Penelitian PhD Sjors Heefer mengeksplorasi gelombang gravitasi dan ruangwaktu menggunakan geometri Finsler, yang bertujuan untuk menyelaraskan relativitas umum dengan mekanika kuantum. Temuannya mendukung sifat ruangwaktu Finslerian, yang selaras dengan pengamatan gelombang gravitasi. Kredit: SciTechDaily.com
Investigasi ke dalam gelombang gravitasi dan hubungannya dengan geometri Finsler memberikan wawasan baru tentang ruangwaktu, menyarankan cara untuk menyelaraskan relativitas dan mekanika kuantum.
Ketika berbicara tentang alam semesta kita, sering kali dikatakan bahwa ‘materi memberi tahu ruangwaktu cara melengkung, dan ruangwaktu melengkung memberi tahu materi cara bergerak’. Inilah inti dari teori relativitas umum Albert Einstein yang terkenal, dan menjelaskan bagaimana planet, bintang, dan galaksi bergerak dan mempengaruhi ruang di sekitarnya. Meskipun relativitas umum menangkap banyak hal besar di alam semesta kita, hal ini bertentangan dengan hal kecil dalam fisika seperti yang dijelaskan oleh mekanika kuantum. Untuk penelitian PhD-nya, Sjors Heefer mengeksplorasi gravitasi di alam semesta kita, dan penelitiannya mempunyai implikasi terhadap medan gelombang gravitasi yang menarik, dan mungkin mempengaruhi bagaimana fisika besar dan kecil dapat diselaraskan di masa depan.
Mengungkap Alam Semesta: Teori Einstein dan Selebihnya
Lebih dari seratus tahun yang lalu, Albert Einstein merevolusi pemahaman kita tentang gravitasi dengan teori relativitas umumnya. “Menurut teori Einstein, gravitasi bukanlah suatu gaya tetapi muncul karena geometri kontinum ruangwaktu empat dimensi, atau disingkat ruangwaktu,” kata Heefer. “Dan hal ini penting bagi munculnya fenomena menarik di alam semesta kita seperti gelombang gravitasi.”
Benda-benda besar, seperti Matahari atau galaksi, membengkokkan ruangwaktu di sekelilingnya, dan benda-benda lain kemudian bergerak sepanjang jalur yang paling lurus – atau dikenal sebagai geodesi – melalui ruangwaktu yang melengkung ini.
Namun karena kelengkungannya, geodesi ini tidak lurus sama sekali. Dalam kasus planet-planet di tata surya, misalnya, mereka menggambarkan orbit elips mengelilingi matahari. Dengan cara ini, relativitas umum dengan elegan menjelaskan pergerakan planet-planet serta berbagai fenomena gravitasi lainnya, mulai dari situasi sehari-hari hingga lubang hitam dan big bang. Oleh karena itu, ia tetap menjadi landasan fisika modern.
Teori Penyelesaian: Mekanika Kuantum vs. Relativitas Umum
Meskipun relativitas umum menggambarkan sejumlah fenomena astrofisika, relativitas umum berbenturan dengan teori fundamental fisika lainnya – mekanika kuantum.
“Mekanika kuantum menunjukkan bahwa partikel (seperti elektron atau muon) ada di berbagai keadaan pada waktu yang sama sampai mereka diukur atau diamati,” kata Heefer. “Setelah diukur, mereka secara acak memilih keadaan akibat efek misterius yang disebut sebagai ‘runtuhnya fungsi gelombang’.”
Dalam mekanika kuantum, fungsi gelombang adalah ekspresi matematika yang menggambarkan posisi dan keadaan suatu partikel, seperti elektron. Dan kuadrat fungsi gelombang menghasilkan kumpulan probabilitas di mana partikel tersebut berada. Semakin besar kuadrat fungsi gelombang di suatu lokasi tertentu, semakin tinggi kemungkinan suatu partikel akan berada di lokasi tersebut setelah diamati.
“Semua materi di alam semesta kita tampaknya tunduk pada hukum probabilistik mekanika kuantum yang aneh,” catat Heefer. “Hal yang sama juga berlaku untuk semua kekuatan alam – kecuali gravitasi. Perbedaan ini mengarah pada paradoks filosofis dan matematis yang mendalam, dan penyelesaiannya adalah salah satu tantangan utama dalam fisika fundamental saat ini.”
Menjembatani Kesenjangan Dengan Geometri Finsler
Salah satu pendekatan untuk menyelesaikan pertentangan antara relativitas umum dan mekanika kuantum adalah dengan memperluas kerangka matematika di balik relativitas umum.
Dalam matematika, relativitas umum didasarkan pada geometri pseudo-Riemannian, yang merupakan bahasa matematika yang mampu menggambarkan sebagian besar bentuk khas ruang-waktu.
“Namun, penemuan terbaru menunjukkan bahwa ruangwaktu alam semesta kita mungkin berada di luar cakupan geometri pseudo-Riemannian dan hanya dapat dijelaskan oleh geometri Finsler, bahasa matematika yang lebih maju,” kata Heefer.
Saatnya Finsler Bersinar
Dalam geometri Finsler – yang diambil dari nama ahli matematika Jerman dan Swiss Paul Finsler, jarak antara dua titik – A dan B – tidak hanya bergantung pada lokasi kedua titik tersebut. Hal ini juga tergantung pada apakah seseorang melakukan perjalanan dari A ke B atau sebaliknya.
“Bayangkan berjalan menuju suatu titik di puncak bukit. Mendaki lereng curam menuju titik tersebut menghabiskan banyak energi untuk menempuh jarak, dan mungkin memerlukan waktu yang sangat lama. Sebaliknya, jalan kembali ke bawah akan jauh lebih mudah dan memakan waktu lebih sedikit. Dalam geometri Finsler, hal ini dapat dijelaskan dengan menetapkan jarak yang lebih besar ke arah atas daripada ke bawah.”
Menulis ulang relativitas umum menggunakan matematika geometri Finsler mengarah pada gravitasi Finsler, sebuah teori gravitasi yang lebih kuat, yang menangkap segala sesuatu di alam semesta yang dijelaskan oleh relativitas umum, dan berpotensi lebih dari itu.
Menjelajahi Kemungkinan Gravitasi Finsler
Untuk mengeksplorasi kemungkinan gravitasi Finsler, Heefer perlu menganalisis dan memecahkan persamaan medan tertentu.
Fisikawan suka mendeskripsikan segala sesuatu di alam dalam bentuk bidang. Dalam fisika, medan hanyalah sesuatu yang mempunyai nilai pada setiap titik dalam ruang dan waktu.
Contoh sederhananya adalah suhu, misalnya; pada titik waktu tertentu, setiap titik dalam ruang mempunyai suhu tertentu yang terkait dengannya.
Contoh yang sedikit lebih kompleks adalah bidang elektromagnetik. Pada titik waktu tertentu, nilai medan elektromagnetik pada titik tertentu di ruang angkasa memberi tahu kita arah dan besarnya gaya elektromagnetik yang akan dialami oleh partikel bermuatan, seperti elektron, jika berada di titik tersebut.
Dan jika menyangkut geometri ruangwaktu itu sendiri, hal itu juga dijelaskan oleh suatu medan, yaitu medan gravitasi. Nilai medan ini pada suatu titik dalam ruangwaktu menunjukkan kepada kita kelengkungan ruangwaktu pada titik tersebut, dan kelengkungan inilah yang memanifestasikan dirinya sebagai gravitasi.
Penemuan Geometri Ruangwaktu Baru
Heefer beralih ke persamaan medan vakum Christian Pfeifer dan Mattias NR Wohlfarth, yang merupakan persamaan yang mengatur medan gravitasi di ruang kosong. Dengan kata lain, persamaan ini menggambarkan kemungkinan bentuk geometri ruangwaktu tanpa adanya materi.
Heefer: “Jika didekati dengan baik, ini mencakup semua ruang antarbintang antara bintang dan galaksi, serta ruang hampa yang mengelilingi objek seperti Matahari dan Bumi. Dengan menganalisis persamaan medan secara cermat, beberapa jenis geometri ruangwaktu baru telah diidentifikasi.”
Era Gelombang Gravitasi
Salah satu penemuan yang sangat menarik dari karya Heefer melibatkan kelas geometri ruangwaktu yang merepresentasikan gelombang gravitasi—riak dalam struktur ruangwaktu yang merambat dengan kecepatan cahaya dan dapat disebabkan oleh tabrakan bintang neutron atau lubang hitam, misalnya.
Deteksi langsung pertama gelombang gravitasi pada tanggal 14 Septemberth2015, menandai dimulainya era baru dalam astronomi, yang memungkinkan para ilmuwan menjelajahi alam semesta dengan cara yang benar-benar baru.
Sejak itu, banyak pengamatan terhadap gelombang gravitasi telah dilakukan. Penelitian Heefer menunjukkan bahwa semua ini konsisten dengan hipotesis bahwa ruangwaktu kita bersifat Finslerian.
Masa Depan Penelitian Gravitasi Finsler
Meskipun hasil Heefer menjanjikan, hasil tersebut hanya menggores permukaan dari implikasi persamaan medan gravitasi Finsler.
“Bidang ini masih muda dan penelitian lebih lanjut ke arah ini sedang berlangsung secara aktif,” kata Heefer. “Saya optimis bahwa hasil penelitian kami akan terbukti berperan penting dalam memperdalam pemahaman kita tentang gravitasi dan saya berharap, pada akhirnya, hasil ini dapat menjelaskan rekonsiliasi gravitasi dengan mekanika kuantum.”
Judul tesis PhD: Geometri, Ruangwaktu & Gravitasi Finsler: Dari Kemampuan Metrizabilitas Ruang Berwald hingga Solusi Vakum yang Tepat dalam Gravitasi Finsler. Pengawas: Luc Florack dan Andrea Fuster.
RisalahPos.com Network
Related posts
# PARTNERSHIP
