Bagaimana mendamaikan dua tonggak fizik moden yang bertentangan: teori dan graviti kuantum? Untuk masa yang lama, para saintis percaya bahawa lambat laun sains akan mengakui teori ini atau teori itu dominan, tetapi kenyataannya, seperti biasa, ternyata jauh lebih menarik. Penyelidikan baru menunjukkan bahawa graviti boleh timbul dari turun naik secara rawak pada tahap kuantum.
Di antara dua teori asas yang menjelaskan realiti di sekitar kita, teori kuantum menarik interaksi antara zarah zat terkecil, sementara relativiti umum merujuk kepada graviti dan struktur terbesar di seluruh alam semesta. Sejak zaman Einstein, ahli fizik telah berusaha untuk merapatkan jurang antara ajaran ini, tetapi dengan kejayaan yang berbeza-beza.
Salah satu cara untuk mendamaikan graviti dengan mekanik kuantum adalah dengan menunjukkan bahawa graviti didasarkan pada zarah jirim yang tidak dapat dipisahkan. Prinsip ini dapat dibandingkan dengan bagaimana kuanta cahaya itu sendiri, foton, mewakili gelombang elektromagnetik. Sehingga kini, saintis tidak mempunyai cukup data untuk menyokong andaian ini, tetapi Antoine Tilloy (Antoine Tilloy) dari Institut Optik Kuantum. Max Planck di Garching, Jerman, cuba menggambarkan graviti dengan prinsip mekanik kuantum. Tetapi bagaimana dia melakukannya?
Dunia kuantum
Dalam teori kuantum, keadaan zarah dijelaskan oleh fungsi gelombang. Contohnya, ini membolehkan anda mengira kebarangkalian mencari zarah pada satu titik atau titik di ruang angkasa. Sebelum pengukuran itu sendiri, tidak jelas tidak hanya di mana zarah itu, tetapi juga apakah ia wujud. Fakta pengukuran secara harfiah mencipta kenyataan dengan "memusnahkan" fungsi gelombang. Tetapi mekanik kuantum jarang menangani pengukuran, itulah sebabnya ia adalah salah satu bidang fizik yang paling kontroversial. Ingat paradoks Schrödinger: anda tidak dapat menyelesaikannya sehingga anda mengambil ukuran dengan membuka kotak dan mengetahui sama ada kucing itu masih hidup atau tidak.
Salah satu penyelesaian untuk paradoks ini adalah model GRW yang disebut, yang dikembangkan pada akhir 1980-an. Teori ini merangkumi fenomena seperti "suar" - keruntuhan spontan fungsi gelombang sistem kuantum. Hasil penerapannya sama persis seperti pengukuran dilakukan tanpa pemerhati seperti itu. Tilloy mengubahnya untuk menunjukkan bagaimana ia dapat digunakan untuk mencapai teori graviti. Dalam versi, kilatan yang merosakkan fungsi gelombang dan memaksa zarah berada di satu tempat juga mewujudkan medan graviti pada masa ini dalam ruang-waktu. Semakin besar sistem kuantum, semakin banyak zarah yang dikandungnya dan semakin kerap suar berlaku, sehingga mewujudkan medan gravitasi yang berfluktuasi.
Perkara yang paling menarik ialah nilai purata turun naik ini adalah medan graviti yang digambarkan oleh teori graviti Newton. Pendekatan ini untuk menyatukan graviti dengan mekanik kuantum disebut kuasi-klasik: graviti timbul dari proses kuantum, tetapi tetap menjadi kekuatan klasik. "Tidak ada alasan nyata untuk mengabaikan pendekatan kuasi-klasik, di mana graviti adalah asas pada tahap yang mendasar," kata Tilloy.
Video promosi:
Fenomena graviti
Klaus Hornberger dari University of Duisburg-Essen di Jerman, yang tidak mengambil bahagian dalam pengembangan teori, memperlakukannya dengan penuh simpati. Walau bagaimanapun, saintis menunjukkan bahawa sebelum konsep ini membentuk asas teori bersatu yang menyatukan dan menerangkan sifat semua aspek asas dunia di sekitar kita, perlu menyelesaikan sejumlah masalah. Sebagai contoh, model Tilloy pasti dapat digunakan untuk mendapatkan graviti Newton, tetapi kesesuaiannya dengan teori graviti masih perlu disahkan menggunakan matematik.
Walau bagaimanapun, saintis itu sendiri bersetuju bahawa teorinya memerlukan asas bukti. Sebagai contoh, dia meramalkan bahawa graviti akan berkelakuan berbeza bergantung pada skala objek yang dimaksudkan: untuk atom dan lubang hitam supermasif, peraturannya sangat berbeza. Walau bagaimana pun, jika ujian menunjukkan bahawa model Tillroy memang mencerminkan realiti, dan graviti memang merupakan akibat dari fluktuasi kuantum, maka ini akan membolehkan ahli fizik memahami realiti di sekitar kita pada tahap yang berbeza secara kualitatif.
Vasily Makarov
