Teori kuantum yang aneh ini bisa saja terjadi

Ada bahasa tersembunyi di permadani besar alam semesta. Ini adalah simfoni getaran yang mengatur segalanya mulai dari pergerakan partikel hingga kelahiran bintang—dan mungkin bahkan materi gelap yang sulit dipahami yang menyusun sebagian besar materi di pusat semua galaksi.

Bahasa ini dikenal sebagai teori medan kuantum, dan merupakan salah satu konsep paling elegan dan tepat di seluruh sains.

Untuk memahami ide dasarnya, bayangkan interaksi antara dua magnet, yang masing-masing memberikan gaya pada magnet lainnya tanpa kontak fisik. Hubungan halus ini dapat dijelaskan dengan adanya medan magnet – sebuah konsep yang mendasar bagi pemahaman kita tentang dunia di sekitar kita.

belum diartikan

Namun pelajari lebih dalam bidang teori medan kuantum dan Anda akan menemukan bahwa medan menimbulkan lebih dari sekadar daya tarik magnetis. Bagi mereka yang cukup berani untuk mengarungi labirin persamaan dan perhitungan yang rumit, sebuah wahyu besar terjadi – semua gaya dan materi adalah manifestasi dari gerakan terus-menerus medan kuantum.

Namun bagaimana konsep yang tampaknya abstrak seperti itu bisa ada dalam realitas? Untuk menjawab pertanyaan ini, kita harus kembali ke awal abad ke-20, ketika fisikawan pertama kali berusaha menemukan hubungan antara dua teori paling sukses dalam sains – mekanika kuantum, fisika benda terkecil, dan relativitas. , fisika yang sangat besar.

Sejumlah paradoks dengan cepat muncul ketika mencoba melakukan hal ini. Diantaranya adalah teka-teki yang muncul ketika mencoba merekonsiliasi persamaan terkenal Einstein E=mc² dengan prinsip yang mendasari fisika kuantum.

Baca selengkapnya:

Misalnya, menurut prinsip mekanika kuantum, tidak mungkin satu elektron terpecah secara spontan menjadi banyak elektron. Alasan pastinya rumit dan mungkin tampak sangat kontra-intuitif, namun mekanika kuantum pada dasarnya bersifat probabilistik—dan probabilitas semua hasil yang mungkin terjadi dari perilaku sebuah partikel harus selalu sama dengan 100 persen.

Misalnya, menurut prinsip aneh mekanika kuantum—di mana probabilitas dan kemungkinan memainkan peran yang lebih besar daripada intuisi kita sehari-hari—tidak mungkin satu elektron terpecah secara spontan menjadi banyak elektron. Sebuah elektron mungkin tampak berada dalam beberapa keadaan sekaligus, namun hal ini tidak berarti bahwa banyak elektron telah tercipta.

Hukum pembengkokan pikiran ini dikenal sebagai Prinsip Kesatuan.

Namun menurut relativitas khusus, materi dapat berubah menjadi energi dan sebaliknya, seperti yang dinyatakan dalam persamaan Einstein. Artinya, semakin banyak energi yang tersedia dalam suatu sistem, semakin banyak pula materi yang dapat dihasilkannya. Jadi, menurut relativitas khusus, ada kemungkinan sebuah elektron memperoleh energi tambahan dan terpecah menjadi lebih banyak lagi. Jadi, apa solusinya?

Getaran kosmik

Ternyata paradoks ini dapat dijelaskan dengan memperhatikan getaran medan kuantum. Bayangkan elektron sebagai medan yang dapat beresonansi dengan frekuensi yang tak terhitung jumlahnya, seperti senar gitar.

Dalam hal ini, setiap getaran kuantum medan elektron dapat dikaitkan dengan penciptaan elektron baru. Dengan demikian, partikel-partikel baru dapat muncul dari harmoni halus getaran kuantum.

Namun kisah kita tidak berakhir di situ. Faktanya, hal ini berawal dari awal mula Alam Semesta itu sendiri dan kelahiran semua materi di dalamnya.

Pada tahap awalnya, alam semesta sedang mengalami periode percepatan ekspansi yang sangat cepat yang disebabkan oleh sesuatu yang dikenal sebagai inflasi kosmik. Hal ini menyebabkan pertumbuhan alam semesta dari skala mikroskopis menjadi alam semesta luas yang kita lihat sekarang.

Sekali lagi, hal ini dapat dijelaskan dengan menggunakan teori medan kuantum, dengan kekuatan pendorong di balik ekspansi adalah fenomena yang dikenal sebagai medan inflasi. Ini bukanlah konsep yang sepenuhnya dipahami oleh para ilmuwan, namun kita tahu bahwa fluktuasi kuantum dalam “medan inflasi” misterius ini memicu pembentukan galaksi, bintang, dan bahkan struktur ruang-waktu itu sendiri. Jadi bagaimana hal itu bisa terjadi?

Pertumbuhan alam semesta

Bayangkan alam semesta awal sebagai kanvas kosong yang penuh dengan energi potensial. Di sinilah bidang inflasi mulai mengalami fluktuasi kuantum dalam skala yang tak terbayangkan.

Fluktuasi ini, seperti angin sepoi-sepoi yang mengganggu permukaan kolam yang tenang, menyebar ke seluruh alam semesta, meninggalkan benih gravitasi pada struktur kosmik.

Hal ini terjadi ketika fluktuasi kuantum kecil yang lahir dari gaya penggerak aneh di alam semesta, yaitu medan inflasi, menyebabkan gumpalan energi berkondensasi menjadi materi. Dan berbagai materi inilah yang akhirnya menyatu dan berevolusi menjadi jaringan galaksi dan gugus galaksi yang luas seperti yang kita amati saat ini.

Melalui kalkulasi teori medan kuantum canggih yang dikombinasikan dengan teori gravitasi Einstein serta teknik komputasi canggih, para ilmuwan mampu mengungkap interaksi kompleks antara medan kuantum dan pertumbuhan alam semesta.

Karya ini membantu mereka memperjelas asal usul alam semesta itu sendiri dan peran medan inflasi sebagai arsitek diamnya.

Saat ini, dampak dari bidang inflasi masih dapat dilihat pada beragam struktur kosmik yang membentuk alam semesta, termasuk galaksi itu sendiri, tata surya, dan planet yang kita sebut rumah.

Semua keajaiban langit yang menghiasi langit malam muncul dari sup primordial fluktuasi kuantum yang bergetar di medan inflasi. Hal ini tentunya merupakan bukti keberhasilan teori medan kuantum dan perannya dalam upaya kita memahami alam semesta.

Baca selengkapnya: