Busa kuantum
Busa kuantum adalah partikel virtual yang bergejolak di ruang waktu akibat fluktuasi kuantum.[1] "Gelembung" dalam busa kuantum adalah kuadriliun lebih kecil dari inti atom dan dan bertahan untuk pecahan sangat kecil dari satu detik - atau dalam 'bicara kuantum', seukuran panjang Planck untuk waktu Planck. Salah satu bukti terbesar untuk keberadaannya diprediksi kembali pada tahun 1947 oleh fisikawan Belanda Hendrik Casimir dan Dirk Polder.[2]
Gagasan bahwa ruang angkasa, pada dasarnya, adalah kekaucauan berbusa dan kalau memiliki konsekuensi besar bagi pemahaman tentang alam semesta. Tetapi seperti yang sering terjadi dalam sains, percobaan terbaru tidak setuju. Keberadaan busa kuantum adalah ada dan tidak ada. Untuk melihatnya, dibutuhkan mikroskop yang dapat melihat hingga 10-35 meter untuk memastikannya.[2]
Sifat dan karakteristik
Banyak pendekatan teoretis yang mengarah pada gravitasi kuantum menyarankan bahwa semua ruang waktu harus diisi dengan energi 10120 kali lebih besar dari yang dimungkinkan oleh pengamatan. Pada tahun 1955, ahli teori relativitas perintis John Wheeler dari Universitas Princeton, New Jersey, berpendapat bahwa pada skala yang paling kecil, kemampuan untuk mengukur panjang waktu, dan energi akan tunduk pada prinsip ketidakpastian.[3] Ruang dan waktu berkelanjutan dari fisika klasik akan diubah menjadi keadaan berfluktuasi yang okeh Wheeler disebut sebagai "busa kuantum". Ruang digambarkan sebagai busa kuantum pada skala panjang Planck ≈ 1,6 x 10-33 cm, waktu adalah 10-44 detik, dan energi adalah 1019 GeV, di mana efek kuantum telah diprediksi akan sangat mempengaruhi sifat ruang waktu.[4] Skala-skala ini adalah ciri khas momen-momen awal Dentuman Besar.
Kemajuan dalam teori medan kuantum telah memungkinkan untuk menganalisa busa ruang waktu mungkin memiliki energi intrinsik yang sangat besar. Energi seperti itu akan bertindak seperti konstanta kosmologis, parameter tetap yang dapat ditambahkan ke persamaan relativitas umum. Konstanta kosmologis juga memiliki efek yang sama dengan 'energi gelap' yang telah dikemukakan untuk menjelaskan mengalami perluasan alam semesta mengalami percepatan.[5] Terlepas dari efeknya yang jelas, bagaimanapun, energi gelap mungkin 10120 kali lebih kecil dari energi vakum skala Planck yang diprediksi, penjelasan yang sulit dijelaskan okeh para ahli teori.
Beberapa fisikawan telah mencari mekanisme teoretis yang akan menghilangkan energi vakum skala Planck. Misalnya, ia dapat mebghilang karena karena pembatalan sempurna konstribusi positif dan negatif atau dengan penekanan yang timbul dari perilaku medan kuantum di ruang melengkung.
Tetapi Steven Carllip dari University of California, Davis, menawarkan proposal yang berbeda. Dia mencatat bahwa persamaan relativitas umum untuk ruang waktu dengan konstanta kosmologis memiliki solusi untuk mengembang dan menyusut secara eksponensial dengan waktu. Dia kemudian membayangkan ruang waktu sebagai busa di mana energi vakum sangat besar di mana-mana swtiap wilayah dengan ukuran Planck akan mengembang dan menyusut dengan kemungkinan yang sama. Memanfaatkan prosedur matematika terbaru yang memungkinkan wilayah skala Planck untuk "direkatkan" dengan cara yang konsisten dengan relativitas umum, ia sampai ke kesimpulan yang luar biasa: meskipun energi vakum sangat besar di mana-mana, penjajaran dari perluasan dan wilayah wikayah yang berkontraksi menciptakan tambal suram yang pada dasarnya tidak dapat dibedakan dari ruang waktu skala besar yang tidak mengembang atau menyusut. Ruang waktu seperti itu dapat dijelaskan secara makrokospis sebagai memiliki konstanta kosmologis nol. Satu-satunya asumsi yang digunakan agar prosedur perekatan bekerja adalah bahwa busa ruang waktu tidak memiliki arah intrinsik waktu.
Carlip kemudian membahas bagaimana ruang waktu ini berkembang. Ini adalah masalah yang sulit, karena dua alasan. Di perbatasan antara wilayah yang berbeda, kelengkungan ruang dan waktu berubah secara dratis daram jarak yang kecil, membuat evolusinya pada waktunya sulit dihitung. Dan karena wilayahnya berskala Planck, efek gravitasi kuantum - yang tidak memiliki teori lengkap - tidak dapat diabaikan. Namun demikian, Carlip menyajikan beberapa argumen yang menunjukkan bahwa irisan tiga dimensi ini akan terus berperilaku seperti irisan tanpa energi vakum. Salah satu cara untuk membayangkan proses tersebut adalah bahwa dengan seiring berkembangnya wilayah-wilayah yang berkembang, busa ruang waktu terus-menerus menggelembung pada skala Planck, sehingga interior wayah-wilayah tersebut terisi dengan campuran potongan-potongan yang terus meluas dan menyusut.
Thomas Buchert, seorang relativis matematika di Universitas Lyon, Prancis, mengatakan bahwa meskipun cukup skepmatis, usulan Carlip masuk akal, dengan asumsi bahwa konstanta kosmologis memang muncul dari fluktuasi kuantum. Tetapi Buchert mengatakan bahwa ia tidak sepenuhnya yakin dengan prosedur rata-rata yabg digunakan oleh Carlip dan menyarankan bahwa keadaan awal dalam model mungkin berkembang menjadi ruang waktu dengan konstanta kosmologis efektif yang bervariasi dalam skala besar, daripada meniadakan.
Kuantum
Fisika proses teori-informasi yang baru menjelaskan bahwa ruang sebagai sistem busa kuantum di mana gravitasi adalah aliran tidak homogen dari busa kuantum ke materi.[6] Penggabungan mekanika kuantum dan relativitas umum disimpulkan di wilayah seukuran panjang Planck (10-33 cm), fluktuasi vakum begitu besar sehingga ruang yang dikenal "mendidih" dan berbusa. Dalam skenario seperti itu, ruang tampak mulus sepenuhnya pada skala 10-12 cm; kekasaran tertentu mulai terlihat pada skala 10-30 cm; dan pada skala ruang panjang Planck menjadi buih busa kuantum probabilistik dan gagasan tentang ruang kontinu yang sederhana.
Teori untuk mendeskripsikan ruang dengan ukuran panjang Planck berkembang belakangan ini. Ini disebut teori gravitasi kuantum loop, yang mendalilkan bahwa ukuran ruang linier minimum sejajar dengan panjang Planck. Ruang dengan bentangan lebih luas dibangun di atas ukuran terendah ini sehingga volume dikuantisasi.
Ruang waktu kuantum sama seperti ruang yang didefinisikan oleh geometri diskrit jaringan putaran, waktu ditentukan oleh urutan gerakan berbeda yang mengatur ulang jaringan. Waktu mengalir tidak seperti sungai tetapi seperti detak jam, dengan "tik" selama waktu Planck: 10-43 detik.[7]
Referensi
- ^ Ng, Y. Jack (2017-05). "Quantum foam, gravitational thermodynamics, and the dark sector". Journal of Physics: Conference Series. 845: 012001. doi:10.1088/1742-6596/845/1/012001. ISSN 1742-6588.
- ^ a b "Is Space Full of Quantum Foam? | Live Science". www.livescience.com. Diakses tanggal 2020-11-30.
- ^ Wheeler, John Archibald (1955-01-15). "Geons". Physical Review. 97 (2): 511–536. doi:10.1103/physrev.97.511. ISSN 0031-899X.
- ^ Pile, David (2010-01). "Speed of light in the quantum foam". Nature Photonics (dalam bahasa Inggris). 4 (1): 15–15. doi:10.1038/nphoton.2009.241. ISSN 1749-4893.
- ^ Brax, Philippe (2017-12-12). "What makes the Universe accelerate? A review on what dark energy could be and how to test it". Reports on Progress in Physics. 81 (1): 016902. doi:10.1088/1361-6633/aa8e64. ISSN 0034-4885.
- ^ Reg, Cahill (June 2003). "Gravity as Quantum Foam In-Flow".
- ^ "Quantum Foam and Loop Quantum Gravity". universe-review.ca. Diakses tanggal 2020-11-30.