Mengapa bisa ada ukuran yang kecil, kecil dan

Kredit: Domain Publik CC0

Lebih dari seminggu yang lalu, fisikawan Eropa mengumumkan bahwa mereka telah mengukur kekuatan gravitasi pada skala terkecil yang pernah ada.

Dalam percobaan benchtop yang cerdik, para ilmuwan dari Universitas Leiden di Belanda, Universitas Southampton di Inggris dan Institut Fotonik dan Nanoteknologi di Italia mengukur gaya sekitar 30 attonewton pada sebuah partikel yang beratnya hanya di bawah setengah miligram. Attonewton adalah sepersejuta miliar newton, satuan standar gaya.

Para peneliti mengatakan penelitian ini bisa “mengungkapkan lebih banyak rahasia tentang struktur alam semesta” dan bisa menjadi langkah penting menuju revolusi besar berikutnya dalam fisika.

Tapi kenapa begitu? Hal ini bukan sekedar hasil: ini adalah sebuah metode, dan apa yang dikatakannya tentang masa depan, menurut para pengkritik ilmu pengetahuan, mungkin terjebak dalam lingkaran kenaikan biaya dan penurunan keuntungan.

Gravitasi

Dari sudut pandang fisikawan, gravitasi adalah gaya yang sangat lemah. Ini mungkin tampak aneh. Saat Anda mencoba bangun dari tempat tidur di pagi hari, jangan merasa lemas!

Namun dibandingkan dengan gaya-gaya lain yang kita ketahui – seperti gaya elektromagnetik, yang bertanggung jawab untuk mengikat atom-atom menjadi satu dan menghasilkan cahaya, dan gaya nuklir kuat, yang mengikat inti atom – gravitasi bekerja relatif lemah di antara benda-benda.

Dan dalam skala yang lebih kecil, efek gravitasi menjadi semakin lemah.

Sangat mudah untuk melihat efek gravitasi pada objek seukuran bintang atau planet, namun jauh lebih sulit untuk mendeteksi efek gravitasi pada objek kecil dan ringan.

Perlu menguji gravitasi

Meski mengalami kesulitan, fisikawan ingin menguji gravitasi dalam skala kecil. Ini bisa membantu memecahkan misteri fisika kontemporer yang berusia seabad.

Fisika didominasi oleh dua teori yang sangat sukses.

Yang pertama adalah relativitas umum, yang menggambarkan gravitasi dan ruangwaktu dalam skala besar. Yang lainnya adalah mekanika kuantum, yang merupakan teori partikel dan medan – bahan penyusun dasar materi – dalam skala kecil.

Kedua teori tersebut dalam beberapa hal saling bertentangan, dan fisikawan tidak memahami apa yang terjadi dalam situasi di mana keduanya harus diterapkan. Salah satu tujuan fisika modern adalah menggabungkan relativitas umum dan mekanika kuantum ke dalam teori “gravitasi kuantum”.

Salah satu contoh situasi yang memerlukan gravitasi kuantum adalah untuk memahami lubang hitam sepenuhnya. Hal ini diprediksi oleh relativitas umum—dan kita telah mengamati lubang hitam berukuran besar di luar angkasa—tetapi lubang hitam kecil juga dapat terbentuk dalam skala kuantum.

Namun, saat ini kita tidak tahu bagaimana menggabungkan relativitas umum dan mekanika kuantum untuk memberikan penjelasan tentang bagaimana gravitasi, dan lubang hitam, bekerja di alam kuantum.

Teori baru dan data baru

Sejumlah pendekatan terhadap teori potensial gravitasi kuantum telah dikembangkan, termasuk teori string, gravitasi kuantum loop, dan teori himpunan sebab akibat.

Namun pendekatan-pendekatan ini hanya bersifat teoretis. Saat ini kami tidak memiliki cara untuk mengujinya secara eksperimental.

Untuk menguji teori-teori ini secara empiris, kita memerlukan cara untuk mengukur gravitasi pada skala yang sangat kecil di mana efek kuantum mendominasi.

Sampai saat ini, melakukan tes semacam itu masih di luar jangkauan. Tampaknya kita memerlukan peralatan yang sangat besar: bahkan lebih besar dari akselerator partikel terbesar di dunia, Large Hadron Collider, yang mengirimkan partikel berenergi tinggi dalam putaran 27 kilometer sebelum menghancurkannya bersama-sama.

Eksperimen di atas meja

Inilah sebabnya mengapa pengukuran gravitasi skala kecil saat ini sangat penting.

Eksperimen yang dilakukan bersama oleh Belanda dan Inggris ini merupakan eksperimen “meja”. Itu tidak memerlukan mesin besar.

Eksperimen ini bekerja dengan cara melayangkan sebuah partikel di medan magnet dan kemudian mengayunkan beban di sekitarnya untuk melihat bagaimana partikel tersebut “bergoyang” sebagai responsnya.

Hal ini serupa dengan cara sebuah planet “bergoyang” ketika ia berputar mengelilingi planet lain.

Dengan mengangkat sebuah partikel menggunakan magnet, ia dapat diisolasi dari berbagai pengaruh yang membuat efek gravitasi lemah sulit dideteksi.

Keunggulan eksperimen bench-top seperti ini adalah biayanya tidak mencapai miliaran dolar, sehingga menghilangkan salah satu hambatan utama dalam melakukan eksperimen gravitasi skala kecil dan berpotensi memajukan fisika. (Proposal terbaru untuk penerus Large Hadron Collider yang lebih besar akan menelan biaya $17 miliar.)

Pekerjaan yang harus dilakukan

Eksperimen di atas meja sangat menjanjikan, namun masih ada pekerjaan yang harus dilakukan.

Eksperimen baru-baru ini mendekati domain kuantum, tetapi belum sampai ke sana. Massa dan gaya yang terlibat harus lebih kecil lagi untuk melihat bagaimana gravitasi bekerja pada skala ini.

Kita juga harus bersiap menghadapi kemungkinan bahwa eksperimen di atas meja tidak dapat dilakukan sejauh itu.

Mungkin masih ada beberapa keterbatasan teknologi yang menghalangi kita melakukan eksperimen gravitasi pada skala kuantum, sehingga mendorong kita kembali untuk membangun akselerator yang lebih besar.

Kembali ke teori

Perlu juga dicatat bahwa beberapa teori gravitasi kuantum yang dapat diuji dengan eksperimen benchtop sangatlah radikal.

Beberapa teori, seperti lingkaran gravitasi kuantum, menyatakan bahwa ruang dan waktu dapat menghilang pada skala yang sangat kecil atau pada energi yang tinggi. Jika demikian, eksperimen pada skala ini mungkin tidak dapat dilakukan.

Bagaimanapun, eksperimen yang kita kenal adalah eksperimen yang terjadi di tempat tertentu dan selang waktu tertentu. Jika teori seperti ini benar, kita mungkin perlu memikirkan kembali hakikat eksperimen untuk memahaminya dalam situasi yang kekurangan ruang dan waktu.

Di sisi lain, fakta bahwa kita dapat melakukan eksperimen sederhana yang melibatkan gravitasi dalam skala kecil mungkin menunjukkan bahwa ruang dan waktu memang ada.

Yang mana yang ternyata benar? Cara terbaik untuk mengetahuinya adalah dengan melanjutkan eksperimen di atas meja dan mendorongnya sejauh mungkin.

Didukung oleh Percakapan

Artikel ini diterbitkan ulang dari The Conversation di bawah lisensi Creative Commons. Baca artikel aslinya.

Kutipan: Eksperimen Gravitasi Meja Dapur: Mengapa Pengukuran yang Sangat Kecil Bisa Menjadi Lompatan Besar ke Depan dalam Fisika (2024, 4 Maret) Diakses tanggal 5 Maret 2024, dari https://phys.org/news/2024-03-gravity-kitchen -meja-kecil-besar.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Kecuali untuk tindakan bonafid apa pun untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.