Fisikawan mungkin sedang dalam perjalanan ke 'teori segalanya' setelah reenvisioning teori Einstein yang paling terkenal
Fisikawan telah mengembangkan pendekatan baru untuk memecahkan salah satu masalah paling gigih dalam fisika teoretis: menyatukan gravitasi dengan dunia kuantum.
Dalam makalah terbaru yang diterbitkan dalam jurnal Laporan Kemajuan dalam Fisikapara ilmuwan menguraikan reformulasi gravitasi yang dapat mengarah pada deskripsi yang sepenuhnya kompatibel dengan kuantum-tanpa memohon dimensi ekstra atau fitur eksotis yang diperlukan oleh model yang lebih spekulatif, seperti teori string.
Di jantung proposal adalah pemikiran ulang tentang bagaimana gravitasi berperilaku pada tingkat fundamental. Sementara kekuatan elektromagnetik, lemah dan kuat semuanya dijelaskan menggunakan teori medan kuantum-kerangka matematika yang menggabungkan ketidakpastian dan dualitas gelombang- gaya berat tetap outlier. Relativitas umum, teori gravitasi Einstein, adalah teori klasik murni yang menggambarkan gravitasi sebagai warping geometri ruang-waktu dengan massa dan energi. Tetapi upaya untuk memadukan teori kuantum dengan relativitas umum sering mengalami inkonsistensi matematika yang fatal, seperti probabilitas yang tak terbatas.
Pendekatan baru ini menafsirkan kembali medan gravitasi dengan cara yang mencerminkan struktur teori medan kuantum yang diketahui. Temuan utama adalah bahwa teori kami memberikan pendekatan baru untuk gravitasi kuantum dengan cara yang menyerupai perumusan interaksi mendasar lainnya dari model standar, “rekan penulis studi Mikko Partanenseorang fisikawan di Universitas Aalto di Finlandia, mengatakan kepada Live Science dalam email.
Alih-alih melengkung ruang-waktu, gravitasi dalam model mereka dimediasi oleh empat bidang yang saling terkait, dengan masing-masing mirip dengan bidang yang mengatur elektromagnetisme. Medan ini merespons massa dengan cara yang sama seperti medan listrik dan magnet merespons muatan dan arus. Mereka juga berinteraksi satu sama lain dan dengan bidang Model standar dengan cara yang mereproduksi relativitas umum pada tingkat klasik sementara juga memungkinkan efek kuantum dimasukkan secara konsisten.
Karena model baru mencerminkan struktur teori kuantum yang mapan, ia menghindari masalah matematika yang secara historis menghambat upaya untuk mengukur relativitas umum. Menurut penulis, kerangka kerja mereka menghasilkan teori kuantum yang terdefinisi dengan baik yang menghindari masalah umum-seperti infinitas tidak fisik dalam jumlah yang dapat diamati dan probabilitas negatif untuk proses fisik-yang biasanya muncul ketika relativitas umum dikuantisasi menggunakan metode konvensional, langsung.
Keuntungan utama dari pendekatan ini adalah kesederhanaannya. Tidak seperti banyak model gravitasi kuantum yang membutuhkan partikel dan kekuatan tambahan yang tidak terdeteksi, teori ini menempel pada medan yang akrab.
“Keuntungan atau perbedaan utama dibandingkan dengan banyak teori gravitasi kuantum lainnya adalah bahwa teori kami tidak memerlukan dimensi tambahan yang belum memiliki dukungan eksperimental langsung,” Interpreter Jukkaseorang profesor di Universitas Aalto dan rekan penulis makalah itu, mengatakan kepada Live Science dalam email. “Selain itu, teori ini tidak memerlukan parameter bebas di luar konstanta fisik yang diketahui.”
Ini berarti teori ini dapat diuji tanpa menunggu penemuan partikel baru atau merevisi hukum fisik yang ada. “Eksperimen gravitasi kuantum di masa depan dapat secara langsung digunakan untuk menguji prediksi teori (yang akan datang),” tambah Tulkki.
Melihat ke depan
Terlepas dari fitur yang menjanjikan, model ini masih dalam tahap awal. Meskipun perhitungan awal menunjukkan bahwa teori tersebut berperilaku baik di bawah pemeriksaan konsistensi yang biasa, bukti lengkap dari konsistensi masih harus dikerjakan.
Selain itu, kerangka kerja belum diterapkan pada beberapa pertanyaan terdalam dalam fisika gravitasi, seperti sifat sebenarnya dari singularitas lubang hitam Atau fisika Big Bang. “Teori ini belum mampu mengatasi tantangan besar itu, tetapi berpotensi melakukannya di masa depan,” kata Partanen.
Verifikasi eksperimental mungkin terbukti lebih sulit dipahami. Gravitasi adalah yang terlemah dari kekuatan yang diketahui, dan aspek kuantumnya sangat halus. Tes langsung efek gravitasi kuantum berada di luar jangkauan instrumen saat ini.
“Menguji efek gravitasi kuantum sangat menantang karena kelemahan interaksi gravitasi,” kata Tulkki. Namun, karena teorinya tidak mencakup parameter yang dapat disesuaikan, setiap percobaan di masa depan yang menyelidiki perilaku gravitasi kuantum berpotensi mengkonfirmasi – atau mengesampingkan – proposal baru.
“Mengingat laju kemajuan teoretis dan observasional saat ini, dibutuhkan beberapa dekade untuk membuat terobosan eksperimental pertama yang memberi kita bukti langsung efek gravitasi kuantum,” kata Partanen. “Bukti tidak langsung melalui pengamatan lanjutan dapat diperoleh sebelumnya.”
Untuk saat ini, karya Partanen dan Tulkki membuka arah baru bagi para ahli teori yang mencari teori gravitasi kuantum – yang tetap mendarat dalam kerangka fisika partikel yang sukses sementara berpotensi membuka beberapa misteri paling mendalam di alam semesta.
