Ruangwaktu

Kita membangun ruangwaktu dengan menjepret ruang beberapa kali secara instan pada jenak waktu berturut-turut dan menumpuk hasil jepretan. Ini sangat mudah dibayangkan jika kita mulai dari ruang dua dimensi. Jepretan-jepretan yang diambil pada waktu-waktu berbeda kemudian ditumpuk untuk memberi kita ruangwaktu tiga dimensi.

Advertisements

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.

Bukti Bahwa Ruang Tak Bisa Disayat

Pertanyaannya seolah sederhana: jika menimbang ruang geometris—bola atau torus mirip donat—dapatkah kita membelahnya ke dalam potongan lebih kecil? Dalam kasus permukaan dua-dimensi bola, jawabannya jelas ya. Siapapun bisa mengubinkan mosaik segitiga pada permukaan dua-dimensi apa saja. Demikian pula, ruang tiga-dimensi apapun dapat disayat-sayat menjadi sejumlah piramida.

Bagaimana Pasangan Quantum Menjahit Ruang-Waktu

Tensor muncul di seluruh fisika—mereka adalah objek matematis yang bisa mewakili banyak bilangan pada waktu bersamaan. Contoh, vektor kecepatan merupakan tensor sederhana: ia menangkap harga untuk kecepatan dan arah gerak. Tensor-tensor lebih rumit, tertaut menjadi jejaring, dapat dipakai untuk menyederhanakan kalkulasi sistem kompleks yang terbuat dari banyak bagian berlainan yang berinteraksi—termasuk interaksi rumit banyak partikel subatom yang menyusun materi.

Teori String Bertemu Loop Quantum Gravity

Delapan dekade telah berlalu sejak fisikawan menyadari teori mekanika quantum dan teori gravitasi tidak cocok, dan teka-teki penggabungan keduanya belum juga terpecahkan. Dalam beberapa dekade terakhir, para peneliti mengejar persoalan ini dalam dua program terpisah—teori string dan loop quantum gravity—yang umumnya dianggap tidak serasi oleh praktisinya. Tapi sekarang beberapa ilmuwan berargumen, penggabungan kekuatan adalah jalan ke depan.

Bertaruh Pada Masa Depan Gravitasi Quantum

Sudah 80 tahun fisikawan mencari teori gravitasi quantum. Kendati graviton secara individual terlalu lemah untuk dideteksi, mayoritas fisikawan percaya partikel-partikel tersebut menjelajahi alam quantum berbondong-bondong, dan perilaku mereka secara kolektif melahirkan gaya gravitasi makroskopis, sebagaimana cahaya adalah efek makrokopis partikel-partikel bernama foton. Tapi setiap teori perilaku partikel gravitasi berhadapan dengan masalah yang sama: ketika diperiksa lebih cermat, itu tidak masuk akal secara matematis.

Memahami Dimensi

Adakah suatu alasan mengapa saya tidak bisa terus beranjak ke dimensi lebih tinggi? Apa yang begitu istimewa dengan angka tiga sampai kita harus berhenti di situ? Jawabannya adalah, tentu saja, kita hidup di alam semesta yang mempunyai tiga dimensi ruang; kita mempunyai kebebasan untuk bergerak ke depan/ke belakang, ke kiri/ke kanan, dan ke atas/ke bawah, tapi mustahil bagi kita untuk menunjuk ke arah baru yang siku-siku terhadap tiga arah lain tersebut. Dalam matematika, ketiga arah ke mana kita bebas bergerak ini disebut saling tegak lurus, bahasa matematikawan untuk ‘siku-siku terhadap satu sama lain’.