Menyatukan gravitasi dan mekanika kuantum tanpa memerlukan gravitasi kuantum – Dunia Fisika

Menyatukan gravitasi dan mekanika kuantum tanpa memerlukan gravitasi kuantum – Dunia Fisika

Stempel Waktu: 8 Januari 2024 4

Kopling kuantum dan klasik
Kopling acak: Jonathan Oppenheim telah mengembangkan cara baru untuk menyatukan mekanika kuantum dan teori relativitas umum. (Sumber: Shutterstock/Rost9)

Jonatan Oppenheim di University College London telah mengembangkan kerangka teori baru yang bertujuan untuk menyatukan mekanika kuantum dan gravitasi klasik – tanpa memerlukan teori gravitasi kuantum. Pendekatan Oppenheim memungkinkan gravitasi tetap klasik, sambil menggabungkannya dengan dunia kuantum melalui mekanisme stokastik (acak).

Selama beberapa dekade, fisikawan teoretis telah berjuang untuk menyelaraskan teori relativitas umum Einstein – yang menggambarkan gravitasi – dengan teori kuantum, yang menjelaskan hampir semua hal lain dalam fisika. Masalah mendasarnya adalah teori kuantum berasumsi bahwa ruang-waktu adalah tetap, sedangkan relativitas umum mengatakan bahwa ruang-waktu berubah secara dinamis sebagai respons terhadap kehadiran benda-benda masif.

Sejauh ini, upaya rekonsiliasi didominasi oleh gagasan bahwa pemahaman kita tentang gravitasi saat ini masih belum lengkap, dan diperlukan deskripsi terukur mengenai interaksi tersebut. Alasan ini telah memunculkan banyak pertanyaan – termasuk pengembangan teori string dan loop gravitasi kuantum. Namun, eksperimen untuk menguji ide-ide ini sangatlah menantang, dan teori gravitasi kuantum masih sulit dipahami.

Realitas yang digabungkan

Gravitasi kuantum bukanlah satu-satunya jalan menuju penyatuan, dan permasalahan ini dapat diatasi dengan menyelidiki apakah mekanika kuantum dan relativitas umum dapat digabungkan dalam keadaan hidup berdampingan.

Namun, pendekatan ini gagal karena tampaknya menerapkan berbagai “teorema larangan jalan” yang membuat penggabungan menjadi tidak mungkin. Memang benar, banyak skema penggandengan akan melanggar prinsip ketidakpastian Heisenberg – yang merupakan prinsip utama teori kuantum.

Salah satu asumsi utama yang dimiliki oleh skema penggandengan sebelumnya adalah bahwa hubungan antara dunia kuantum dan gravitasi bersifat reversibel. Artinya, jika keadaan sistem diukur pada waktu tertentu, maka persamaan geraknya dapat digunakan untuk memprediksi keadaan sistem pada suatu titik di masa lalu atau masa depan.

Sekarang, Oppenheim berpendapat bahwa asumsi ini mungkin tidak diperlukan dan mengatakan bahwa penggandengannya mungkin bersifat stokastik. Artinya, keadaan sistem di masa lalu dan masa depan tidak dapat diprediksi secara pasti berdasarkan satu pengukuran saja. Sebaliknya, masa lalu dan masa depan hanya dapat diprediksi dengan persamaan probabilistik yang menyajikan berbagai kemungkinan.

Kerangka stokastik

Dalam studinya, Oppenheim memanfaatkan ide ini untuk mengembangkan kerangka stokastik baru untuk menggabungkan dunia gravitasi kuantum dan klasik. Karena dunia-dunia ini memiliki aturan yang berbeda secara fundamental, teori Oppenheim menggunakan teori statistik yang berbeda untuk masing-masing dunia tersebut.

Di sisi kuantum, Oppenheim berasumsi bahwa keadaan sistem secara konstan dipengaruhi oleh fluktuasi acak di lingkungan sekitarnya. Di sisi klasik, keadaan muncul sebagai distribusi probabilitas dalam ruang fase sistem.

Dengan menggabungkan kedua deskripsi ini, Oppenheim mendeskripsikan satu “keadaan kuantum klasik”. Keadaan ini secara bersamaan memprediksi kemungkinan keberadaan sistem di suatu wilayah ruang fase, dan keadaan kuantumnya di wilayah tersebut.

Hal ini memungkinkan Oppenheim memperoleh persamaan yang menggambarkan hubungan antara mekanika kuantum dan gravitasi klasik, sambil mempertahankan masing-masing karakteristik uniknya. Hal ini pada gilirannya memungkinkan dia untuk mengeksplorasi implikasi fisik yang lebih dalam dari ide-idenya. Ini termasuk kemungkinan penggabungan antara relativitas umum dan teori medan kuantum yang mendasari Model Standar fisika partikel.

Proposal dijelaskan dalam Ulasan Fisik X. Dalam artikel sudut pandang menyertai kertas itu, Thomas Galley di Institut Optik Kuantum dan Informasi Kuantum Austria di Wina mengatakan bahwa gagasan Oppenheim bersifat radikal dan sekaligus konservatif – menolak asumsi yang mengakar kuat, namun tetap konsisten dengan hukum fisika yang telah lama ada. Namun, ia memperingatkan bahwa “memperdagangkan kuantumitas dengan stochasticity memiliki kesulitan konseptualnya sendiri”. Dia menunjukkan bahwa, “Oppenheim menemukan bahwa informasi kuantum dapat hilang dalam lubang hitam, suatu akibat yang mungkin dianggap tidak dapat diterima oleh banyak fisikawan”.

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika