Teori gravitasi kuantum (quantum gravity)

COKHIK-Teori gravitasi kuantum (quantum gravity) adalah sebuah nama untuk teori yang sampai sekarang belum terwujud, yang seyogyanya mengawinkan teori kuantum dengan teori relativitas (yaitu teori tentang ruang-waktu dan gravitasi) dalam satu framework : one unified theory, atau theory of everything, atau terserah anda sebut apa namanya. Kedua teori ini adalah pilar utama fisika modern, dan keduanya berhasil dalam domainnya masing-masing dan telah teruji dengan berbagi eksperimen : fisika kuantum berhasil dalam menjelaskan atom, partikel elementer, dan fenomena mikro lainnya; sedangkan fisika relativitas berhasil menjelaskan gravitasi, kosmologi, dan fenomena makro lainnya. Keduanya membawa sudut pandang yang revolusioner mengenai realita: teori relativitas merubah pandangan mengenai ruang dan waktu, sedangkan teori kuantum merubah pandangan mengenai pengamat dan yang diamati. Tak heran jika banyak orang yang memberikan timeline bahwa fisika modern adalah fisika setelah ditemukannya teori relativitas dan kuantum, dan fisika klasik adalah fisika sebelumnya. Namun keduanya cukup berbeda dan usaha untuk menyatukannya belum berhasil sampai saat ini. Bisa dikatakan bahwa teori kuantum gravitasi adalah "holy grail" dari fisika teori.

Untuk memahami sedikit dari kedua teori tersebut, ada baiknya kita membandingkan fisika relativitas dan kuantum dengan fisika klasik (fisika Newton).

Pertama, kita tinjau fisika relativitas. Dalam fisika klasik, kita menganggap ruang dan waktu sebagai latar yang tetap (fixed background), yaitu seperti panggung atau arena, di mana partikel-partikel menari di atasnya. Dengan sudut pandang itu, kita bisa membuat model geometri yang tetap untuk ruang dan waktu, lalu setelahnya kita bisa merumuskan persamaan untuk mengambarkan dinamika dari partikel-partikel, dan ruang-waktu bersifat absolut, tidak terpengaruh oleh gerakan partikel-partikel. Mungkin gambaran seperti ini yang sekilas bisa kita terima berdasarkan intuisi dan pengalaman sehari-hari. Namun teori relativitas membuktikan bahwa sudut pandang itu adalah salah, dan teori relativitas telah diuji melalui eksperimen. Menurut teori relativitas, ruang-waktu adalah dinamis. Geometri ruang-waktu tidaklah statis, tetapi bergantung pada distribusi materi dan energi. Jadi sudut pandang teori relativitas adalah bahwa ruang-waktu adalah relasional, bukan absolut. Dalam fisika klasik, seandainya semua materi dihilangkan dari alam semesta, akan tertingal sebuah ruang-waktu yang absolut. Tetapi dalam fisika relativitas, jika semua materi dihilangkan, tidak ada yang tersisa - tidak ada ruang-waktu jika tidak ada materi. Ruang-waktu tidaklah eksis dengan sendirinya, tapi ruang-waktu adalah network dari hubungan dan perubahan. Jadi pelajaran utama dari teori relativitas adalah bahwa teori fisika haruslah bebas latar (background independent), yaitu bahwa teori fisika tidak didefinisikan dalam latar ruang-waktu yang statis seperti dalam fisika klasik.

Sekarang, kita tinjau fisika kuantum. Dalam fisika klasik, deskripsi sebuah partikel atau sebuah sistem dapat diberikan dengan pasti, dan pengukuran besaran yang diamati (observable) dapat dilakukan secara pasti, dan secara prinsip keadaan sistem tidak terpengaruh oleh proses pengukuran. Namun dalam fisika kuantum, keadaan sistem dan pengamatan tidaklah demikian, karena ada dua prinsip utama dalam fisika kuantum yang terasa asing bila ditinjau dari kacamata fisika klasik. Misalkan kita ingin mengambarkan sebuah sistem dalam keadan kuantum. Misalkan sistemnya adalah gas dalam kotak, maka keadaannya terdiri dari posisi dan kecepatan masing-masing molekul gas. Namun, ada kendala tertentu dalam mengambarkan sebuah sistem kuantum, yaitu prinsip ketidakpastian Heisenberg, yang mengatakan bahwa terdapat pasangan observables yang tidak bisa diamati keduanya secara akurat : jika salah satu akurasinya bertambah, maka yang lainnya akurasinya berkurang. Misalnya posisi dan kecepatan adalah pasangan observables demikian. Jadi misalnya state kita hanya bisa mengandung posisi eksak atau kecepatan eksak, tetapi tidak keduanya.

Satu hal lagi yang cukup membingungkan dalam teori kuantum, adalah prinsip superposisi. Misalkan sistem kita dapat berada dalam dua keadan yang berbeda : keadaan A dan keadaan B. Prinsip superposisi menyatakan bahwa sistem itu dapat juga berada dalam kombinasi antara A dan B. Jadi keadaan kuantum kita adalah superposisi dari A dan B : a x A + b x B, di mana a dan b adalah bilangan. Keadaan superposisi a x A + b x B jelas memiliki sifat-sifat yang berbeda dengan keadan A dan B. Dan jika kita melakukan pengukuran, jelas kita tidak akan mengamati keadan superposisi tadi - yang kita amati adalah entah A atau B : kita akan mengamati A dengan peluang a^2, dan B dengan peluang b^2. Dalam fisika klasik kita selalu mengambarkan keadaan sistem dalam keadaan pasti, dan melakukan pengukuran juga besaran yang pasti. Namun dalam fisika kuantum, apa yang kita amati berbeda dengan apa yang sebenarnya. Realita kuantum seperti inilah yang agak sulit untuk dicerna, sehingga sampai sekarang pun belum ada satu interpretasi kuantum yang bisa diterima oleh semua orang. Mungkin sebuah contoh yang paling populer adalah sebuah eksperimen pikiran (bukan eksperimen sebenarnya loh  ) : paradoks kucing Schrodinger ( lihat misalnya http://en.wikipedia.org/wiki/Schrodingers_cat ).

Jadi teori relativitas memberikan sudut pandang baru mengenai ruang-waktu, namun sayangnya teori relativitas masih mengikuti fisika klasik dalam memandang realita dan pengamatan.

Begitu juga teori kuantum memberikan sudut pandang baru mengenai pengamat dan yang diamati, namun sayangnya teori kuantum masih mengunakan latar ruang-waktu statis seperti fisika klasik.

Mungkin anda mengusulkan : bagaimana kalau teori relativitas kita modifikasi sehingga memasukkan konsep kuantum mengenai pengamatan, atau bagaimana kalau teori kuantum kita modifikasi sehingga memasukkan konsep bebas-latar dari teori relativitas?

Secara tradisional, memang ada dua jalan utama dalam riset mewujudkan teori kuantum gravitasi. Yang pertama berakar dari teori relativitas, yaitu loop quantum gravity atau canonical quantum gravity. Yang kedua berakar dari teori kuantum (atau teori medan kuantum), yaitu string theory (atu M-theory). Kedua jalan ini pendekatannya memang berbeda, walaupun keduanya setuju bahwa dalam skala kecil (sangat sangat kecil, yaitu sekitar 10^-33cm) ruang-waktu tidak lagi mulus seperti yang kita amati pada skala besar. Tentunya ada juga jalan lain yang tidak mengikuti jalan-jalan tradisional tadi, misalnya twistor theory, non-commutative geometry, topos theory, dan lain sebagainya.

Tentunya sebaik apa puh teori, dia tidak akan beridir dengan kokoh tanpa didukung oleh eksperimen. Sampai sekarang belum ada eksperimen yang bisa membenarkan atau menyalahkan teori-teori gravitasi kuantum, walaupun ada beberapa proposal yang kelihatannya cukup mungkin untuk dilaksanakan.

Lanjutan "Bumi Baru" Memiliki Kehidupan Di Dalamnya

Ilmuwan Badan Antariksa Amerika Serikat (NASA) menguak keberadaan planet yang bisa mendukung kehidupan (habitable). Namanya, Kepler-22b. Ditemukan oleh teleskop luar angkasa Kepler. 

Para ilmuwan terus mengkaji "kembaran Bumi" itu. Berdasarkan penelitian terbaru, Kepler-22b teridentifikasi besarnya dua kali ukuran bumi, dengan temperatur rata-rata 22 derajat Celcius. 

Kepler-22b juga memiliki atmosfer yang bisa mendukung kehidupan. Nyaris sempurna, kecuali kekurangan yang ini: jaraknya terlampau jauh, 600 tahun cahaya dari Bumi. 

Kepler 22-b adalah yang kali pertama disebut sebagai "super-Earth" yang diketahui terletak di zona habitasi, dengan bintang mirip dengan Matahari kita. 

Dijuluki sebagai "Goldilocks Zone", lokasi di mana planet ini berada memiliki suhu yang cocok, yang memungkinkan eksistensi air di permukaannya. 

Ini berarti, planet tersebut bisa memiliki benua dan lautan seperti halnya Bumi. Sebab, di mana ada air, di situlah kehidupan berada.  Ilmuwan yakin, Kepler-22b tak hanya sekedar bisa mendukung kehidupan, tapi juga mungkin, sudah ada kehidupan di sana. 

Seperti diketahui, teleskop Kepler yang diluncurkan NASA mengawasi 155.000 bintang untuk mencari keberadaan planet-planet layak huni. Bintang di sekitar orbit Kepler-22b, berada di konstelasi Lyra dan Cygnus  ukurannya lebih kecil dari matahari dan 25 persen lebih redup. 

Planet tersebut mengorbit bintangnya dalam waktu 290 hari, dengan jarak 15 persen lebih dekat dari jarak Bumi ke Matahari. Kepler-22b berada tepat di tengah zona habitasi bintang sebuah kondisi yang sempurna bagi kehidupan. 

Sementara, dua planet lainnya yang mengorbit pada bintang yang lebih kecil dan lebih dingin dibandingkan Matahari baru-baru ini ditemukan di tepi zona layak huni mereka.Orbit mereka lebih mirip dengan  Mars dan Venus.

Planet Kepler-22b "Bumi Baru" Ditemukan

Tim peneliti dari Badan Antariksa AS (NASA) mengumumkan temuan penting dalam upaya pencarian kehidupan. Mereka mendapati planet lain yang berotasi cukup dekat dengan mataharinya, di orbit yang berpotensi mendukung kehidupan.

Planet yang diberi nama Kepler-22b itu memiliki ukuran 2,4 kali ukuran Bumi dan jaraknya 600 tahun cahaya dari kita. Planet itu mengorbit di ‘habitable zone’ atau kawasan di ruang angkasa yang cukup jauh dari mataharinya di mana air bisa hadir di permukaan tanpa menguap.

Bintang yang menjadi matahari bagi planet tersebut berjarak 600 tahun cahaya (1 tahun cahaya mencapai sekitar 9,65 triliun kilometer) ke arah konstelasi Lyra dan Cygnus. Meski begitu, pancaran sinar bintang itu 25 persen lebih redup dibanding matahari kita.

Tak jauh berbeda dengan Bumi yang mengorbit matahari selama 365 hari per rotasi, Kepler-22b menuntaskan orbitnya dalam 290 hari. Ini dimungkinkan karena jaraknya dengan mataharinya berada sekitar 15 persen lebih dekat dibanding jarak bumi dengan matahari. 

Jarak ini cukup dekat untuk menghadirkan temperatur yang hangat dan menyenangkan di permukaannya. Di temperatur itu, air dalam bentuk cair, yang sangat dibutuhkan untuk menunjang kehidupan, bisa hadir. Artinya, planet ini bukan saja bisa dihuni, tetapi bisa juga sudah berpenghuni.

Sebelumnya para ahli juga menemukan sebuah planet yang mirip dengan bumi. Planet itu kemudian diberi nama Zarmina. Ukurannya lebih besar dari bumi. Sekitar 20 hingga 50 persen lebih besar. Dengan ukuran sebesar itu, Zarmina tentu saja bisa mampu menampung lebih banyak mahluk hidup, termasuk manusia.

Gravitasi di permukaannya juga lebih besar, sekitar 1 hingga 1,5 lebih besar dari gravitasi bumi. Artinya, kalau kalau di bumi bobot Anda 70kg, maka di Zarmina akan melar hingga sekitar 100kg.