Mengapa lebih banyak fisikawan mulai berpikir bahwa ruang dan waktu adalah “ilusi”

Desember lalu, Hadiah Nobel Fisika diberikan untuk konfirmasi eksperimental fenomena kuantum yang dikenal selama lebih dari 80 tahun: keterikatan. Seperti yang dipahami oleh Albert Einstein dan kolaboratornya pada tahun 1935, objek kuantum dapat dihubungkan secara misterius meskipun dipisahkan oleh jarak yang sangat jauh. Tapi seaneh apa pun fenomena itu terdengar, mengapa gagasan kuno ini masih pantas mendapatkan penghargaan paling bergengsi dalam fisika?

Secara kebetulan, hanya beberapa minggu sebelum peraih Nobel baru-baru ini akan dihormati di Stockholm, tim ilmuwan terkemuka yang berbeda dari Harvard, MIT, Caltech, Fermilab dan Google melaporkan bahwa mereka telah menjalankan proses pada komputer kuantum Google yang dapat menjelaskan bahwa itu adalah lubang cacing. . Lubang cacing adalah terowongan melalui alam semesta yang dapat bertindak sebagai jalan pintas melalui ruang dan waktu dan dicintai oleh penggemar sci-fi, dan meskipun terowongan yang direalisasikan dalam percobaan terbaru ini hanya ada dalam permainan alam semesta 2D, itu bisa menjadi terobosan untuk penelitian di masa depan. di ujung tombak fisika. .

Tapi mengapa keterikatan berhubungan dengan ruang dan waktu? Dan seberapa penting hal itu untuk terobosan fisika di masa depan? Konsep keterikatan, dipahami dengan benar, berarti bahwa alam semesta adalah “monometrik”, sebagaimana para filsuf menyebutnya, dan bahwa segala sesuatu di alam semesta, pada tingkat fundamental, adalah bagian dari satu kesatuan yang utuh. Ini adalah properti yang menentukan mekanika kuantum bahwa realitas fundamentalnya dijelaskan dalam istilah gelombang, dan alam semesta monadik membutuhkan fungsi global. Beberapa dekade yang lalu, peneliti seperti Hugh Everett dan Dieter Zeh menunjukkan bagaimana realitas kehidupan kita sehari-hari dapat muncul dari deskripsi mekanika kuantum yang begitu komprehensif. Namun baru sekarang para peneliti seperti Leonard Susskind atau Sean Carroll mengembangkan gagasan tentang bagaimana realitas kuantum tersembunyi ini dapat menjelaskan tidak hanya materi tetapi juga jalinan ruang dan waktu.

Keterikatan lebih dari sekadar fenomena kuantum aneh lainnya. Ini adalah prinsip kerja di balik mengapa mekanika kuantum menggabungkan dunia menjadi satu dan mengapa kita mengalami kesatuan mendasar ini sebagai banyak hal yang terpisah. Pada saat yang sama, keterikatan adalah alasan mengapa kita tampaknya hidup dalam realitas klasik. Itu – dalam arti sebenarnya dari kata itu – perekat dan pencipta dunia. Belitan berlaku untuk objek yang terdiri dari dua atau lebih komponen dan menjelaskan apa yang terjadi ketika prinsip kuantum bahwa “segala sesuatu yang benar-benar dapat terjadi” diterapkan pada objek komponen ini. Dengan demikian, keadaan keterikatan adalah superposisi dari semua kemungkinan kombinasi di mana komponen objek komponen dapat menghasilkan hasil keseluruhan yang sama. Sekali lagi, sifat medan kuantum yang bergelombanglah yang dapat membantu menjelaskan bagaimana keterikatan sebenarnya bekerja.

Bayangkan lautan kaca yang sangat tenang di hari badai. Sekarang tanyakan pada diri Anda, bagaimana level seperti itu dapat dihasilkan dengan melapiskan dua pola gelombang individu? Salah satu kemungkinannya adalah bahwa superposisi dari dua permukaan yang rata sempurna kembali menghasilkan hasil yang rata sempurna. Tetapi kemungkinan lain bahwa permukaan datar mungkin dihasilkan adalah jika dua pola gelombang identik ditumpangkan oleh setengah siklus osilasi satu sama lain, sedemikian rupa sehingga puncak gelombang dari satu pola menghilangkan palung gelombang yang lain dan sebaliknya. Jika kita hanya mengamati keliling vitreous, karena ini adalah hasil dari dua tonjolan secara bersamaan, tidak akan ada cara bagi kita untuk membedakan pola dari masing-masing tonjolan. Apa yang tampak sangat biasa ketika kita berbicara tentang gelombang bahkan memiliki konsekuensi yang lebih aneh ketika diterapkan pada realitas yang bersaing. Jika tetangga Anda memberi tahu Anda bahwa dia memiliki dua kucing, satu hidup dan yang lainnya mati, itu berarti kucing pertama atau kedua mati dan kucing yang tersisa, masing-masing, masih hidup – itu akan menjadi cara yang aneh dan menyeramkan untuk mendeskripsikan hewan peliharaan, dan Anda mungkin tidak tahu siapa di antara mereka yang beruntung, tetapi Anda akan terbawa arus tetangga. Tidak demikian halnya di alam kuantum. Dalam mekanika kuantum, pernyataan yang sama menunjukkan bahwa dua kucing bergabung menjadi keadaan superposisi, termasuk kucing pertama hidup dan yang kedua mati dan kucing pertama mati sementara yang lain hidup, tetapi juga kemungkinan di mana kedua kucing setengah. hidup dan setengah mati, atau kucing pertama adalah Sepertiga dari mereka masih hidup, sedangkan kucing kedua menambahkan hingga dua pertiga dari nyawa yang hilang. Dalam sepasang kucing kuantitatif, nasib dan keadaan masing-masing hewan lenyap sama sekali dalam kasus keseluruhan. Demikian pula, di alam semesta kuantum, tidak ada objek individual. Segala sesuatu yang ada digabungkan menjadi satu “satu”.

Keterikatan kuantum mengungkapkan area baru yang luas untuk dijelajahi. Ini mendefinisikan fondasi baru untuk sains dan mengubah pencarian kita akan teori segala sesuatu di atas kepalanya – untuk membangun kosmologi kuantum daripada fisika partikel atau teori string. Tetapi seberapa realistis fisikawan mengambil pendekatan seperti itu? Anehnya, itu tidak hanya realistis – mereka benar-benar melakukannya. Para peneliti di garis depan gravitasi kuantum mulai memikirkan kembali ruang-waktu sebagai akibat dari keterikatan. Semakin banyak ilmuwan yang mendasarkan penelitian mereka pada ketidakterpisahan alam semesta. Harapannya tinggi bahwa dengan mengambil pendekatan ini mereka akhirnya dapat memahami ruang dan waktu, di kedalaman fondasinya, dengan sungguh-sungguh.

Apakah ruang disatukan oleh keterikatan, fisika dijelaskan oleh objek abstrak di luar ruang dan waktu atau ruang kemungkinan yang diwakili oleh fungsi gelombang Everett universal, atau segala sesuatu di alam semesta direduksi menjadi objek kuantum tunggal — semua gagasan ini memiliki kesamaan yang berbeda. rasa monisme. Saat ini, sulit untuk menilai ide mana yang akan menginformasikan masa depan fisika dan mana yang pada akhirnya akan mati. Yang menarik adalah bahwa sementara gagasan awalnya dikembangkan dalam konteks teori string, mereka tampaknya telah melampaui teori string, dan string tidak lagi berperan dalam penelitian terbaru. Benang merahnya sekarang tampaknya ruang dan waktu tidak penting lagi. Fisika kontemporer tidak dimulai dengan ruang dan waktu untuk melanjutkan hal-hal yang ditata dalam latar belakang yang sudah ada sebelumnya. Sebaliknya, ruang dan waktu melihat diri mereka sebagai produk dari realitas proyektor yang lebih fundamental. Nathan Cyberg, perintis ahli teori string di Princeton’s Institute for Advanced Study, tidak sendirian dalam perasaannya saat mengatakan, “Saya hampir yakin bahwa ruang dan waktu adalah ilusi. Ini adalah konsep dasar yang akan digantikan oleh sesuatu yang lebih kompleks.” Selain itu, dalam sebagian besar skenario yang mengusulkan waktu ruang yang muncul, keterikatan memainkan peran utama. Seperti yang ditunjukkan oleh filsuf sains Rasmus Yaxland, ini pada akhirnya berarti bahwa tidak ada lagi objek individu di alam semesta; Bahwa segala sesuatu terhubung dengan segala sesuatu yang lain: “Merangkul keterikatan saat dunia membuat hubungan datang dengan mengorbankan kemungkinan pemisahan. Tetapi mungkin mereka yang bersedia mengambil langkah itu harus melihat ke keterikatan untuk hubungan dasar yang dengannya itu akan membentuk potensi dunia ini (dan mungkin semua dunia lain).” Dengan demikian, ketika ruang dan waktu menghilang, satu kesatuan muncul.

Koleksi Buku Hachette

Sebaliknya, dari perspektif monisme kuantum, konsekuensi yang mencengangkan dari gravitasi kuantum tidak jauh. Sudah dalam teori relativitas umum Einstein, ruang bukan lagi fase diam. Sebaliknya, itu adalah sumber massa materi dan energinya. Sama seperti pandangan filsuf Jerman Gottfried W. Leibniz, itu menggambarkan urutan relatif hal. Jika sekarang, menurut unit kuantitatif, hanya ada satu hal yang tersisa, tidak ada yang tersisa untuk diatur atau ditata, dan pada akhirnya tidak diperlukan lagi konsep ruang pada tingkat deskripsi fundamental ini. Dia adalah “Yang Esa”, satu alam semesta kuantum yang memunculkan ruang, waktu, dan materi.

“GR = QM,” Leonard Susskind dengan berani mengklaim dalam sebuah surat terbuka kepada para peneliti ilmu informasi kuantum: Relativitas umum tidak lain adalah mekanika kuantum – teori berumur seratus tahun yang telah diterapkan dengan sukses besar untuk segala macam hal tetapi tidak pernah benar-benar. Sangat bisa dimengerti. Seperti yang ditunjukkan oleh Sean Carroll, “Gravitasi mungkin salah untuk diukur, dan ruang-waktu telah mengintai dalam mekanika kuantum selama ini.” Untuk masa depan, “alih-alih mengukur gravitasi, mungkin kita harus mencoba mekanika kuantum. Atau, lebih tepatnya tetapi kurang mengasyikkan, “temukan gravitasi di dalam mekanika kuantum,” saran Carroll di blognya. Sejak awal, kuantum serius, jika dipahami sebagai teori yang tidak terjadi dalam ruang dan waktu tetapi dalam realitas perangkat tampilan yang lebih mendasar, banyak jalan buntu dalam eksplorasi gravitasi kuantum dapat dihindari. Jika kita telah menerima efek monistik mekanika kuantum – Warisan tiga ribu filsafat berusia satu tahun yang dianut di zaman kuno, dianiaya di Abad Pertengahan, dihidupkan kembali di zaman Renaisans, diutak-atik dalam Romantisisme—Everett dan Zee awal akan merujuk kepada mereka daripada berpegang pada interpretasi pelopor kuantum berpengaruh Niels Bohr yang mempersingkat mekanikanya Kuantum menjadi alat, kita akan berada di jalan kita untuk mengungkap dasar-dasar realitas.

Diadaptasi dari Satu: bagaimana ide kuno memegang masa depan fisika oleh Heinrich Bass. Hak Cipta © 2023. Tersedia dari Basic Books, cetakan dari Hachette Book Group, Inc. Semua hak dilindungi undang-undang.