Atom Ruang dan Waktu

Atom Ruang dan Waktu

Postingan kali ini sedikit menambahi postingan dari Planetes yang menjelaskan tetang Dunia Paralel, kali ini saya akan menjelaskan tentang Atom Ruang dan Waktu.

Kita merasa ruang dan waktu bersifat continuous (terhubung/tersambung), tapi bila teori loop quantum gravity yang mengagumkan itu benar, ruang dan waktu sebetulnya tersusun dari kepingan discrete (diskret/terpisah).

Lebih dari 100 tahun lalu kebanyakan orang—dan kebanyakan ilmuwan—menganggap materi bersifat continuous. Walaupun sejak zaman kuno beberapa filsuf dan ilmuwan telah berspekulasi bahwa jika materi dipecah menjadi potongan-potongan cukup kecil, ia mungkin tersusun dari atom-atom amat kecil, hanya segelintir yang berpikir bahwa eksistensi atom bisa dibuktikan. Hari ini kita telah melukiskan atom-atom tersendiri dan telah mempelajari partikel yang menyusunnya. Kebutiran (granularity) materi adalah berita lama.

Pada dekade belakangan, fisikawan dan matematikawan bertanya-tanya apakah ruang juga terbuat dari kepingan diskret. Apakah ia continuous, sebagaimana kita pelajari di sekolah, ataukah lebih mirip sepotong kain, ditenun dari serat-serat tersendiri? Jika kita bisa menyelidiki sampai skala ukuran yang cukup kecil, akankah kita melihat “atom” ruang, kepingan volume tak tereduksi yang tidak bisa dipecah menjadi sesuatu yang lebih kecil? Dan bagaimana dengan waktu: apakah alam terus-menerus berubah, atau apakah dunia berkembang dalam serangkaian langkah sangat kecil, bertindak lebih mirip komputer digital?

Dua dekade terakhir telah menyaksikan kemajuan besar terkait pertanyaan-pertanyaan ini. Sebuah teori bernama aneh, “loop quantum gravity”, memprediksi bahwa ruang dan waktu memang terbuat dari kepingan diskret. Gambaran yang diungkap oleh kalkulasi dalam kerangka teori ini amat sederhana dan menawan. Teori tersebut telah memperdalam pemahaman kita akan fenomena membingungkan yang berkaitan dengan black hole dan big bang. Di atas semua itu, ia bisa diuji; ia membuat prediksi-prediksi untuk eksperimen yang bisa dilakukan dalam waktu dekat yang akan memungkinkan kita mendeteksi atom-atom ruang, jika mereka betul-betul ada.

Quantum
Saya dan kolega mengembangkan teori loop quantum gravity sambil bergulat dengan persoalan lama dalam fisika: apakah mungkin untuk mengembangkan teori gravitasi quantum? Untuk menjelaskan mengapa ini merupakan pertanyaan penting—dan apa kaitannya dengan kebutiran ruang dan waktu—saya harus pertama-tama menceritakan sedikit soal teori quantum dan teori gravitasi.

Teori mekanika quantum dirumuskan di perempat pertama abad 20, sebuah perkembangan yang terkait erat dengan konfirmasi bahwa materi terbuat dari atom. Persamaan-persamaan mekanika quantum mensyaratkan bahwa kuantitas tertentu, seperti energi sebuah atom, hanya bisa tersusun dari unit-unit diskret spesifik. Teori quantum berhasil memprediksikan atribut dan perilaku atom dan partikel unsur dan gaya yang menyusunnya. Tak ada teori dalam sejarah sains yang lebih sukses daripada teori quantum. Ia mendasari pemahaman kita akan kimia, fisika atom dan subatom, elektronika, dan bahkan biologi.

Pada dekade yang sama ketika mekanika quantum sedang dirumuskan, Albert Einstein mengkonstruksi teori relativitas umumnya, yakni teori gravitasi. Menurut teorinya, gaya gravitasi timbul sebagai konsekuensi ruang dan waktu (yang bersama membentuk “ruangwaktu”) yang dilengkungkan oleh kehadiran materi. Analogi longgarnya adalah bola bowling yang ditempatkan di atas tilam karet bersama dengan kelereng yang menggelinding di sekelilingnya. Bola-bola tersebut dapat merepresentasikan matahari (sebagai bola bowling) dan bumi sebagai (kelereng), dan tilam itu adalah ruang. Bola bowling menciptakan lekukan dalam di tilam karet, dan lereng lekukan ini menyebabkan kelereng terbelokkan ke arah bola yang lebih besar, seolah-olah suatu gaya—gravitasi—menariknya ke arah tersebut. Demikian halnya, suatu keping materi atau konsentrasi energi mendistorsi geometri ruangwaktu, menyebabkan partikel lain dan sinar cahaya terbelokkan ke arahnya, sebuah fenomena yang kita sebut gravitasi.

Teori quantum dan teori relativitas umum Einstein telah dikonfirmasikan secara terpisah dan fantastis melalui eksperimen—tapi belum ada eksperimen yang menggali aturan di mana kedua teori memprediksikan efek-efek signifikan. Persoalannya adalah bahwa efek-efek quantum mencolok pada skala ukuran kecil, sedangkan efek relativitas umum mensyaratkan massa besar, sehingga perlu keadaan luar biasa untuk mengkombinasikan kedua kondisi.

Semoga pengetahuan tentang Teori Quantum bisa lebih di mengerti oleh kalian, 

Thanks