Peta Theory of Everything

Dalam pencarian deskripsi alam terpadu dan koheren—sebuah “theory of everything”—fisikawan telah menemukan akar tunggang yang menautkan semakin banyak fenomena berbeda. Dengan hukum gravitasi universal, Isaac Newton mengawinkan jatuhnya apel dengan orbit planet. Albert Einstein, dalam teori relativitasnya, menenun ruang dan waktu menjadi kain tunggal, dan menunjukkan bagaimana apel dan planet jatuh sepanjang lengkungan kain. Dan hari ini, semua partikel unsur terpasang rapi ke dalam struktur matematis yang disebut Standard Model. Tapi teori-teori fisika kita masih dipenuhi perpecahan, lubang, dan inkonsistensi. Ini masalah mendalam yang harus dijawab dalam pengejaran theory of everything.

Apakah Alam Tidak Alami?

Suatu siang mendung di ujung April, para profesor fisika dan mahasiswa berdesakan ke dalam aula berpanel kayu di Universitas Columbia untuk mendengarkan ceramah Nima Arkani-Hamed, teoris kenamaan yang bertandang dari Institute for Advanced Study di Princeton, New Jersey. Dengan rambut gelap sebahu yang disisipkan ke belakang telinga, Arkani-Hamed memaparkan dua implikasi kontradiktif dari hasil-hasil eksperimen mutakhir di Large Hadron Collider Eropa. “Alam semesta adalah niscaya,” umumnya. “Alam semesta adalah mustahil.”

Dalam Pola Misterius, Matematika dan Alam Bertemu

Pada 1999, saat duduk di sebuah halte bus di Cuernavaca, Meksiko, seorang fisikawan Ceko bernama Petr Šeba melihat anak-anak muda menyerahkan carikan kertas kepada para sopir bus dengan imbalan uang tunai. Itu bukan kejahatan terorganisir, setahu dia kemudian, melainkan salah satu profesi bayangan: setiap sopir membayar seorang “mata-mata” untuk mencatat kapan bus di depannya meninggalkan halte. Jika bus itu berangkat baru-baru ini, dia akan memperlambat kendaraan, agar penumpang bertumpuk di halte berikutnya. Jika bus itu berangkat sudah lama, dia akan mempercepat kendaraan agar bus-bus lain tidak menyusulnya. Sistem ini memaksimalkan laba para sopir. Dan ini memberi Šeba ide.

Bilangan Aneh Ditemukan Dalam Benturan Partikel

Di Large Hadron Collider di Jenewa, fisikawan menembakkan proton-proton keliling lintasan 17 mil dan menabrakkan mereka pada hampir kecepatan cahaya. Itu salah satu eksperimen ilmiah paling disetel halus di dunia, tapi saat coba memahami puing quantum, fisikawan mengawali dengan alat sederhana bernama diagram Feynman yang tidak jauh beda dari cara anak kecil melukiskan situasi ini.

Matematikawan Mengejar Bayangan Sinar Bulan

Pada 1978, matematikawan John McKay menyadari sebuah kebetulan aneh. Dia sedang mempelajari cara-cara pelambangan struktur entitas misterius yang disebut grup monster, objek aljabar raksasa yang, menurut matematikawan, menangkap kesimetrian jenis baru. Matematikawan tidak yakin grup monster ini betul-betul eksis, tapi mereka tahu bahwa jika memang eksis, ia beraksi dengan cara istimewa di dimensi-dimensi tertentu, dua yang pertama adalah 1 dan 196.883.

Permata di Jantung Fisika Quantum

Pengungkapan bahwa interaksi partikel, peristiwa terdasar di alam, adalah konsekuensi dari geometri betul-betul memajukan upaya puluhan tahun untuk merumuskan ulang teori medan quantum, kumpulan hukum yang mendeskripsikan partikel-partikel unsur dan interaksi mereka. Interaksi yang tadinya dikalkulasi dengan rumus-rumus matematika sepanjang ribuan suku kini dapat dideskripsikan dengan mengkomputasi volume “amplituhedron” mirip permata, yang menghasilkan ekspresi satu suku sepadan.

Fisikawan Bongkar “Ruang Teori” yang Geometris

Pada 1960-an, fisikawan karismatik Geoffrey Chew mengadopsi visi alam semesta radikal, serta cara baru mengerjakan fisika. Para teoris di masa itu sedang berjuang menemukan tatanan di hutan partikel-partikel temuan baru yang amburadul. Mereka ingin tahu partikel mana saja yang menjadi blok dasar penyusun alam dan partikel mana saja yang komposit. Tapi Chew, profesor di Universitas California, Berkeley, berargumen menentang pembedaan demikian. “Alam begini adanya karena ini satu-satunya alam potensial yang konsisten dengan dirinya sendiri,” tulisnya saat itu. Dia yakin dirinya dapat menyimpulkan hukum alam semata-mata dari persyaratan bahwa mereka harus swa-konsisten.