ini. Pemandangan menyapu dan realistis, orang tiga dimensi dilukis dari sudut pandang mata seseorang, dengan garis-garis perspektif menghilang ke cakrawala. Seni Renaisans mencerminkan cara mata manusia memandang dunia, dari sudut pandang tunggal pengamat. Dengan kata lain, seni Renaisans menemukan dimensi ketiga. Dengan dimulainya zaman mesin dan kapitalisme, dunia seni memberontak melawan materialisme dingin yang tampaknya mendominasi masyarakat industri. Bagi kaum Kubisme, positivisme adalah pengekang yang membatasi kita pada apa yang bisa diukur di laboratorium, menekan buah imajinasi kita. Mereka bertanya: Mengapa seni harus "realistis" secara klinis? Kubisme ini merebut dimensi keempat karena menyentuh dimensi ketiga dari semua perspektif yang mungkin. Sederhananya, seni kubisme menganut dimensi keempat. Lukisan Picasso adalah contoh yang bagus, menunjukkan penolakan yang jelas terhadap perspektif tiga dimensi, dengan wajah perempuan dilihat secara bersamaan dari beberapa sudut. Alih-alih satu sudut pandang, Lukisan-lukisan Picasso menampilkan banyak perspektif, seolah-olah dilukis oleh makhluk dari dimensi keempat, yang mampu melihat semua perspektif secara bersamaan. Seperti yang ditulis oleh sejarawan seni Linda Henderson, "dimensi keempat dan geometri non-Euclidean muncul sebagai salah satu tema terpenting yang menyatukan banyak seni dan teori modern."

Menyatukan Empat Kekuatan

Secara historis, fisikawan menolak teori dimensi yang lebih tinggi karena mereka tidak pernah dapat diukur, juga tidak memiliki kegunaan khusus. Tetapi untuk memahami bagaimana menambahkan dimensi yang lebih tinggi pada kenyataannya dapat menyederhanakan masalah fisik, perhatikan contoh berikut. Bagi orang Mesir kuno, cuaca adalah misteri yang lengkap. Apa yang menyebabkan musim? Mengapa cuaca menjadi lebih hangat saat mereka melakukan perjalanan ke selatan? Cuaca tidak mungkin dijelaskan dari sudut pandang terbatas orang Mesir kuno, kepada siapa bumi tampak datar, seperti bidang dua dimensi.

Tapi sekarang bayangkan mengirim orang Mesir dengan roket ke luar angkasa, di mana mereka dapat melihat bumi secara sederhana dan utuh dalam orbitnya mengelilingi matahari. Tiba-tiba, jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini menjadi jelas. Dari luar angkasa, terlihat jelas bahwa bumi miring sekitar 23 derajat pada porosnya dalam orbitnya mengelilingi matahari. Karena kemiringan ini, belahan bumi utara menerima jauh lebih sedikit sinar matahari selama satu bagian orbitnya daripada di bagian lain. Oleh karena itu kita memiliki musim dingin dan musim panas. Dan karena khatulistiwa menerima lebih banyak sinar matahari rata-rata daripada wilayah kutub utara atau selatan, maka semakin hangat saat kita mendekati khatulistiwa.

Singkatnya, hukum cuaca yang agak kabur mudah dipahami begitu kita melihat bumi dari luar angkasa. Jadi, solusi untuk masalah ini adalah naik ke luar angkasa, ke dimensi ketiga. Fakta yang tidak mungkin dipahami di dunia datar tiba-tiba menjadi jelas ketika melihat gambaran terpadu dari bumi tiga dimensi.

Empat Kekuatan Dasar

Demikian pula, kegembiraan saat ini atas dimensi yang lebih tinggi adalah bahwa mereka mungkin memegang kunci penyatuan semua kekuatan yang diketahui. Puncak dari 2.000 tahun pengamatan yang melelahkan adalah kesadaran bahwa alam semesta kita diatur oleh empat kekuatan fundamental. Keempat kekuatan ini, pada gilirannya, dapat disatukan dalam ruang dimensi yang lebih tinggi. Cahaya, misalnya, dapat dilihat hanya sebagai getaran di dimensi kelima. Kekuatan alam lainnya dapat dilihat sebagai getaran dalam dimensi yang semakin tinggi. Pada pandangan pertama, bagaimanapun, keempat kekuatan fundamental tampaknya tidak memiliki kemiripan satu sama lain. Mereka:

Gravitasi adalah kekuatan yang membuat kaki kita berlabuh ke bumi yang berputar dan mengikat tata surya dan galaksi bersama-sama. Tanpa gravitasi, kita akan langsung terlempar ke luar angkasa dengan kecepatan 1.000 mil per jam. Lebih jauh lagi, tanpa gravitasi yang menahan matahari, matahari akan meledak dalam ledakan energi yang dahsyat. Elektro-magnetisme adalah kekuatan yang menerangi kota-kota kita dan memberi energi pada peralatan rumah tangga kita. Revolusi elektronik, yang telah memberi kita bola lampu, TV, telepon, komputer, radio, radar, gelombang mikro, bola lampu, dan mesin pencuci piring, adalah produk sampingan dari gaya elektro-magnetik.

Gaya nuklir kuat adalah gaya yang menggerakkan matahari. Tanpa gaya nuklir, bintang-bintang akan berkelap-kelip dan langit akan menjadi gelap. Kekuatan nuklir tidak hanya memungkinkan kehidupan di bumi, tetapi juga kekuatan penghancur yang dilepaskan oleh bom hidrogen, yang dapat dibandingkan dengan sepotong matahari yang diturunkan ke bumi. Gaya lemah adalah gaya yang bertanggung jawab untuk peluruhan radio aktif yang melibatkan elektron. Kekuatan lemah dimanfaatkan di rumah sakit modern dalam bentuk pelacak radioaktif yang digunakan dalam kedokteran nuklir. Kekuatan yang lemah juga menghancurkan malapetaka di Chernobyl. Secara historis, setiap kali para ilmuwan mengungkap rahasia salah satu dari empat kekuatan fundamental, ini mengubah arah peradaban modern, dari penguasaan mekanika dan fisika Newtonian pada 1700-an, hingga pemanfaatan elektro-magnetisme pada 1800-an,dan akhirnya membuka kunci kekuatan nuklir di tahun 1900-an. Dalam beberapa hal, beberapa terobosan terbesar dalam sejarah sains dapat ditelusuri kembali ke pemahaman bertahap dari empat kekuatan fundamental ini. Beberapa bahkan mengklaim bahwa kemajuan ilmu pengetahuan 2.000 tahun terakhir dapat dipahami sebagai penguasaan berturut-turut dari empat kekuatan fundamental ini. Mengingat pentingnya keempat kekuatan fundamental tersebut, pertanyaan selanjutnya adalah: dapatkah mereka bersatu menjadi satu kekuatan super? Apakah mereka hanyalah manifestasi dari realitas yang lebih dalam? Mengingat pencarian sia-sia yang telah membingungkan para pemenang Hadiah Nobel dunia selama setengah abad, sebagian besar fisikawan setuju bahwa Teori Segalanya pasti merupakan penyimpangan radikal dari segala sesuatu yang telah dicoba sebelumnya. Misalnya, Niels Bohr, pendiri teori atom modern, pernah mendengarkan penjelasan Wolf gang Pauli tentang teori medan terpadu versinya. Dengan frustrasi, Bohr akhirnya berdiri dan berkata, “Kami semua setuju bahwa teori Anda benar-benar gila. Tetapi yang membedakan kami adalah apakah teori Anda cukup gila.”

Namun, hari ini, setelah beberapa dekade awal yang salah dan jalan buntu yang membuat frustrasi, banyak fisikawan terkemuka dunia berpikir bahwa mereka akhirnya menemukan teori itu "cukup gila" untuk menjadi teori medan terpadu. Ada kepercayaan luas (walaupun tentu saja tidak bulat dengan cara apapun) di laboratorium penelitian besar dunia bahwa kita akhirnya menemukan Teori Segalanya.

Teori Lapangan dalam Dimensi Tinggi

Untuk melihat bagaimana dimensi yang lebih tinggi membantu menyatukan hukum alam, fisikawan menggunakan perangkat matematika yang disebut "teori medan." Misalnya, medan magnet batang menyerupai jaring laba-laba yang memenuhi seluruh ruang. Untuk menggambarkan medan magnet, kami memperkenalkan medan, serangkaian angka yang ditentukan pada setiap titik dalam ruang yang menggambarkan intensitas dan arah gaya pada titik itu. James Clerk Maxwell, pada abad terakhir, membuktikan bahwa gaya elektro-magnetik dapat digambarkan dengan empat angka di setiap titik dalam ruang-waktu empat dimensi (diberi label A _ 1, A _ 2 , A _ 3 , A _ 4 ). Keempat angka ini, pada gilirannya, mematuhi satu set persamaan (disebut persamaan medan Maxwell).

Untuk gaya gravitasi, Einstein menunjukkan bahwa medan membutuhkan total 10 angka pada setiap titik dalam empat dimensi. 10 angka ini dapat dirangkai menjadi array yang ditunjukkan pada gambar. 3. (Karena g _ 12 = g _ 21 , hanya 10 dari 16 angka yang terdapat dalam larik yang independen.) Medan gravitasi, pada gilirannya, mematuhi persamaan medan Einstein. Ide kunci Theodore Kaluza pada 1920-an adalah menuliskan teori gravitasi lima dimensi. Dalam lima dimensi, medan gravitasi memiliki 15 bilangan independen, yang dapat diatur dalam susunan lima dimensi (lihat gbr.4). Kaluza kemudian mendefinisikan kembali kolom dan baris ke-5 dari medan gravitasi al menjadi medan elektromagnetik Maxwell.Fitur yang benar-benar ajaib dari konstruksi ini adalah bahwa teori gravitasi lima dimensi direduksi menjadi teori gravitasi asli Einstein ditambah teori cahaya Maxwell. Dengan kata lain, dengan menambahkan dimensi kelima, kita memiliki cahaya yang menyatu dengan gravitasi. Dengan kata lain, cahaya sekarang dipandang sebagai getaran di dimensi kelima. Dalam lima dimensi, ada "ruang yang cukup" untuk menyatukan gravitasi dan cahaya.

Trik ini mudah diperluas. Misalnya, jika kita menggeneralisasi teori ke dimensi N, maka medan gravitasi N dimensi dapat dibagi menjadi bagian-bagian berikut (lihat gambar 5). Sekarang, muncul generalisasi medan elektromagnetik, yang disebut "medan Yang-Mills," yang dikenal untuk menggambarkan gaya nuklir. Gaya nuklir, oleh karena itu, dapat dilihat sebagai getaran ruang dimensi yang lebih tinggi. Sederhananya, dengan menambahkan lebih banyak dimensi, kita dapat menggambarkan lebih banyak kekuatan. Demikian pula, dengan menambahkan dimensi yang lebih tinggi dan memperindah pendekatan ini (dengan sesuatu yang disebut "supersimetri), kita dapat menjelaskan seluruh partikel "kebun binatang" yang telah ditemukan selama tiga puluh tahun terakhir, dengan nama-nama aneh seperti quark, neutrino, muon, gluon, dll.Meskipun matematika yang diperlukan untuk memperluas gagasan Kaluza telah mencapai ketinggian yang benar-benar menakjubkan, bahkan matematikawan profesional pun terkejut, ide dasar di balik penyatuan tetap sangat sederhana: kekuatan alam dapat dilihat sebagai getaran di ruang dimensi yang lebih tinggi.

Apa yang Terjadi Sebelum Big Bang?

Salah satu keuntungan memiliki teori semua gaya adalah bahwa kita mungkin dapat menyelesaikan beberapa pertanyaan paling sulit dan lama dalam fisika, seperti asal usul alam semesta, dan keberadaan "lubang cacing" dan bahkan mesin waktu. Teori superstring 10 dimensi, misalnya, memberi kita penjelasan yang meyakinkan tentang asal usul Big Bang, ledakan kosmik yang terjadi 15 hingga 20 miliar tahun yang lalu, yang membuat bintang-bintang dan galaksi-galaksi terlempar ke segala arah. Dalam teori ini, alam semesta awalnya dimulai sebagai alam semesta 10 dimensi yang sempurna tanpa apa pun di dalamnya. Pada awalnya, alam semesta benar-benar kosong. Namun, alam semesta 10 dimensi ini tidak stabil. Ruang-waktu 10 dimensi yang asli akhirnya “terpecah” menjadi dua bagian, alam semesta empat dan enam dimensi.Alam semesta membuat "lompatan kuantum" ke alam semesta lain di mana enam dari 10 dimensi runtuh dan meringkuk menjadi bola kecil, memungkinkan alam semesta empat dimensi yang tersisa meledak keluar dengan kecepatan yang sangat besar. Alam semesta empat dimensi (dunia kita) berkembang pesat, menciptakan Ledakan Besar, sedangkan alam semesta enam dimensi membungkus dirinya menjadi bola kecil dan menyusut ke ukuran yang sangat kecil. Ini menjelaskan asal mula Big Bang. Ekspansi alam semesta saat ini, yang dapat kita ukur dengan instrumen kita, adalah gempa susulan yang agak kecil dari keruntuhan yang lebih dahsyat: pecahnya alam semesta 10 dimensi menjadi alam semesta empat dan enam dimensi. Alam semesta empat dimensi (dunia kita) berkembang pesat, menciptakan Ledakan Besar, sedangkan alam semesta enam dimensi membungkus dirinya menjadi bola kecil dan menyusut ke ukuran yang sangat kecil.

Pada prinsipnya, ini juga menjelaskan mengapa kita tidak dapat mengukur alam semesta enam dimensi, karena ia telah menyusut ke ukuran yang jauh lebih kecil daripada atom. Jadi, tidak ada eksperimen terikat bumi yang dapat mengukur alam semesta enam dimensi karena ia telah meringkuk menjadi bola yang terlalu kecil untuk dianalisis bahkan oleh instrumen kita yang paling kuat sekalipun. (Ini akan mengecewakan bagi mereka yang ingin mengunjungi dimensi yang lebih tinggi ini dalam hidup mereka. Dimensi yang lebih tinggi ini terlalu kecil untuk dimasuki.)

Mesin Waktu?

Teka-teki lama lainnya menyangkut alam semesta paralel dan perjalanan waktu. Menurut teori gravitasi Einstein, ruang-waktu dapat divisualisasikan sebagai kain yang diregangkan dan terdistorsi oleh kehadiran materi dan energi. Medan gravitasi lubang hitam, misalnya, dapat divisualisasikan sebagai corong, dengan bintang mati yang runtuh di pusatnya (lihat gambar 6). Siapa pun yang cukup malang untuk terlalu dekat dengan corong pasti akan jatuh ke dalamnya dan dihancurkan sampai mati. Satu teka-teki, bagaimanapun, adalah bahwa, menurut persamaan Einstein, corong lubang hitam harus menghubungkan alam semesta kita dengan alam semesta paralel. Selanjutnya, jika corong menghubungkan alam semesta kita dengan dirinya sendiri, maka kita memiliki “lubang cacing” (lihat gambar 7). Anomali ini tidak mengganggu Einstein karena dianggap bahwa perjalanan melalui leher corong, disebut "jembatan Einstein-Rosen," tidak mungkin (karena siapa pun yang jatuh ke dalam lubang hitam akan terbunuh).

Namun, selama bertahun-tahun fisikawan seperti Roy Kerr serta Kip Thorne di Institut Teknologi California telah menemukan solusi baru dari persamaan Einstein di mana medan gravitasi tidak menjadi tak terbatas di pusat, yaitu pada prinsipnya, sebuah kapal roket dapat melakukan perjalanan melalui jembatan Einstein-Rosen ke alam semesta alternatif (atau bagian yang jauh dari alam semesta kita sendiri) tanpa terkoyak oleh medan gravitasi yang kuat. (Lubang cacing ini sebenarnya adalah representasi matematis dari Kaca Penampakan Alice.)

Yang lebih menarik, lubang cacing ini bisa dilihat sebagai mesin waktu. Karena kedua ujung lubang cacing dapat menghubungkan dua era waktu, Thorne dan rekan-rekannya telah menghitung kondisi yang diperlukan untuk memasuki lubang cacing di satu era dan keluar dari sisi lain di era lain. (Thorne tidak gentar dengan fakta bahwa energi yang diperlukan untuk membuka jembatan Einstein-Rosen melebihi energi bintang, dan karenanya di luar jangkauan teknologi masa kini. Tetapi bagi Thorne, ini hanyalah detail kecil bagi para insinyur beberapa peradaban yang cukup maju di luar angkasa!) Thorne bahkan memberikan gambaran kasar tentang seperti apa mesin waktu ketika dibangun. (Bayangkan, bagaimanapun, kekacauan yang bisa meletus jika mesin waktu sama biasa dengan mobil. Buku sejarah tidak akan pernah bisa ditulis. Ribuan orang yang ikut campur akan terus-menerus kembali ke masa lalu untuk melenyapkan nenek moyang musuh mereka, untuk mengubah hasil Perang Dunia I dan II, untuk menyelamatkan hidup John Kennedy dan Abraham Lincoln, dll. “Sejarah” seperti yang kita ketahui akan menjadi mustahil, membuang sejarawan profesional dari pekerjaan. Dengan setiap putaran mesin waktu, sejarah akan berubah seperti pasir yang ditiup angin.) Namun, fisikawan lain, seperti Steven Hawking, meragukan perjalanan waktu. Mereka berpendapat bahwa efek kuantum (seperti medan radiasi intens di corong) dapat menutup jembatan Einstein-Rosen. Hawking bahkan mengajukan "bukti" eksperimental bahwa mesin waktu tidak mungkin (yaitu jika mesin waktu itu ada, kita akan dikunjungi oleh turis dari masa depan).untuk menyelamatkan hidup John Kennedy dan Abraham Lincoln, dll.

Kontroversi ini baru-baru ini menghasilkan banyak makalah dalam literatur fisika. Masalah penting adalah bahwa meskipun persamaan gravitasi Einstein memungkinkan untuk perjalanan waktu, mereka juga rusak ketika mendekati lubang hitam, dan efek kuantum, seperti radiasi, mengambil alih. Tetapi untuk menghitung apakah koreksi kuantum ini cukup kuat untuk menutup jembatan Einstein-Rosen, seseorang tentu membutuhkan teori medan terpadu yang mencakup teori gravitasi Einstein serta teori radiasi kuantum. Jadi ada harapan bahwa segera pertanyaan-pertanyaan ini dapat dijawab sekali dan untuk semua oleh teori medan terpadu. Kedua sisi kontroversi perjalanan waktu mengakui bahwa pada akhirnya pertanyaan ini akan diselesaikan oleh Theory of Everything.

Menciptakan kembali kreasi

Meskipun teori superstring 10 dimensi telah disebut sebagai penemuan paling menarik dalam fisika teoretis dalam beberapa dekade terakhir, para kritikusnya berfokus pada titik terlemahnya, yang hampir mustahil untuk diuji. Energi di mana empat gaya fundamental bergabung menjadi satu, gaya terpadu terjadi pada "energi Planck" yang luar biasa, yang satu miliar miliar kali lebih besar daripada energi yang ditemukan dalam proton. Bahkan jika semua bangsa di bumi bersatu dan dengan pikiran tunggal membangun penghancur atom terbesar sepanjang sejarah, itu masih belum cukup untuk menguji teorinya. Karena itu, beberapa fisikawan mencemooh gagasan bahwa teori superstring bahkan dapat dianggap sebagai "teori" yang sah. Peraih Nobel Sheldon Glashow, misalnya, telah membandingkan teori superstring dengan mantan Pres.Program Star Wars Reagan (karena tidak dapat diuji dan menguras bakat ilmiah terbaik). Alasan mengapa teori tidak dapat diuji agak sederhana. Teori Segalanya tentu merupakan teori Penciptaan, yaitu, teori itu harus menjelaskan segala sesuatu mulai dari asal mula Ledakan Besar hingga bunga bakung di padang. Kekuatan penuhnya dimanifestasikan pada saat Big Bang, di mana semua simetrinya utuh. Oleh karena itu, menguji teori ini berarti menciptakan kembali Penciptaan di bumi, yang tidak mungkin dilakukan dengan teknologi masa kini. (Kritik ini berlaku, pada kenyataannya, untuk setiap teori Penciptaan. Filsuf David Hume, misalnya, percaya bahwa teori ilmiah tentang Penciptaan secara filosofis tidak mungkin. Ini karena dasar sains bergantung pada reproduktifitas,dan Penciptaan adalah satu peristiwa yang tidak akan pernah bisa direproduksi di laboratorium.)

Meskipun ini mengecewakan, sepotong teka-teki mungkin dipasok oleh Superconducting Supercollider (SSC), yang, jika dibangun, akan menjadi penghancur atom terbesar di dunia. SSC (yang kemungkinan akan dibatalkan oleh Kongres) dirancang untuk mempercepat proton ke energi yang mengejutkan puluhan triliun elektron volt. Ketika partikel-partikel sub-atomik ini menabrak satu sama lain pada energi fantastis di dalam SSC, suhu yang belum pernah terlihat sejak saat Penciptaan akan dihasilkan. Itulah mengapa kadang-kadang disebut “jendela Penciptaan.” Dengan biaya /8-10 miliar, SSC terdiri dari cincin magnet kuat yang direntangkan dalam tabung sepanjang lebih dari 50 mil. Faktanya, seseorang dapat dengan mudah memasukkan Washington Beltway, yang mengelilingi Washington DC, di dalam SSC. Jika dan ketika dibangun,fisikawan berharap bahwa SSC akan menemukan beberapa partikel sub-atom eksotis untuk melengkapi pemahaman kita saat ini tentang empat gaya. Namun, ada juga kemungkinan kecil bahwa fisikawan dapat menemukan partikel “supersimetris”, yang mungkin merupakan sisa-sisa teori superstring asli. Dengan kata lain, meskipun teori superstring tidak dapat diuji secara langsung oleh SSC, orang berharap dapat menemukan resonansi dari teori superstring di antara puing-puing yang diciptakan dengan menghancurkan proton bersama pada energi yang tidak ditemukan sejak Big Bang.








No comments:

Post a Comment