 |
| Lubang cacing. STOCKERNUMBER2 / SHUTTERSTOCK II Ada persamaan baru yang mengambang di sekitar dunia fisika akhir-akhir ini yang akan membuat Einstein bangga. |
Cukup mudah diingat: ER = EPR.
Anda mungkin menduga bahwa untuk membuat persamaan ini berfungsi, P harus sama dengan 1. Tetapi simbol dalam persamaan ini bukan untuk angka, tetapi untuk nama. E, Anda mungkin menebak, singkatan dari Einstein. R dan P adalah inisial - untuk kolaborator di dua makalah Einstein yang paling menarik. Dikombinasikan dalam persamaan ini, surat-surat ini mengungkapkan jalan yang mungkin untuk merekonsiliasi relativitas umum Einstein dengan mekanika kuantum.
Mekanika kuantum dan relativitas umum keduanya adalah teori yang sukses luar biasa. Keduanya meramalkan fenomena aneh yang menentang konsepsi tradisional tentang realitas. Namun ketika diuji, alam selalu mematuhi persyaratan masing-masing teori. Karena kedua teori tersebut menggambarkan alam dengan sangat baik, sulit untuk menjelaskan mengapa mereka menolak semua upaya untuk menggabungkannya secara matematis. Entah bagaimana, semua orang percaya, mereka harus cocok pada akhirnya. Namun sejauh ini, sifat menjaga kerahasiaan hubungan mereka.
ER = EPR Bagaimanapun, menunjukkan bahwa kunci untuk koneksi mereka dapat ditemukan di terowongan ruangwaktu yang dikenal sebagai lubang cacing. Terowongan ini, tersirat oleh relativitas umum Einstein, akan seperti pintasan ruang bagian yang secara fisik menghubungkan lokasi yang jauh.
Tampaknya terowongan semacam itu mungkin merupakan alter ego dari hubungan misterius antara partikel-partikel subatom yang dikenal sebagai keterikatan kuantum.
Selama 90 tahun terakhir, fisikawan telah mengejar dua masalah kuantum utama secara terpisah: satu, bagaimana menafsirkan matematika kuantum untuk memahami keanehannya (seperti keterjeratan), dan dua, bagaimana mengawinkan mekanika kuantum dengan gravitasi. Ternyata, jika ER = EPR benar, kedua pertanyaan memiliki jawaban yang sama: Keanehan kuantum dapat dipahami hanya jika Anda memahami hubungannya dengan gravitasi. Lubang cacing mungkin memalsukan tautan itu.
Lubang cacing secara teknis dikenal sebagai jembatan Einstein-Rosen (bagian "ER" dari persamaan). Nathan Rosen berkolaborasi dengan Einstein pada sebuah makalah yang menggambarkan mereka pada tahun 1935. EPR merujuk pada makalah lain yang diterbitkan Einstein dengan Rosen pada tahun 1935, bersama dengan Boris Podolsky. Bahwa salah satu teka-teki paradoks keterikatan kuantum yang diartikulasikan tentang sifat realitas. Selama beberapa dekade, tidak ada yang secara serius mempertimbangkan kemungkinan bahwa kedua makalah itu ada hubungannya satu sama lain. Tetapi pada 2013, fisikawan Juan Maldacena dan Leonard Susskind mengusulkan bahwa dalam beberapa hal, lubang cacing dan keterjeratan menggambarkan hal yang sama.
Dalam sebuah makalah baru-baru ini, Susskind telah menjelaskan beberapa implikasi dari realisasi ini. Diantaranya: memahami persamaan wormhole-entanglement bisa menjadi kunci untuk menggabungkan mekanika kuantum dan relativitas umum, bahwa detail merger akan menjelaskan misteri keterjeratan, bahwa ruangwaktu itu sendiri dapat muncul dari keterikatan kuantum, dan bahwa kontroversi mengenai cara menafsirkan mekanika kuantum dapat diselesaikan dalam proses.
"ER = EPR memberi tahu kita bahwa jaringan subsistem terjerat yang sangat rumit yang terdiri dari alam semesta juga merupakan jaringan jembatan Einstein-Rosen yang sangat rumit (dan secara teknis rumit)," tulis Susskind. “Bagi saya kelihatannya jelas bahwa jika ER = EPR benar itu adalah masalah yang sangat besar, dan itu harus memengaruhi fondasi dan interpretasi mekanika kuantum.”
Keterjeratan merupakan salah satu hambatan terbesar untuk memahami fisika kuantum. Itu terjadi, misalnya, ketika dua partikel dipancarkan dari sumber yang sama. Deskripsi kuantum dari pasangan partikel semacam itu memberi tahu Anda peluang bahwa pengukuran salah satu partikel (katakanlah, putarannya) akan memberikan hasil tertentu (katakanlah, berlawanan arah jarum jam). Tapi begitu satu anggota pasangan diukur, Anda langsung tahu apa hasilnya ketika Anda melakukan pengukuran yang sama di sisi lain, tidak peduli seberapa jauh jaraknya. Einstein menolak keras realisasi ini, bersikeras bahwa pengukuran di satu tempat tidak dapat mempengaruhi percobaan yang jauh (memanggil kecamannya yang terkenal atas "aksi seram di kejauhan"). Tetapi banyak percobaan aktual telah mengkonfirmasi kekuatan keterikatan untuk menentang preferensi Einstein. Meskipun (seperti yang dinyatakan Einstein) tidak ada informasi yang dapat dikirim secara instan dari satu partikel ke partikel lain, namun salah satu dari mereka tampaknya “tahu” apa yang terjadi pada pasangannya yang terjerat.
Biasanya, fisikawan berbicara tentang keterikatan antara dua partikel. Tapi itu hanya contoh paling sederhana. Susskind menunjukkan bahwa medan kuantum - benda-benda yang terbuat dari partikel - juga dapat terjerat. "Dalam kekosongan teori medan kuantum, medan kuantum di daerah terpisah ruang terjerat," tulisnya. Ini berkaitan dengan penampilan partikel “virtual” yang terkenal (jika aneh) yang terus-menerus muncul dan menghilang di ruang hampa udara. Partikel-partikel ini muncul berpasangan secara harfiah entah dari mana; asal mula yang sama memastikan bahwa mereka terjerat. Dalam kehidupan singkat mereka, mereka kadang-kadang bertabrakan dengan partikel nyata, yang kemudian menjadi terjerat sendiri.
Sekarang anggaplah Alice dan Bob, yang secara universal diakui sebagai eksperimen kuantum paling cakap yang pernah dibayangkan, mulai mengumpulkan partikel-partikel terjerat nyata ini dalam ruang hampa. Alice mengambil satu anggota dari setiap pasangan dan Bob mengambil yang lain. Mereka terbang secara terpisah ke ranah ruang yang jauh dan kemudian masing-masing menghancurkan partikel mereka begitu padat sehingga mereka menjadi lubang hitam. Karena keterikatan partikel-partikel ini dimulai, Alice dan Bob sekarang telah menciptakan dua lubang hitam terjerat. Jika ER = EPR benar, wormhole akan menghubungkan lubang-lubang hitam itu; keterjeratan, oleh karena itu, dapat dijelaskan menggunakan geometri lubang cacing. "Ini adalah klaim luar biasa yang dampaknya belum dihargai," tulis Susskind.
Yang lebih luar biasa, menurutnya, adalah kemungkinan bahwa dua partikel subatomik terjerat sendirian yang entah bagaimana dihubungkan oleh semacam lubang cacing kuantum. Karena lubang cacing adalah liuk geometri ruangwaktu - yang dijelaskan oleh persamaan gravitasi Einstein - mengidentifikasi mereka dengan keterikatan kuantum akan menjalin hubungan antara gravitasi dan mekanika kuantum.
Bagaimanapun, perkembangan ini tentu saja menekankan pentingnya keterjeratan untuk memahami realitas. Secara khusus, ER = EPR menerangi perdebatan perdebatan tentang bagaimana mekanika kuantum harus ditafsirkan. Kebijaksanaan kuantum standar (interpretasi Kopenhagen) menekankan peran seorang pengamat, yang ketika melakukan pengukuran "runtuh" beberapa kemungkinan kuantum menjadi satu hasil yang pasti. Tetapi interpretasi Everett yang bersaing (atau “banyak dunia”) mengatakan bahwa semua kemungkinan terjadi - setiap pengamat kebetulan hanya mengalami satu rantai percabangan yang konsisten dari berbagai kemungkinan kejadian.
Dalam gambar Everett, keruntuhan awan kemungkinan (fungsi gelombang) tidak pernah terjadi. Interaksi (yaitu, pengukuran) hanya menyebabkan entitas yang berinteraksi menjadi terjerat. Realitas, kemudian, menjadi “jaringan rumit keterlibatan.” Pada prinsipnya, semua peristiwa yang melibatkan itu dapat dibalik, sehingga tidak ada yang pernah benar-benar runtuh - atau setidaknya akan menyesatkan untuk mengatakan bahwa kehancuran tidak dapat diubah. Meski begitu, pandangan standar tentang keruntuhan yang tidak dapat dipulihkan berfungsi dengan baik dalam praktiknya. Tidak pernah layak untuk membatalkan banyak interaksi kompleks yang terjadi dalam kehidupan nyata. Dengan kata lain, kata Susskind, ER = EPR menunjukkan bahwa dua pandangan realitas kuantum adalah "saling melengkapi."
Susskind melanjutkan untuk mengeksplorasi secara detail teknis bagaimana keterjeratan berfungsi dengan banyak peserta dan menggambarkan implikasi untuk mempertimbangkan keterjeratan yang setara dengan lubang cacing. Tetap yakin, misalnya, bahwa lubang cacing tidak dapat digunakan untuk mengirim sinyal melalui ruang lebih cepat dari cahaya. Alice dan Bob tidak bisa, misalnya, mengirim pesan satu sama lain melalui lubang cacing yang menghubungkan lubang hitam mereka. Namun, jika mereka benar-benar ingin berbicara, mereka dapat melompat ke lubang hitam masing-masing dan bertemu di tengah lubang cacing. Pertemuan semacam itu akan memberikan konfirmasi kuat untuk ide ER = EPR, meskipun Alice dan Bob akan kesulitan untuk menerbitkan makalah mereka tentang itu.
Sementara itu, banyak makalah besar muncul tentang ER = EPR dan pekerjaan lain yang berkaitan dengan gravitasi - geometri ruangwaktu - hingga keterikatan kuantum. Dalam satu makalah baru-baru ini, fisikawan Caltech, ChunJun Cao, Sean M. Carroll, dan Spyridon Michalakis berupaya menunjukkan bagaimana ruangwaktu dapat "dibangun" dari jaringan luas keterikatan kuantum dalam ruang hampa. "Dalam makalah ini kami mengambil langkah-langkah untuk menurunkan keberadaan dan sifat-sifat ruang itu sendiri dari deskripsi intrum secara intrinsik menggunakan keterjeratan," tulis mereka. Mereka menunjukkan bagaimana perubahan dalam "keadaan kuantum" - deskripsi murni kuantum realitas - dapat dikaitkan dengan perubahan dalam geometri ruangwaktu. "Dalam pengertian ini," kata mereka, "gravitasi muncul dari mekanika kuantum secara alami."
Cao, Carroll dan Michalakis mengakui bahwa pendekatan mereka tetap tidak lengkap, mengandung asumsi yang perlu diverifikasi nanti. "Apa yang kami lakukan di sini sangat awal dan dugaan," tulis Carroll dalam posting blog baru-baru ini. "Kami tidak memiliki teori lengkap tentang apa pun, dan bahkan apa yang kami lakukan melibatkan banyak spekulasi dan belum cukup perhitungan yang ketat."
Namun demikian ada perasaan yang jelas di antara banyak fisikawan bahwa jalan menuju penyatuan mekanika kuantum dan gravitasi tampaknya telah terbuka. Jika itu jalan yang benar, catat Carroll, maka ternyata sama sekali tidak sulit untuk mendapatkan gravitasi dari mekanika kuantum - ini “otomatis.” Dan Susskind percaya bahwa jalan menuju gravitasi kuantum - melalui lubang cacing - menunjukkan bahwa kesatuan kedua teori itu lebih dalam dari dugaan ilmuwan. Implikasi ER = EPR, katanya, adalah bahwa "mekanika kuantum dan gravitasi jauh lebih erat terkait daripada yang pernah kita (atau setidaknya saya) bayangkan."
sumber: Planetary Landscapes, Sciencenews .org
Selama 90 tahun terakhir, fisikawan telah mengejar dua masalah kuantum utama secara terpisah: satu, bagaimana menafsirkan matematika kuantum untuk memahami keanehannya (seperti keterjeratan), dan dua, bagaimana mengawinkan mekanika kuantum dengan gravitasi. Ternyata, jika ER = EPR benar, kedua pertanyaan memiliki jawaban yang sama: Keanehan kuantum dapat dipahami hanya jika Anda memahami hubungannya dengan gravitasi. Lubang cacing mungkin memalsukan tautan itu.
Lubang cacing secara teknis dikenal sebagai jembatan Einstein-Rosen (bagian "ER" dari persamaan). Nathan Rosen berkolaborasi dengan Einstein pada sebuah makalah yang menggambarkan mereka pada tahun 1935. EPR merujuk pada makalah lain yang diterbitkan Einstein dengan Rosen pada tahun 1935, bersama dengan Boris Podolsky. Bahwa salah satu teka-teki paradoks keterikatan kuantum yang diartikulasikan tentang sifat realitas. Selama beberapa dekade, tidak ada yang secara serius mempertimbangkan kemungkinan bahwa kedua makalah itu ada hubungannya satu sama lain. Tetapi pada 2013, fisikawan Juan Maldacena dan Leonard Susskind mengusulkan bahwa dalam beberapa hal, lubang cacing dan keterjeratan menggambarkan hal yang sama.
Dalam sebuah makalah baru-baru ini, Susskind telah menjelaskan beberapa implikasi dari realisasi ini. Diantaranya: memahami persamaan wormhole-entanglement bisa menjadi kunci untuk menggabungkan mekanika kuantum dan relativitas umum, bahwa detail merger akan menjelaskan misteri keterjeratan, bahwa ruangwaktu itu sendiri dapat muncul dari keterikatan kuantum, dan bahwa kontroversi mengenai cara menafsirkan mekanika kuantum dapat diselesaikan dalam proses.
"ER = EPR memberi tahu kita bahwa jaringan subsistem terjerat yang sangat rumit yang terdiri dari alam semesta juga merupakan jaringan jembatan Einstein-Rosen yang sangat rumit (dan secara teknis rumit)," tulis Susskind. “Bagi saya kelihatannya jelas bahwa jika ER = EPR benar itu adalah masalah yang sangat besar, dan itu harus memengaruhi fondasi dan interpretasi mekanika kuantum.”
Keterjeratan merupakan salah satu hambatan terbesar untuk memahami fisika kuantum. Itu terjadi, misalnya, ketika dua partikel dipancarkan dari sumber yang sama. Deskripsi kuantum dari pasangan partikel semacam itu memberi tahu Anda peluang bahwa pengukuran salah satu partikel (katakanlah, putarannya) akan memberikan hasil tertentu (katakanlah, berlawanan arah jarum jam). Tapi begitu satu anggota pasangan diukur, Anda langsung tahu apa hasilnya ketika Anda melakukan pengukuran yang sama di sisi lain, tidak peduli seberapa jauh jaraknya. Einstein menolak keras realisasi ini, bersikeras bahwa pengukuran di satu tempat tidak dapat mempengaruhi percobaan yang jauh (memanggil kecamannya yang terkenal atas "aksi seram di kejauhan"). Tetapi banyak percobaan aktual telah mengkonfirmasi kekuatan keterikatan untuk menentang preferensi Einstein. Meskipun (seperti yang dinyatakan Einstein) tidak ada informasi yang dapat dikirim secara instan dari satu partikel ke partikel lain, namun salah satu dari mereka tampaknya “tahu” apa yang terjadi pada pasangannya yang terjerat.
Biasanya, fisikawan berbicara tentang keterikatan antara dua partikel. Tapi itu hanya contoh paling sederhana. Susskind menunjukkan bahwa medan kuantum - benda-benda yang terbuat dari partikel - juga dapat terjerat. "Dalam kekosongan teori medan kuantum, medan kuantum di daerah terpisah ruang terjerat," tulisnya. Ini berkaitan dengan penampilan partikel “virtual” yang terkenal (jika aneh) yang terus-menerus muncul dan menghilang di ruang hampa udara. Partikel-partikel ini muncul berpasangan secara harfiah entah dari mana; asal mula yang sama memastikan bahwa mereka terjerat. Dalam kehidupan singkat mereka, mereka kadang-kadang bertabrakan dengan partikel nyata, yang kemudian menjadi terjerat sendiri.
Sekarang anggaplah Alice dan Bob, yang secara universal diakui sebagai eksperimen kuantum paling cakap yang pernah dibayangkan, mulai mengumpulkan partikel-partikel terjerat nyata ini dalam ruang hampa. Alice mengambil satu anggota dari setiap pasangan dan Bob mengambil yang lain. Mereka terbang secara terpisah ke ranah ruang yang jauh dan kemudian masing-masing menghancurkan partikel mereka begitu padat sehingga mereka menjadi lubang hitam. Karena keterikatan partikel-partikel ini dimulai, Alice dan Bob sekarang telah menciptakan dua lubang hitam terjerat. Jika ER = EPR benar, wormhole akan menghubungkan lubang-lubang hitam itu; keterjeratan, oleh karena itu, dapat dijelaskan menggunakan geometri lubang cacing. "Ini adalah klaim luar biasa yang dampaknya belum dihargai," tulis Susskind.
Yang lebih luar biasa, menurutnya, adalah kemungkinan bahwa dua partikel subatomik terjerat sendirian yang entah bagaimana dihubungkan oleh semacam lubang cacing kuantum. Karena lubang cacing adalah liuk geometri ruangwaktu - yang dijelaskan oleh persamaan gravitasi Einstein - mengidentifikasi mereka dengan keterikatan kuantum akan menjalin hubungan antara gravitasi dan mekanika kuantum.
Bagaimanapun, perkembangan ini tentu saja menekankan pentingnya keterjeratan untuk memahami realitas. Secara khusus, ER = EPR menerangi perdebatan perdebatan tentang bagaimana mekanika kuantum harus ditafsirkan. Kebijaksanaan kuantum standar (interpretasi Kopenhagen) menekankan peran seorang pengamat, yang ketika melakukan pengukuran "runtuh" beberapa kemungkinan kuantum menjadi satu hasil yang pasti. Tetapi interpretasi Everett yang bersaing (atau “banyak dunia”) mengatakan bahwa semua kemungkinan terjadi - setiap pengamat kebetulan hanya mengalami satu rantai percabangan yang konsisten dari berbagai kemungkinan kejadian.
Dalam gambar Everett, keruntuhan awan kemungkinan (fungsi gelombang) tidak pernah terjadi. Interaksi (yaitu, pengukuran) hanya menyebabkan entitas yang berinteraksi menjadi terjerat. Realitas, kemudian, menjadi “jaringan rumit keterlibatan.” Pada prinsipnya, semua peristiwa yang melibatkan itu dapat dibalik, sehingga tidak ada yang pernah benar-benar runtuh - atau setidaknya akan menyesatkan untuk mengatakan bahwa kehancuran tidak dapat diubah. Meski begitu, pandangan standar tentang keruntuhan yang tidak dapat dipulihkan berfungsi dengan baik dalam praktiknya. Tidak pernah layak untuk membatalkan banyak interaksi kompleks yang terjadi dalam kehidupan nyata. Dengan kata lain, kata Susskind, ER = EPR menunjukkan bahwa dua pandangan realitas kuantum adalah "saling melengkapi."
Susskind melanjutkan untuk mengeksplorasi secara detail teknis bagaimana keterjeratan berfungsi dengan banyak peserta dan menggambarkan implikasi untuk mempertimbangkan keterjeratan yang setara dengan lubang cacing. Tetap yakin, misalnya, bahwa lubang cacing tidak dapat digunakan untuk mengirim sinyal melalui ruang lebih cepat dari cahaya. Alice dan Bob tidak bisa, misalnya, mengirim pesan satu sama lain melalui lubang cacing yang menghubungkan lubang hitam mereka. Namun, jika mereka benar-benar ingin berbicara, mereka dapat melompat ke lubang hitam masing-masing dan bertemu di tengah lubang cacing. Pertemuan semacam itu akan memberikan konfirmasi kuat untuk ide ER = EPR, meskipun Alice dan Bob akan kesulitan untuk menerbitkan makalah mereka tentang itu.
Sementara itu, banyak makalah besar muncul tentang ER = EPR dan pekerjaan lain yang berkaitan dengan gravitasi - geometri ruangwaktu - hingga keterikatan kuantum. Dalam satu makalah baru-baru ini, fisikawan Caltech, ChunJun Cao, Sean M. Carroll, dan Spyridon Michalakis berupaya menunjukkan bagaimana ruangwaktu dapat "dibangun" dari jaringan luas keterikatan kuantum dalam ruang hampa. "Dalam makalah ini kami mengambil langkah-langkah untuk menurunkan keberadaan dan sifat-sifat ruang itu sendiri dari deskripsi intrum secara intrinsik menggunakan keterjeratan," tulis mereka. Mereka menunjukkan bagaimana perubahan dalam "keadaan kuantum" - deskripsi murni kuantum realitas - dapat dikaitkan dengan perubahan dalam geometri ruangwaktu. "Dalam pengertian ini," kata mereka, "gravitasi muncul dari mekanika kuantum secara alami."
Cao, Carroll dan Michalakis mengakui bahwa pendekatan mereka tetap tidak lengkap, mengandung asumsi yang perlu diverifikasi nanti. "Apa yang kami lakukan di sini sangat awal dan dugaan," tulis Carroll dalam posting blog baru-baru ini. "Kami tidak memiliki teori lengkap tentang apa pun, dan bahkan apa yang kami lakukan melibatkan banyak spekulasi dan belum cukup perhitungan yang ketat."
Namun demikian ada perasaan yang jelas di antara banyak fisikawan bahwa jalan menuju penyatuan mekanika kuantum dan gravitasi tampaknya telah terbuka. Jika itu jalan yang benar, catat Carroll, maka ternyata sama sekali tidak sulit untuk mendapatkan gravitasi dari mekanika kuantum - ini “otomatis.” Dan Susskind percaya bahwa jalan menuju gravitasi kuantum - melalui lubang cacing - menunjukkan bahwa kesatuan kedua teori itu lebih dalam dari dugaan ilmuwan. Implikasi ER = EPR, katanya, adalah bahwa "mekanika kuantum dan gravitasi jauh lebih erat terkait daripada yang pernah kita (atau setidaknya saya) bayangkan."
sumber: Planetary Landscapes, Sciencenews .org
Komentar
Posting Komentar