Idenya bukanlah bahwa alam semesta ini adalah semacam simulasi seperti dalam film The Matrix, tetapi bahwa meskipun kita tampaknya hidup di alam semesta tiga dimensi, alam semesta ini mungkin hanya memiliki dua dimensi. Ini disebut prinsip holografik.
Pemikirannya seperti ini: Ada permukaan dua dimensi yang berada cukup jauh, yang berisi semua data yang diperlukan untuk sepenuhnya menggambarkan semesta kita – dan seperti halnya dalam hologram, data ini diproyeksikan muncul dalam tiga dimensi. Seperti halnya karakter di layar TV, kita hidup di permukaan datar yang kelihatannya memiliki kedalaman.
Mungkin terdengar tidak masuk akal. Tetapi ketika beberapa fisikawan menganggap itu benar dalam perhitungan mereka, semua masalah fisika besar – seperti sifat lubang hitam dan rekonsiliasi gravitasi dan mekanika kuantum – menjadi jauh lebih mudah untuk dipecahkan. Singkatnya, hukum fisika tampaknya lebih masuk akal ketika ditulis dalam dua dimensi daripada dalam tiga dimensi.
“Teori ini tidak dianggap spekulasi liar di antara sebagian besar fisikawan teoretis,” kata Leonard Susskind, fisikawan Stanford yang pertama kali secara formal mendefinisikan ide itu beberapa dekade yang lalu. “Ini menjadi alat yang berfungsi setiap hari untuk memecahkan masalah dalam fisika.”
Tetapi ada perbedaan penting yang harus dibuat di sini. Tidak ada bukti langsung bahwa alam semesta kita sebenarnya adalah hologram dua dimensi. Perhitungan ini tidak sama dengan bukti matematika. Sebaliknya, mereka malah menyarankan bahwa alam semesta kita bisa jadi adalah sebuah hologram. Dan sampai sekarang, tidak semua fisikawan percaya bahwa kita memiliki cara yang baik untuk menguji ide ini secara eksperimental.
Dari mana ide bahwa alam semesta mungkin adalah sebuah hologram?
Ide awalnya muncul dari sepasang paradoks tentang lubang hitam.
1) Masalah kehilangan informasi dalam lubang hitam
Pada tahun 1974, Stephen Hawking yang terkenal menemukan bahwa lubang hitam, bertentangan dengan apa yang telah lama dipikirkan, sebenarnya mereka memancarkan sedikit radiasi dari waktu ke waktu. Akhirnya, ketika energi ini mengalir menjauh dari event horizon – tepi luar dari lubang hitam – lubang hitam harus benar-benar menjadi hilang.
Ilustrasi radiasi yang keluar dari lubang hitam.
Namun, ide ini mendorong apa yang dikenal sebagai masalah kehilangan informasi dalam lubang hitam. Sudah lama dipikirkan bahwa informasi fisik tidak dapat dimusnahkan: Semua partikel akan mempertahankan bentuk aslinya atau, jika berubah, perubahan itu berdampak pada partikel lain, sehingga keadaan awal partikel pertama dapat disimpulkan pada akhirnya.
Sebagai analogi, pikirkan tumpukan dokumen yang dimasukkan ke dalam mesin penghancur kertas. Meskipun mereka dipotong kecil-kecil, informasi yang ada di kertas masih ada. Sudah dipotong-potong kecil, tapi belum hilang, dan diberi waktu yang cukup, dokumen-dokumen itu bisa disusun kembali sehingga Anda tahu apa yang ditulis pada awalnya. Intinya, hal yang sama terjadi dengan sifat partikel.
Tapi ada masalah: Jika lubang hitam menghilang, maka informasi yang ada di objek apa pun yang mungkin telah tersedot ke dalamnya tampaknya juga menghilang.
Salah satu solusi, yang diusulkan oleh Susskind dan fisikawan Belanda Gerard ‘t Hooft pada pertengahan ’90 -an, adalah bahwa ketika sebuah objek ditarik ke dalam lubang hitam, ia akan meninggalkan semacam cetakan 2D yang dikodekan pada event horizon . Kemudian, ketika radiasi meninggalkan lubang hitam, ia mengambil jejak data ini. Dengan cara ini, informasi tidak benar-benar hancur.
Dan perhitungan mereka menunjukkan bahwa hanya pada permukaan 2D dari lubang hitam, Anda dapat menyimpan informasi yang cukup untuk sepenuhnya menggambarkan objek 3D yang tampak di dalamnya.
“Analogi yang kami berdua pikirkan secara independen adalah hologram – sepotong film dua dimensi yang dapat menyandikan semua informasi dalam wilayah ruang tiga dimensi,” kata Susskind.
Masalah entropi: Ada juga masalah terkait dalam menghitung jumlah entropi dalam lubang hitam – yaitu, jumlah gangguan dan keacakan di antara partikel-partikelnya. Pada tahun 70-an, Jacob Bekenstein telah menghitung bahwa entropi mereka tertutup, dan bahwa tutupnya sebanding dengan area 2D event horizon dari lubang hitam.
“Untuk sistem materi biasa, entropi sebanding dengan volume, bukan area,” kata Juan Maldacena, seorang fisikawan Argentina yang terlibat dalam mempelajari prinsip holografik. Akhirnya, ia dan yang lainnya melihat bahwa ini juga menunjuk pada gagasan bahwa apa yang tampak seperti objek 3D – lubang hitam – mungkin paling baik dipahami hanya dengan menggunakan dua dimensi.
Bagaimana gagasan ini beralih dari lubang hitam ke seluruh alam semesta?
Tak satu pun dari ini adalah bukti bahwa lubang hitam adalah sebuah hologram. Tetapi sejak awal, kata Susskind, fisikawan mengakui bahwa memandang seluruh alam semesta sebagai objek dua dimensi yang tampak sebagai tiga dimensi yang dapat membantu menyelesaikan beberapa masalah yang lebih dalam dalam fisika teoretis. Dan matematika bekerja dengan baik apakah Anda berbicara tentang lubang hitam, planet, atau seluruh alam semesta.
Pada 1998, Maldacena menunjukkan bahwa alam semesta hipotetis bisa jadi sebuah hologram. Alam semesta hipotetisnya yang khusus adalah dalam apa yang disebut ruang anti-de Sitter (yang, untuk menyederhanakan banyak hal, memiliki bentuk melengkung pada jarak yang sangat jauh, berlawanan dengan alam semesta kita, yang diyakini datar):
Terlebih lagi, dengan melihat alam semesta ini dalam dua dimensi, ia menemukan cara untuk membuat ide teori string yang semakin populer – kerangka luas di mana blok bangunan dasar alam semesta adalah string satu dimensi, bukan partikel – cocok dengan hukum-hukum fisika partikel yang sudah mapan.
Dan yang lebih penting lagi, dengan melakukan itu, dia menyatukan dua konsep fisika yang sangat penting dan berbeda di bawah satu kerangka teori. “Prinsip holografik menghubungkan teori gravitasi dengan teori fisika partikel,” kata Maldacena.
Menggabungkan dua gagasan mendasar ini menjadi satu teori koheren (sering disebut gravitasi kuantum) tetap menjadi salah satu cawan suci fisika. Jadi prinsip holografik memungkinkan ini dalam dunia hipotetis menjadi hal yang besar.
Tentu saja, semua ini masih sangat dini dengan mengatakan bahwa alam semesta kita yang sebenarnya adalah sebuah hologram.
Tetapi mungkinkah alam semesta kita benar-benar sebuah hologram – atau apakah gagasan itu hanya berlaku pada hipotetis saja?
Itu masih masalah perdebatan aktif. Tetapi ada beberapa karya teoretis baru-baru ini yang menunjukkan prinsip holografik mungkin juga berlaku untuk alam semesta kita – termasuk makalah profil tinggi oleh fisikawan Austria dan India yang keluar Mei lalu.
Seperti Maldacena, mereka juga berusaha menggunakan prinsip holografik untuk menemukan kesamaan antara bidang fisika kuantum yang berbeda dan teori gravitasi. Di alam semesta kita, dua teori ini biasanya tidak selaras: Mereka memprediksi hasil yang berbeda mengenai perilaku partikel apa pun.
Tetapi dalam makalah baru, fisikawan menghitung bagaimana teori-teori ini akan memprediksi tingkat keterjeratan kuantum- fenomena kuantum aneh di mana keadaan dua partikel kecil dapat berkorelasi sehingga perubahan satu partikel dapat mempengaruhi yang lain, bahkan jika jarak mereka jauh sekali. Mereka menemukan bahwa dengan melihat satu model tertentu dari alam semesta yang datar sebagai hologram, mereka memang bisa mendapatkan hasil dari kedua teori yang cocok.
Meski begitu, meskipun ini sedikit lebih dekat dengan alam semesta kita daripada yang dilakukan oleh Maldacena, itu hanya satu jenis teori ruang datar tertentu, dan perhitungan mereka tidak memperhitungkan waktu – hanya tiga dimensi spasial lainnya. Terlebih lagi, bahkan jika ini berlaku langsung ke alam semesta kita, itu hanya akan menunjukkan bahwa itu mungkin saja sebuah hologram.
Bagaimana kita dapat membuktikan bahwa alam semesta adalah hologram?
Fermilab’s Holometer, digunakan dalam tes yang beberapa orang katakan dapat menemukan bukti untuk prinsip holografik.
Jenis pembuktian terbaik akan dimulai dengan beberapa prediksi yang dapat diuji yang dibuat oleh para ahli teori holografik. Fisikawan eksperimental kemudian dapat mengumpulkan bukti untuk melihat apakah itu cocok dengan prediksi. Sebagai contoh, teori Big Bang meramalkan bahwa kita mungkin menemukan beberapa bentuk energi sisa yang muncul di seluruh alam semesta sebagai akibat dari ekspansi 13,8 miliar tahun lalu – dan pada 1960-an, para astronom menemukan hal itu, dalam bentuk latar belakang gelombang mikro kosmik.
Saat ini, tidak ada tes yang disepakati secara universal yang akan memberikan bukti kuat untuk ide tersebut. Namun, beberapa fisikawan percaya bahwa prinsip holografik meramalkan ada batas berapa banyak ruangwaktu informasi dapat terkandung, karena ruangwaktu 3D kita yang tampaknya dikodekan oleh jumlah terbatas informasi 2D. Seperti yang dikatakan oleh peneliti Fermilab’s Craig Hogan baru-baru ini di Motherboard, “Efek dasarnya adalah realitas memiliki jumlah informasi yang terbatas, seperti film Netflix ketika Comcast tidak memberi Anda bandwidth yang cukup. Gambarnya menjadi sedikit buram dan bergoyang.”
Hogan dan yang lainnya menggunakan alat yang disebut Holomoter untuk mencari keburaman semacam ini. Itu bergantung pada laser yang kuat untuk melihat apakah – pada tingkat super-kecil, submikroskopis – ada batas mendasar dalam jumlah informasi yang hadir dalam ruangwaktu itu sendiri. Jika ada, kata mereka, itu bisa menjadi bukti bahwa kita hidup dalam sebuah hologram.
Namun, fisikawan lain, termasuk Susskind, menolak premis eksperimen ini dan mengatakan itu belum dapat memberikan bukti apa pun untuk prinsip holografik.
Katakanlah kita membuktikan bahwa alam semesta adalah hologram. Apa artinya itu bagi kehidupan saya sehari-hari?
Dalam satu pengertian yang ketat, itu akan berarti sedikit. Hukum fisika yang sama dengan yang telah Anda jalani sepanjang hidup Anda tampaknya akan tetap sama persis. Rumah, anjing, mobil, dan tubuh Anda akan terus muncul sebagai objek tiga dimensi, seperti yang selalu mereka miliki.
Tetapi dalam arti yang lebih dalam, penemuan ini akan merevolusi keberadaan kita pada tingkat yang mendalam.
Tidak masalah bagi kehidupan Anda sehari-hari bahwa alam semesta terbentuk 13,8 miliar tahun secara tiba-tiba, dari ekspansi yang keras dari satu titik materi. Tetapi penemuan Big Bang sangat penting bagi pemahaman kita saat ini tentang sejarah alam semesta dan tempat kita di dalam kosmos.
Demikian juga, prinsip-prinsip aneh mekanika kuantum – seperti keterikatan, di mana dua partikel yang jauh saling mempengaruhi – tidak benar-benar mengubah kehidupan sehari-hari Anda juga. Anda tidak dapat melihat atom dan tidak melihat mereka melakukan ini. Tetapi prinsip-prinsip ini adalah kebenaran dasar lain yang memberi tahu kita sesuatu yang sama sekali tidak terduga tentang sifat dasar alam semesta.
Membuktikan prinsip holografis akan sama. Menjalani hidup normal kita, kita mungkin tidak akan terlalu memikirkan fakta aneh, berlawanan dengan intuisi bahwa kita hidup dalam hologram. Tetapi penemuan itu akan berfungsi sebagai langkah penting untuk memahami sepenuhnya hukum-hukum fisika – yang menentukan setiap tindakan yang pernah Anda lakukan.
No comments:
Post a Comment