Sebuah hipotesis fisik baru menantang "teori segalanya" terkemuka
Pada 25 Juni, fisikawan Timm Wrase, yang tinggal di Wina, terbangun dan mengantuk membaca daftar karya fisik yang baru-baru ini diterbitkan secara online. Satu tajuk utama menghantamnya sehingga ia membuang semua sisa-sisa tidur.
Karya
Harran Harvard, spesialis teori string yang luar biasa, dilakukan dalam kolaborasi dengan rekan-rekannya, telah berhipotesis bahwa ada formula sederhana yang menentukan alam semesta mana yang diizinkan untuk ada dan yang tidak, sesuai dengan teori string. Teori string, kandidat utama untuk "
teori segalanya, " menyatukan gravitasi dan fisika kuantum, mendefinisikan semua materi dan interaksi dalam bentuk getaran dari benang energi kecil. Teori ini memungkinkan sekitar
10.500 solusi: "lanskap" besar dan beragam dari alam semesta yang mungkin. Ahli teori string seperti Vraze dan Wafa telah berusaha selama bertahun-tahun untuk menempatkan alam semesta kita di suatu tempat di lanskap kemungkinan ini.
Tetapi sementara Wafa dan rekan menyarankan bahwa, pada lanskap teori string, alam semesta seperti kita - atau lebih tepatnya, cara kita membayangkannya - tidak bisa ada. Jika teorinya benar, sebagaimana Vraze dan fisikawan lainnya langsung mengerti, maka baik Semesta kita benar-benar berbeda dari yang seharusnya, atau teori string tidak benar.
Setelah membawa keturunannya ke taman kanak-kanak, Vraze pergi bekerja di Institut Teknologi Wina, di mana rekan-rekannya dengan penuh semangat membahas pekerjaan yang sama. Pada hari yang sama, Wafa, ketika berada di Okinawa di Jepang,
mempresentasikan teori ini pada konferensi Strings 2018, yang diikuti oleh fisikawan di seluruh dunia. Perselisihan terjadi di konferensi, dan di tempat lain. "Banyak yang langsung mengatakan:" Ini mungkin sebuah kesalahan, "yang lain berkata:" Ya, sudah berapa tahun saya mengatakan ini, "ada reaksi menengah lainnya," kata Vraze. Dia menambahkan bahwa ada kebingungan, tetapi “dan, tentu saja, sangat menarik. Karena, jika hipotesis ini benar, ia akan memiliki banyak konsekuensi besar bagi kosmologi. "
Para peneliti duduk di tempat kerja, mencoba menguji hipotesis dan mempelajari konsekuensinya. Vraze telah menulis dua karya, yang
salah satunya dapat mengarah pada penyempurnaan hipotesis, dan dia melakukan ini, terutama saat berlibur bersama keluarganya. Dia ingat bagaimana dia berpikir: "Sangat menarik, saya perlu berolahraga dan mempelajarinya lebih dalam."
Formula yang diusulkan, yang muncul dalam
karya 25 Juni oleh Vafa, Georges Obied, Hiroshi Ooguri dan Lev Spodyneiko, dan kemudian mempelajari lebih dalam pada
karya berikutnya yang
diterbitkan dua hari kemudian , oleh Vafa, Obied, Prateek Agrawal dan Pl Steinhardt, pada kenyataannya, menunjukkan bahwa dengan perluasan alam semesta, kerapatan energi vakum ruang kosong akan berkurang lebih cepat dari nilai tertentu. Aturan harus bekerja di semua model alam semesta sederhana berdasarkan teori string. Tetapi ini bertentangan dengan dua pendapat populer tentang Alam Semesta yang sebenarnya: ia membuat mustahil gagasan yang diterima secara umum tentang perluasannya saat ini dan model utama kelahirannya yang eksplosif.
* * *
Sejak tahun 1998, telah diamati dari teleskop bahwa ruang berkembang lebih cepat dan lebih cepat, yang berarti bahwa ruang hampa udara kosong harus didorong oleh dosis "energi gelap" yang menjijikkan secara gravitasi. Selain itu, tampaknya jumlah energi gelap yang dituangkan ke ruang kosong tetap konstan (sejauh yang bisa dinilai).
Tetapi sebuah hipotesis baru menyatakan bahwa energi vakum dari alam semesta harus berkurang.
Wafa dan rekannya berpendapat bahwa alam semesta dengan energi vakum yang stabil dan positif, yang dikenal sebagai
alam semesta de Sitter , tidak dapat eksis. Sejak ditemukannya energi gelap pada tahun 1998, para ahli teori string telah berjuang untuk membangun model string yang meyakinkan dari alam semesta de Sitter. Tetapi jika Wafa benar, upaya semacam itu pasti akan terjebak dalam inkonsistensi logis; Alam semesta de Sitter tidak ada di lanskap ini, tetapi di “rawa”. "Saya menyebut hal-hal yang terlihat konsisten, tetapi memiliki kontradiksi, rawa," jelasnya baru-baru ini. “Mereka sangat mirip dengan lanskap, mereka bisa menipu kamu. Tampaknya bagi Anda bahwa Anda akan dapat membangunnya, tetapi kenyataannya tidak demikian. ”
Menurut "hipotesis rawa de Sitter" ini, dalam semua kemungkinan, alam semesta logis, energi vakum harus jatuh seperti bola yang bergulir menuruni bukit, atau harus mencapai nilai negatif yang stabil. (Yang disebut alam semesta anti-de Sitter, dengan nilai-nilai energi vakum yang stabil dan negatif, mudah dibangun dalam teori string).
Jika asumsi ini benar, itu berarti bahwa kepadatan energi gelap di Alam Semesta kita tidak dapat konstan, dan harus mengambil bentuk yang disebut. "
intisari " - sumber energi, secara bertahap menurun selama puluhan miliar tahun. Sekarang diharapkan untuk meluncurkan beberapa percobaan di mana menggunakan teleskop akan lebih mapan apakah alam semesta mengembang dengan kecepatan konstan, atau dipercepat - yaitu, apakah jumlah energi gelap baru yang proporsional muncul dengan ruang baru, atau akselerasi kosmik berangsur-angsur berubah sesuai dengan model intisari. . Penemuan saripati akan merevolusi fisika fundamental dan kosmologi, dan menulis ulang masa lalu dan masa depan ruang. Alam semesta klasik tidak akan dihancurkan oleh
Celah Besar , tetapi lambat laun akan melambat, dan, menurut sebagian besar model, pada akhirnya akan berakhir meluas dan berkontraksi dalam
Kompresi Besar atau
Big Bounce .
Steinhardt, seorang kosmologis dari Princeton dan salah satu penulis bersama Wafa, mengatakan bahwa selama beberapa tahun ke depan, "semua mata akan terpaku" pada hasil eksperimen seperti
pengamatan energi gelap ,
teleskop inframerah jarak jauh , dan
teleskop Euclidean , yang akan menjadi jelas apakah kepadatan energi gelap. "Jika menjadi jelas bahwa gambar itu bertentangan dengan intisari," kata Steinhardt, "ini akan berarti bahwa gagasan dengan rawa itu salah, atau teori string salah, atau keduanya salah - secara umum, ada sesuatu yang salah."
Hipotesis baru rawa mengungkapkan keraguan yang tidak kalah tajam tentang sejarah kelahiran Semesta yang diterima secara umum: teori Big Bang dan inflasi kosmik. Menurut teori ini, sebuah partikel kecil ruang-waktu, yang mengandung sejumlah besar energi, dengan cepat membengkak dan membentuk Semesta makroskopis tempat kita hidup. Teori ini, antara lain, diciptakan untuk menjelaskan bagaimana sebenarnya Alam Semesta menjadi begitu besar, halus dan datar.
Tetapi bidang inflasi hipotetis energi yang seharusnya memicu inflasi kosmik tidak sesuai dengan rumus Wafa. Untuk memenuhi formula ini, energi dari bidang inflasi harus dihabiskan dengan sangat cepat untuk mendapatkan alam semesta yang halus dan datar, seperti yang ia dan rekan-rekannya jelaskan. Oleh karena itu, hipotesis mereka bertentangan dengan banyak model populer inflasi kosmik. Di tahun-tahun mendatang, teleskop seperti
Simons Observatory akan mencari tanda-tanda utama inflasi ruang angkasa dengan membandingkan teori ini dengan yang bersaing.
Pada saat ini, para ahli teori string, biasanya berbicara di depan bersatu, tidak setuju pada hipotesis. Eva Silverstein, seorang profesor fisika di Stanford University, seorang pemimpin proyek dalam menciptakan model-model inflasi, percaya sangat mungkin bahwa teori ini ternyata salah. Begitu juga suaminya, profesor Stanford Shamit Kachra; itu adalah huruf pertama K dalam KKLT, karya terkenal tahun 2003, yang dikenal oleh para inisial penulisnya, di mana mereka mengusulkan serangkaian bahan string yang dapat digunakan untuk membuat alam semesta de Sitter. Formula Wafa mengatakan bahwa desain Silverstein dan Kachra tidak akan berfungsi. "Hipotesa ini telah mengepung keluarga kami," canda Silverstein. Namun dari sudut pandangnya, model ekspansi yang dipercepat tidak kehilangan apa pun setelah penerbitan karya-karya baru. "Mereka pada dasarnya hanya berpendapat bahwa hal-hal ini tidak ada, mengutip hasil analitis yang sangat terbatas, dan dalam beberapa kasus meragukan," katanya.
Matthew Kleban, seorang spesialis teori string dan kosmolog di New York University, juga bekerja pada model inflasi string. Dia menekankan bahwa teori baru rawa sangat spekulatif, dan merupakan contoh klasik dari perilaku seorang pemabuk yang mencari kunci di bawah lentera, karena lebih ringan di sana, karena sebagian besar lanskap teori string belum dipelajari. Tetapi dia mengakui bahwa berdasarkan bukti yang ada, hipotesis itu ternyata benar. "Mungkin ternyata benar tentang teori string, dan kemudian ternyata teori string tidak menggambarkan dunia," kata Kleban. Dan, mungkin, “energi gelap telah membantahnya. Dan itu jelas akan sangat menarik. "
Teori rawa Will de Sitter dan eksperimen di masa depan dapat menyangkal teori string, kita akan pelajari nanti. Sebuah penemuan yang dibuat pada tahun 2000-an bahwa teori string memiliki sekitar
10.500 solusi membunuh harapan bahwa itu dapat dengan cara yang unik dan tak terelakkan memprediksi masa depan alam semesta kita. Teori ini sepertinya dapat mendukung hampir semua pengamatan, yang membuatnya sangat sulit untuk secara eksperimental memverifikasi atau membantah.
Pada tahun 2005, Wafa dan seluruh jaringan penulis bersama mulai merenungkan bagaimana mengurangi jumlah kemungkinan ini, menandai sifat-sifat dasar alam, yang dalam hal apa pun harus benar. Sebagai contoh,
teori mereka
tentang gravitasi lemah menunjukkan bahwa gravitasi harus menjadi interaksi yang paling lemah di alam semesta logis mana pun. Alam semesta teoretis yang tidak memenuhi persyaratan seperti itu terlempar keluar dari bentang alam ke rawa. Banyak asumsi rawa ini cocok dengan argumen yang menyerang mereka, dan beberapa "sekarang di atas fondasi yang sangat solid," kata Hiroshi Ooguri, seorang ahli fisika teoretis di Institut Teknologi California, salah satu rekan pertama Wafa tentang hipotesis rawa. Sebagai contoh, teori gravitasi lemah telah memperoleh begitu banyak bukti sehingga diyakini bahwa itu secara umum benar, terlepas dari apakah teori string ternyata merupakan teori gravitasi yang cocok.
Intuisi tentang di mana lanskap berakhir dan rawa dimulai adalah karena upaya puluhan tahun untuk membangun model string alam semesta. Hambatan utama untuk proyek ini adalah bahwa teori string memprediksi keberadaan 10 dimensi ruang-waktu, yang jauh lebih besar daripada empat yang terlihat. Ahli teori string menyarankan bahwa enam dimensi tambahan harus kecil - terlipat erat di setiap titik. Lanskap diisi dengan semua cara yang memungkinkan untuk mengkonfigurasi dimensi tambahan ini. Tetapi meskipun ada banyak kemungkinan, para peneliti, misalnya, Wafa, menemukan penampakan prinsip-prinsip umum. Sebagai contoh, pengukuran bengkok cenderung berkontraksi secara gravitasi, dan bidang-bidang seperti elektromagnetik cenderung mendorong semuanya terpisah. Dalam konfigurasi yang sederhana dan stabil, efek ini diimbangi oleh energi negatif dari ruang hampa, yang mengarah pada munculnya alam semesta anti-de Sitter. Mengubah energi vakum menjadi energi positif sangat sulit. "Biasanya dalam fisika ada contoh sederhana dari fenomena umum," kata Wafa. "Tapi ini tidak berlaku untuk model de Sitter."
KKLT, yang ditulis oleh Kachra, Renata Kallosh, Andrei Linde dan Sandeep Trivedi, menawarkan jebakan tali seperti fluks, seketika dan anti-d-bran, yang secara teori dapat menjadi alat untuk menyesuaikan energi vakum positif dan konstan. Namun, desain ini rumit, dan selama bertahun-tahun kemungkinan telah ditemukan ketidakstabilan di dalamnya. Meskipun Kachru mengatakan dia tidak memiliki "keraguan serius," banyak peneliti telah mulai curiga bahwa skrip KKLT masih tidak menghasilkan alam semesta de Sitter yang stabil.
Wafa percaya bahwa sudah waktunya untuk melakukan pencarian bersama untuk model alam semesta de Sitter yang unik dan stabil. Hipotesisnya pertama-tama harus menekankan pentingnya masalah ini. Dari sudut pandangnya, para ahli teori string tidak merasakan motivasi yang cukup untuk mencari tahu apakah teori string mampu menggambarkan dunia kita, alih-alih menempati sudut pandang yang menurutnya, karena lanskap string sangat besar, ada ruang bagi kita, meskipun tidak ada yang tahu di mana tepatnya. “Sebagian besar anggota komunitas teori string masih berada di sisi keberadaan konstruksi de Sitter,” katanya, “karena semua orang percaya: Lihat, kita hidup di alam semesta de Sitter dengan energi positif; jadi kita lebih baik mencari contoh dari jenis ini. "
Hipotesisnya mendorong komunitas untuk mengambil tindakan, dan para peneliti seperti Vraze mulai mencari contoh tandingan dari alam semesta de Sitter yang stabil, sementara yang lain bermain dengan model string yang sedikit dieksplorasi dari alam semesta klasik. "Bagaimanapun, saya akan tertarik untuk mengetahui apakah hipotesis itu benar atau tidak," kata Wafa. - Pertanyaannya adalah apa yang harus kita lakukan. Dan kita dapat mencapai kemajuan hanya dengan menemukan bukti yang mendukung atau menentang teori. "
Lebih banyak artikel tentang topik sains populer dapat ditemukan di golovanov.net . Berlangganan pembaruan melalui email atau RSS . Artikel juga diduplikasi di saluran Yandex.Zen .