Sekarang LIGO pertama kali menemukan sinyal gelombang gravitasi, bagian dari teori Einstein telah dikonfirmasi, meramalkan bahwa tatanan ruang angkasa harus ditutupi dengan riak dan gelombang. Dan itu menimbulkan banyak pertanyaan menarik, termasuk yang berikut:
Haruskah gelombang gravitasi menunjukkan dualitas gelombang-partikel, dan jika demikian, apakah fisikawan dengan LIGO telah menemukan cara untuk menguji ini, seperti semacam eksperimen dengan dua celah?
Dualitas gelombang-partikel adalah salah satu konsekuensi paling aneh dari mekanika kuantum yang kita ketahui.
Semuanya dimulai dengan sederhana: materi terdiri dari partikel, atom dan komponennya, dan radiasi - gelombang. Partikel ini terlihat, karena menunjukkan sifat seperti tabrakan atau memantul, melekat bersama dengan partikel lain, menukar energi, mengikat, dll. Dan gelombang dapat ditentukan oleh difraksi dan interferensi dengan dirinya sendiri. Newton secara keliru percaya bahwa cahaya terdiri dari partikel-partikel, tetapi yang lain, misalnya, Huygens (kontemporernya) dan sarjana awal abad ke-19, Young and Fresnel, menunjukkan dengan pasti bahwa cahaya menunjukkan sifat-sifat yang tidak dapat dijelaskan kecuali jika Anda menganggapnya sebagai gelombang. Yang paling jelas dari mereka adalah lewatnya cahaya melalui celah ganda: gambar pada layar latar belakang menunjukkan bahwa cahaya mengganggu baik secara konstruktif (titik terang tampak) maupun destruktif (titik gelap muncul).
Interferensi adalah properti gelombang, sehingga percobaan "membuktikan" bahwa cahaya adalah gelombang. Tetapi pada awal abad ke-20, semuanya sedikit bingung ketika efek fotolistrik ditemukan. Jika Anda menyinari material tertentu, cahaya akan secara berkala membuat elektron mati. Jika Anda membuat cahaya lebih merah (menurunkan energi) - bahkan meningkatkan intensitasnya - elektron akan berhenti berdenyut. Tetapi jika Anda membuatnya biru (meningkatkan energi), maka bahkan jika Anda mengencangkan efisiensi dengan kuat, cahaya masih akan merobohkan elektron. Segera setelah itu, ternyata cahaya dikuantisasi menjadi foton, dan bahwa foton individu dapat berperilaku seperti partikel, mengetuk elektron pada energi yang tepat.
Di bawah batas tertentu, energi ionisasi tidak terjadiSelama abad ke-20, hasil yang lebih aneh pun muncul:
• Foton yang terpisah, melewati dua celah satu per satu, akan mengganggu diri mereka sendiri dan memberikan gambar yang sesuai dengan gelombang.
• Elektron, sebagai partikel, juga menunjukkan interferensi dan difraksi.
• Jika Anda mengukur celah tertentu yang melewati foton atau elektron, pola interferensi tidak berfungsi - dan jika Anda tidak mengukur, ternyata celah itu.
Tampaknya setiap partikel yang kita amati dapat digambarkan sebagai gelombang dan juga sebagai partikel. Selain itu, fisika kuantum mengatakan bahwa perlu untuk menggambarkannya seperti ini dan itu pada saat yang sama, jika tidak kita tidak akan mendapatkan hasil yang konsisten dengan eksperimen.
Kami melewati gelombang gravitasi. Mereka cukup unik, karena sejauh ini kita hanya mengamati manifestasi gelombang mereka, tetapi belum mengamati bahwa mereka berperilaku seperti partikel. Namun, sama seperti gelombang air yang tersusun dari partikel, maka gelombang gravitasi juga harus terdiri dari partikel. Partikel-partikel ini haruslah graviton, yang mentransmisikan gaya gravitasi, dan mereka akan muncul sebagai konsekuensi dari fakta bahwa gravitasi pada dasarnya merupakan interaksi kuantum.
Karena ini adalah gelombang, dilihat dari pengamatan, berperilaku persis seperti yang diprediksi oleh Teori Relativitas Umum, kita dapat menyimpulkan bahwa ia akan terus berperilaku seperti semua entitas gelombang yang diprediksi oleh GR. Secara rinci, mereka sedikit berbeda dari gelombang lain yang akrab bagi kita: ini bukan gelombang skalar, seperti gelombang air, dan bukan gelombang vektor, seperti cahaya, di mana medan listrik dan magnet berosilasi dalam fase. Ini adalah gelombang tensor, menyebabkan ruang berkontraksi dan mengembang ke arah tegak lurus saat gelombang merambat.
Dalam banyak hal, gelombang ini berperilaku dengan cara yang sama seperti yang lain, termasuk merambat dalam medium pada kecepatan tertentu (dengan kecepatan cahaya di sepanjang jalinan ruang), mengganggu gelombang lain di ruang baik secara struktural dan destruktif, bergerak sepanjang permukaan sudah kelengkungan ruang-waktu yang ada, dan jika gelombang ini dapat dibuat untuk mengalami difraksi - mungkin ketika melewati sumber gravitasi yang kuat seperti lubang hitam - mereka akan melakukan ini. Selain itu, diketahui bahwa dengan perluasan Alam Semesta, gelombang ini akan berperilaku sama seperti orang lain: meregangkan dan memperluas bersama dengan ruang latar belakang Alam Semesta.
Jadi pertanyaannya adalah bagaimana cara memeriksa bagian kuantum mereka? Bagaimana cara mencari sifat sel-sel dari gelombang gravitasi? Secara teori, gelombang gravitasi mirip dengan animasi di atas, menunjukkan bagaimana visibilitas gelombang muncul dari banyak partikel yang bergerak dalam lingkaran - partikel ini akan menjadi graviton, dan gelombang yang dihasilkan direkam oleh LIGO. Ada banyak alasan untuk meyakini bahwa kita memiliki graviton, yang:
• memiliki putaran 2,
• tidak memiliki massa,
• bergerak dengan kecepatan cahaya,
• berinteraksi hanya melalui gravitasi.
Pembatasan yang diperoleh dari LIGO pada massa graviton sangat baik: jika memiliki massa, maka tidak melebihi 1,6 * 10
-22 eV / c2, artinya, 10
28 kali lebih ringan dari elektron. Tetapi sampai kita menemukan cara untuk menguji gravitasi kuantum dengan gelombang gravitasi, kita tidak akan tahu apakah graviton menunjukkan dualitas gelombang-partikel.
Ada beberapa peluang untuk ini, meskipun LIGO tidak mungkin berhasil. Anda lihat, efek gravitasi kuantum paling menonjol di mana medan gravitasi yang sangat kuat berinteraksi pada jarak yang sangat pendek. Apakah ada cara yang lebih baik untuk memeriksa ini daripada mengamati penggabungan lubang hitam? Ketika dua singularitas bergabung, efek kuantum ini - titik awal yang harus GRT - muncul pada saat merger, tak lama sebelum dan segera setelah. Kita perlu melacak fenomena selama periode waktu yang diukur dalam picoseconds, bukan mikro atau milidetik yang sensitif terhadap LIGO - tetapi ini mungkin tidak mungkin. Pada prinsipnya, kami mengembangkan pulsa laser yang beroperasi pada skala femtosecond atau bahkan attosecond (10
-15 s - 10
-18 s), sehingga kami dapat berpotensi mengatur sensitivitas yang melacak penyimpangan kecil dari relativitas jika Anda memulai cukup banyak interferometer semacam itu. Ini akan membutuhkan lompatan besar dalam teknologi, pengurangan kebisingan yang signifikan dan peningkatan sensitivitas. Tetapi secara teknis ini bukan tidak mungkin - itu hanya sangat sulit!
Jika Anda memerlukan informasi lebih lanjut, saya baru merekam video dengan cerita tentang gelombang gravitasi, LIGO dan apa yang kami pelajari tentangnya.
Topik kita terutama berkaitan dengan pertanyaan terakhir, yang mengatakan tentang bagaimana kita dapat menguji sifat corpuscular graviton, yang akan melengkapi gambaran dualisme gelombang-partikel Semesta. Kami percaya bahwa ini akan menjadi kenyataan, meskipun kami tentu tidak tahu. Saya harap keingintahuan kita akan membuat kita berinvestasi dalam studi ini, alam akan bermain bersama kita, dan kita akan mengetahuinya!