Penjelasan sederhana tentang ruang misterius, peregangan 'energi gelap'?

Selama hampir 2 dekade, ahli kosmologi mengetahui bahwa perluasan alam semesta semakin cepat, seolah-olah "energi gelap" misterius meniupnya seperti balon. Hanya apa energi gelap tetap menjadi salah satu misteri terbesar dalam fisika.

Sekarang, trio teoretikus berpendapat bahwa energi gelap bisa muncul dari sumber yang mengejutkan. Anehnya, kata mereka, energi gelap bisa terjadi karena-bertentangan dengan apa yang Anda pelajari di kelas fisika SMA-jumlah total energi di alam semesta tidak tetap, atau "dilestarikan," namun secara bertahap bisa hilang.

"Ini adalah arah yang bagus untuk dijelajahi," kata George Ellis, seorang ahli teori di University of Cape Town di Afrika Selatan, yang tidak terlibat dalam pekerjaan tersebut.

Tapi Antonio Padilla, seorang ahli teori di University of Nottingham di Inggris, mengatakan, "Saya tidak harus membeli apa yang telah mereka lakukan."

Energi gelap bisa menjadi bidang baru, sedikit seperti medan listrik, yang mengisi ruang. Atau itu bisa menjadi bagian dari ruang itu sendiri-tekanan yang melekat dalam ruang hampa-yang disebut konstanta kosmologis.

Skenario kedua bercampur dengan teori relativitas umum Einstein, yang mengemukakan bahwa gravitasi muncul saat massa dan energi melambangkan ruang dan waktu. Sebenarnya, Einstein menemukan konstanta kosmologis - secara harfiah dengan menambahkan persamaan diferensial terkenalnya - untuk menjelaskan bagaimana alam semesta menahan diri runtuh di bawah gravitasi sendiri.

Tapi dia menyerah pada gagasan itu sebagai hal yang tidak perlu ketika pada tahun 1920 astronom menemukan bahwa alam semesta tidak statis, namun berkembang seolah terlahir dalam sebuah ledakan.

Dengan pengamatan bahwa perluasan alam semesta semakin cepat, konstanta kosmologis telah membuat cerdas. Membawa mekanika kuantum dan kasus untuk konstanta kosmologis menjadi rumit.

Mekanika kuantum menunjukkan bahwa vakum itu sendiri harus berfluktuasi secara tak kentara. Relativitas umum, fluktuasi kuantum kecil menghasilkan energi yang akan berfungsi sebagai konstanta kosmologis.

Namun, seharusnya 120 pesanan besarnya terlalu besar-cukup besar untuk melenyapkan alam semesta. Jadi, jelaskan mengapa ada konstanta kosmologis, tapi hanya sedikit, buat teka-teki konseptual utama bagi fisikawan. (Bila tidak ada teori konstanta kosmologis yang mengasumsikan bahwa beberapa efek yang tidak diketahui hanya dipaku ke nol.)

Sekarang, Thibault Josset dan Alejandro Perez dari Universitas Aix-Marseille di Prancis dan Daniel Sudarsky dari National Otonom University of Mexico di Mexico City mengatakan bahwa mereka telah menemukan cara untuk mendapatkan nilai yang masuk akal untuk konstanta kosmologis.

Mereka memulai dengan varian relativitas umum yang Einstein sendiri temukan disebut gravitasi unimodular. Relativitas umum mengasumsikan simetri matematis yang disebut kovarian umum, yang mengatakan bahwa tidak peduli bagaimana Anda memberi label atau memetakan ruangwaktu koordinat (yaitu posisi dan waktu kejadian) prediksi teori harus sama.

Simetri itu segera mensyaratkan bahwa energi dan momentum dilestarikan. Unimodular gravity memiliki versi yang lebih terbatas dari simetri matematis itu.

Gaya gravitasi unimodular mereproduksi sebagian besar prediksi relativitas umum. Namun, di dalamnya fluktuasi kuantum dari vakum tidak menghasilkan gravitasi atau menambah konstanta kosmologis, yang sekali lagi hanyalah konstanta yang dapat diatur ke nilai yang diinginkan. Ada biaya, namun bobot unimodular tidak memerlukan energi untuk dilestarikan, jadi para teoretikus harus memaksakan batasan itu secara semena-mena.

Namun, sekarang, Josset, Perez, dan Sudarsky menunjukkan bahwa dengan gravitasi yang tidak imajinatif, jika mereka meneruskannya dan membiarkan pelanggaran konservasi energi dan momentum, sebenarnya menetapkan nilai konstanta kosmologis.

Argumennya bersifat matematis, namun pada intinya sedikit energi yang hilang di alam semesta meninggalkan jejaknya dengan secara bertahap mengubah konstanta kosmologis. "Dalam modelnya, energi gelap adalah sesuatu yang mencatat berapa banyak energi dan momentum telah hilang selama sejarah alam semesta," kata Perez, dikutip dari sciencemag.org.

Untuk menunjukkan bahwa teori tersebut memberikan hasil yang masuk akal, para ahli teori mempertimbangkan dua skenario tentang bagaimana pelanggaran konservasi energi dapat terjadi dalam teori yang membahas masalah mendasar dalam mekanika kuantum.

Misalnya, sebuah teori yang disebut lokalisasi spontan terus menerus (CSL) mencoba untuk menjelaskan mengapa partikel subatomik seperti elektron dapat secara harfiah berada di dua tempat sekaligus, namun benda besar seperti mobil tidak bisa.

CSL mengasumsikan bahwa keadaan dua tempat seperti itu secara spontan runtuh ke satu tempat atau yang lain dengan probabilitas yang meningkat dengan ukuran objek, sehingga tidak mungkin objek besar bertahan di negara dua tempat.

Ketukan melawan CSL adalah bahwa hal itu tidak menghemat energi. Tetapi para teoretikus menunjukkan bahwa jumlah pelestarian energi yang dilanggar akan cukup kasar untuk memberikan konstanta kosmologis dengan ukuran yang tepat.

Kebaruan kerja ini terletak pada penggunaan pelemahan konservasi energi untuk mengikat energi gelap terhadap kemungkinan perluasan teori kuantum, kata Lee Smolin, seorang ahli teori di Institut Perimeter untuk Fisika Teoretis di Waterloo, Kanada.

"Sama sekali tidak definitif. Tapi ini adalah hipotesis menarik yang menyatukan kedua hal ini, yang menurut pengetahuan saya tidak ada yang pernah mencoba menghubungkan sebelumnya,” katanya.

Namun, Padilla mengatakan bahwa para teoretikus sedang bermain matematika. Mereka masih harus berasumsi bahwa konstanta kosmologis dimulai dengan beberapa nilai kecil yang tidak mereka jelaskan. Tapi Ellis mencatat bahwa fisika penuh dengan konstanta yang tidak dapat dijelaskan seperti muatan elektron atau kecepatan cahaya. "Ini hanya menambahkan satu konstanta ke daftar panjang."

Padilla juga berpendapat bahwa karya tersebut bertentangan dengan gagasan bahwa fenomena pada skala terbesar tidak bergantung pada skala terkecil. "Anda mencoba untuk menggambarkan sesuatu pada skala alam semesta. Apa Anda benar-benar mengharapkannya sensitif terhadap detail mekanika kuantum?"

Tapi Smolin berpendapat bahwa masalah konstan kosmologis sudah menghubungkan alam kosmik dan kuantum. Jadi, dia berkata, "Ini adalah gagasan baru yang mungkin benar dan karenanya patut diminati,” katanya.(kakikukram.com)

Images:
Sciencemag.org
Powered by Blogger.