Laman

▼

Wednesday, October 17, 2012

Awal Alam Semesta: Kacau

Instrumen matematika terbaru kembali menunjukkan bahwa alam semesta kita yang terus berevolusi ini berawal dari kekacauan yang luar biasa.
Tujuh tahun lalu fisikawan Universitas Northwestern, Adilson E. Motter, menduga bahwa perluasan alam semesta pada saat dentuman besar itu sangat kacau. Sekarang ia beserta kolega telah membuktikannya dengan menggunakan argumen matematis yang ketat. Penelitian yang diterbitkan jurnal Communications in Mathematical Physics, melaporkan bahwa tidak hanya kekacauan itu yang mutlak tetapi juga perangkat matematika yang dapat digunakan untuk mendeteksinya. Bila diterapkan pada model yang paling diterima untuk evolusi alam semesta, perangkat ini menunjukkan bahwa awal alam semesta adalah kacau.

Beberapa hal adalah mutlak. Kecepatan cahaya, misalnya, adalah sama bagi setiap observer dalam ruang kosong. Lainnya adalah relatif. Pikirkan kerlipan merah-biru pada sirene ambulans, yang bergerak dari tinggi ke rendah saat melewati observer. Permasalahan lama dalam fisika adalah menentukan apakah kekacauan – fenomena dengan kejadian kecil yang menyebabkan perubahan sangat besar dalam evolusi waktu dari sebuah sistem, seperti alam semesta – adalah absolut atau relatif dalam sistem yang diatur oleh relativitas umum, di mana waktu itu sendiri adalah relatif.

Aspek dasar menyangkut teka-teki ini menentukan kemampuan secara pasti apakah alam semesta secara keseluruhan telah berperilaku secara kacau. Jika kekacauan relatif, seperti yang disarankan oleh beberapa studi sebelumnya, pertanyaan ini tidak bisa dijawab karena observer yang berbeda bisa mencapai kesimpulan yang berlawanan.

“Sebuah penafsiran bersaing adalah bahwa kekacauan bisa menjadi milik observer daripada milik sistem yang diamati,” kata Motter, seorang penulis dari koran dan asisten profesor fisika dan astronomi di Northwestern’s Weinberg College of Arts and Sciences. “Studi kami menunjukkan bahwa pengamat yang berbeda tentu akan setuju pada sifat kacau sistem.”

Pekerjaan ini memiliki implikasi langsung bagi kosmologi dan menunjukkan secara khusus bahwa perubahan tidak menentu arah pergeseran merah-biru dalam alam semesta awal pada kenyataannya adalah kacau.

Motter bekerjasama dengan rekannya, Gelfert Katrin, seorang matematikawan dari Universitas Federal Rio de Janeiro, Brazil, dan mantan anggota fakultas di Northwestern, yang mengatakan bahwa aspek-aspek matematis dari permasalahan adalah inspirasi dan kemungkinan menyebabkan perkembangan matematika lainnya.

Sebuah pertanyaan terbuka yang penting dalam kosmologi adalah untuk menjelaskan mengapa bagian alam semesta yang jauh dan terlihat – termasuk yang terlalu jauh untuk berinteraksi satu sama lain – sangat mirip.

“Orang mungkin menyarankan ‘Karena alam semesta skala besar telah dibuat seragam,” kata Motter, “tapi ini bukan tipe jawaban yang bisa diterima begitu saja oleh fisikawan.”

Lima puluh tahun yang lalu, para fisikawan percaya bahwa jawaban yang benar bisa berada pada kejadian sepersekian detik setelah Big Bang. Meskipun studi awal gagal menunjukkan bahwa ketidakteraturan keadaan awal alam semesta akhirnya berkumpul hingga ke bentuk saat ini, peneliti menemukan sesuatu potensi yang bahkan lebih menarik: kemungkinan bahwa alam semesta secara keseluruhan lahir pada dasarnya kacau.

Alam semesta masa kini meluas dan terus meluas dalam segala arah, kata Motter, yang menyebabkan pergeseran merah dari sumber cahaya yang jauh ke dalam segala tiga dimensi – analog optik dari kerlipan rendah dalam sebuah sirene yang bergerak. Alam semesta awal, di sisi lain, berkembang dalam dua dimensi dan berkontraksi dalam dimensi ketiga.

Hal ini menyebabkan pergeseran merah dalam dua arah dan pergeseran biru dalam satu arah. Arah kontraksi bagaimanapun juga tidak selalu sama dalam sistem ini. Sebaliknya, secara bergantian tidak teratur antara x, y dan z.

“Menurut teori relativitas umum klasik, alam semesta awal mengalami banyak goyangan antara arah berkontraksi dan meluas,” kata Motter.

“Ini bisa berarti bahwa evolusi awal alam semesta, meski tidak harus kondisi saat ini, secara sangat sensitif tergantung pada kondisi awal yang diatur oleh Bing Bang.”

Masalah ini memperoleh dimensi baru 22 tahun yang lalu ketika dua peneliti lainnya, Gerson Francisco dan George Matsas, menemukan bahwa deskripsi yang berbeda dari peristiwa yang sama mengarah pada kesimpulan yang berbeda tentang sifat kacau dari alam semesta awal. Karena deskripsi yang berbeda dapat mewakili sudut pandang observer yang berbeda, ini menantang hipotesis bahwa akan ada kesepakatan antar observer yang berbeda. Atau, dalam teori relativitas umum, ini seperti kesepakatan yang disebut sebagai “relativistic invariant.”

“Secara teknis, kami telah membentuk kondisi di mana indikator kekacauan adalah invarian relativistik,” kata Motter. “Karakterisasi matematis kami juga menjelaskan hasil kontroversial yang ada. Mereka dihasilkan oleh singularitas yang diinduksi dengan pilihan koordinat waktu, yang tidak hadir untuk pengamatan yang bisa diterima secara fisik.”

No comments:

Post a Comment