Teori medan kuantum mungkin teori ilmiah paling sukses sepanjang masa, memprediksi hasil eksperimen dengan akurasi yang menakjubkan dan memajukan studi matematika dimensi yang lebih tinggi. Namun, ada juga alasan untuk percaya bahwa ada sesuatu yang hilang. Steven Strogatz berbicara dengan David Tong, fisikawan teoretis di Universitas Cambridge, untuk mengeksplorasi pertanyaan terbuka dari teori yang penuh teka-teki ini.
Dengarkan Podcast Apple, Spotify, Google Podcast, Mesin penjahit, TuneIn atau aplikasi podcasting favorit Anda, atau Anda bisa streaming dari Quanta.
Salinan
Steven Strogatz (00:03): Saya Steve Strogatz, dan ini Kegembiraan Mengapa, podcast dari majalah kuantum yang membawa Anda ke beberapa pertanyaan terbesar yang belum terjawab dalam matematika dan sains saat ini.
(00:12) Jika Anda pernah bertanya-tanya terbuat dari apa kita sebenarnya, Anda mungkin menemukan diri Anda mengalami banyak penemuan. Sama seperti makhluk hidup lainnya, tentu saja, kita terbuat dari sel. Dan sel, pada gilirannya, terbuat dari molekul dan molekul terbuat dari atom. Menggali lebih dalam dan segera Anda akan menemukan diri Anda pada tingkat elektron dan quark. Ini adalah partikel yang secara tradisional dianggap sebagai akhir dari garis, blok bangunan dasar materi.
(00:39) Tapi hari ini, kita tahu itu tidak benar-benar terjadi. Sebaliknya, fisikawan memberi tahu kita bahwa pada tingkat terdalam, semuanya terdiri dari entitas misterius, zat seperti cairan yang kita sebut medan kuantum. Medan tak kasat mata ini terkadang bertindak seperti partikel, terkadang seperti gelombang. Mereka dapat berinteraksi satu sama lain. Mereka bahkan dapat, beberapa dari mereka, mengalir melalui kita. Itu teori medan kuantum bisa dibilang teori ilmiah paling sukses sepanjang masa. Dalam beberapa kasus, itu membuat prediksi yang sesuai dengan eksperimen hingga 12 tempat desimal yang menakjubkan. Selain itu, teori medan kuantum juga telah menjelaskan banyak pertanyaan tertentu dalam matematika murni, terutama dalam studi bentuk empat dimensi dan bahkan ruang dimensi yang lebih tinggi. Namun, ada juga alasan untuk percaya bahwa teori medan kuantum kehilangan sesuatu. Sepertinya matematis tidak lengkap, meninggalkan kami dengan banyak pertanyaan yang belum terjawab.
(01:38) Bergabung dengan saya sekarang untuk membahas semua ini adalah Profesor David Tong. David adalah seorang fisikawan teoretis di Universitas Cambridge. Spesialisasinya adalah teori medan kuantum, dan dia juga terkenal sebagai guru dan ekspositor yang sangat berbakat. Di antara banyak penghargaannya, ia dianugerahi Adams Prize pada 2008, salah satu penghargaan paling bergengsi yang dianugerahkan University of Cambridge. Dia juga seorang Penyelidik Simons, sebuah penghargaan dari Yayasan Simons kepada para ilmuwan dan matematikawan untuk mempelajari pertanyaan-pertanyaan mendasar. Yayasan Simons juga mendanai podcast ini. David, terima kasih banyak telah bergabung dengan kami hari ini.
David Tong (02:15): Hai, Steve. Terima kasih banyak untuk memiliki saya.
Strogatz: Saya senang memiliki kesempatan untuk berbicara dengan Anda. Saya senang membaca ceramah Anda di internet dan menonton beberapa ceramah fantastis Anda di YouTube. Jadi ini adalah memperlakukan besar. Mari kita mulai dengan dasar-dasarnya. Kita akan berbicara tentang bidang hari ini. Beri tahu kami siapa yang memulainya. Biasanya Michael Faraday mendapat pujian. Apa idenya? Dan apa yang dia temukan?
Menjepit (02:37): Semuanya kembali ke Michael Faraday. Faraday adalah salah satu fisikawan eksperimental terbesar sepanjang masa, dia adalah fisikawan eksperimental, bukan ahli teori. Dia meninggalkan sekolah pada usia 14 tahun. Dia pada dasarnya tidak tahu matematika. Namun agak luar biasa, dia membangun intuisi ini untuk cara kerja alam semesta. Itu berarti dia benar-benar membuat salah satu kontribusi terpenting bagi fisika teoretis. Selama periode sekitar 25 tahun, ia bermain dengan ide-ide listrik dan magnet. Dia mengambil magnet dan melilitkan kawat tembaga di sekelilingnya. Dia melakukan beberapa hal yang cukup penting seperti menemukan induksi elektromagnetik dan menemukan motor listrik.
(03:19) Dan setelah sekitar 20 tahun, dia membuat proposal yang sangat berani bahwa gambar yang dia buat dalam pikirannya untuk menjelaskan cara kerja sesuatu sebenarnya adalah deskripsi yang benar tentang alam semesta tempat kita tinggal.
(03:33) Jadi izinkan saya memberi Anda sebuah contoh. Jika Anda mengambil beberapa magnet batang, dan Anda mendorongnya bersama-sama sehingga kedua kutub utara saling mendekat — ini adalah eksperimen yang telah kita semua lakukan. Dan saat Anda mendorong magnet ini bersama-sama, Anda merasakan kekuatan spons yang mendorong mereka terpisah. Faraday membuat proposal yang sangat berani bahwa sebenarnya ada sesuatu di antara magnet. Sungguh menakjubkan karena Anda melihat magnet, di sana — hanya ada udara tipis, jelas tidak ada apa-apa di sana. Tapi Faraday mengatakan ada sesuatu di sana, ada apa yang sekarang kita sebut medan magnet di sana, dia menyebutnya garis gaya. Dan medan magnet ini sama nyatanya dengan magnet itu sendiri.
(04:11) Jadi itu adalah cara berpikir yang sangat baru tentang alam semesta tempat kita tinggal. Dia menyarankan bahwa tidak hanya ada partikel di alam semesta, tetapi juga ada jenis objek lain, jenis objek yang sangat berbeda , bidang, yang ada di mana-mana di ruang sekaligus. Dia berkata, sekarang kita akan mengatakan dalam bahasa modern, bahwa di setiap titik di alam semesta, ada dua vektor, dua panah. Dan vektor-vektor ini memberi tahu kita arah dan besarnya medan listrik dan magnet.
(04:43) Jadi dia meninggalkan kita dengan gambaran alam semesta ini di mana ada semacam dikotomi bahwa ada dua objek yang sangat, sangat berbeda. Ada partikel, yang mengatur medan listrik dan magnet. Dan kemudian medan listrik dan magnet ini sendiri melambai dan berkembang dan pada gilirannya memberi tahu partikel bagaimana cara bergerak. Jadi ada semacam tarian rumit antara apa yang dilakukan partikel, dan apa yang dilakukan bidang. Dan sungguh, kontribusi besarnya adalah untuk mengatakan bahwa medan ini nyata, mereka benar-benar sama nyatanya dengan partikel.
Strogatz (05:12): Jadi bagaimana konsep medan berubah setelah mekanika kuantum ditemukan?
Menjepit (05:18): Jadi pada saat mekanika kuantum muncul, ini sekarang tahun 1925. Dan kita memiliki pandangan aneh tentang dunia ini. Jadi kita tahu bahwa ada medan listrik dan magnet. Dan kita tahu bahwa riak medan elektromagnetik ini adalah apa yang kita sebut cahaya. Tapi selain itu, karena revolusi kuantum, kita tahu bahwa cahaya itu sendiri terbuat dari partikel, foton.
(05:41) Jadi ada semacam pertanyaan yang muncul, yaitu, bagaimana Anda harus memikirkan hubungan antara medan di satu sisi dan foton di sisi lain. Dan saya pikir ada dua kemungkinan logis bagaimana ini bisa bekerja, Bisa jadi Anda harus memikirkan medan listrik dan magnet sebagai terdiri dari banyak dan banyak foton, seperti cairan yang terdiri dari banyak atom, dan Anda berpikir atom adalah objek fundamental. Atau bisa juga sebaliknya, bisa jadi ladang adalah hal yang mendasar. Dan foton-foton itu berasal dari riak-riak kecil di ladang. Jadi mereka adalah dua kemungkinan logis.
(06:18) Dan perkembangan besar di, yah, itu dimulai pada tahun 1927. Tapi butuh 20 atau 30 tahun sampai ini benar-benar dihargai. Maka, apresiasi besar adalah bahwa medan-medan itulah yang benar-benar fundamental, bahwa medan listrik dan magnet adalah dasar dari segalanya. Dan riak kecil medan listrik dan magnet berubah menjadi kumpulan kecil energi yang kemudian kita sebut foton karena efek mekanika kuantum.
(06:44) Dan langkah besar yang luar biasa, salah satu langkah pemersatu yang hebat, dalam sejarah fisika, adalah memahami bahwa cerita yang sama berlaku untuk semua partikel lain. Bahwa hal-hal yang kita sebut elektron dan hal-hal yang kita sebut quark bukanlah objek fundamental. Sebaliknya, ada sesuatu yang tersebar di seluruh alam semesta yang disebut medan elektron, persis seperti medan listrik dan magnet. Dan partikel yang kita sebut elektron adalah riak kecil dari medan elektron ini. Dan hal yang sama berlaku untuk partikel lain yang ingin Anda sebutkan. Ada medan quark — sebenarnya, ada enam medan quark yang berbeda di seluruh alam semesta. Ada medan neutrino, ada medan gluon dan W boson. Dan setiap kali kita menemukan partikel baru, yang terbaru adalah Higgs boson, kita tahu bahwa yang terkait dengannya adalah medan yang mendasarinya, dan partikel itu hanyalah riak medan.
Strogatz (07:33): Apakah ada nama tertentu yang harus kita kaitkan dengan cara berpikir ini?
Menjepit (07:36): Ada satu orang dan dia, dia hampir terhapus dari buku sejarah, karena dia adalah anggota Partai Nazi yang sangat tajam. Dan dia adalah anggota Partai Nazi jauh sebelum dipanggil menjadi anggota Partai Nazi. Namanya Pascal Jordan. Dan dia adalah salah satu pendiri mekanika kuantum. Dia berada di kertas asli dengan Heisenberg dan lain-lain. Tapi dia benar-benar orang yang pertama kali menghargai bahwa jika Anda memulai dengan sebuah bidang, dan Anda menerapkan aturan mekanika kuantum, Anda akan berakhir dengan sebuah partikel.
Strogatz (08:06): Oke, baik, sangat bagus. Sekarang, Anda menyebutkan semua yang berbeda ini — medan elektron, quark, W dan Z boson dan lainnya. Ceritakan sedikit tentang Model Standar yang sering kami dengar.
Menjepit (08: 18): Model Standar is teori terbaik kita tentang alam semesta kita hidup. Ini adalah contoh teori medan kuantum. Ini pada dasarnya semua partikel yang telah kami daftarkan. Masing-masing memiliki bidang yang terkait dengannya. Dan Model Standar adalah rumus yang menjelaskan bagaimana masing-masing bidang tersebut berinteraksi dengan bidang lainnya. Medan yang dimainkan adalah tiga medan gaya. Dan tergantung bagaimana Anda menghitung 12 bidang materi, dengan cara yang akan saya jelaskan. Jadi tiga medan gaya adalah listrik dan magnet — kami karena, sebenarnya sebagian besar karena Faraday, menyadari bahwa medan listrik dan medan magnet adalah semacam dua sisi mata uang yang sama, Anda tidak dapat memiliki satu tanpa yang lain. Jadi kami, kami menghitungnya sebagai satu. Dan kemudian ada dua medan gaya nuklir, satu disebut medan gluon yang terkait dengan gaya nuklir kuat. Ini menyatukan inti di dalam atom, dan bidang lain yang terkait dengan gaya nuklir lemah. Mereka disebut W boson atau Z ladang boson. Jadi kita memiliki tiga medan gaya.
[INSERT VIDEO: Model Standar: Teori Ilmiah Paling Sukses Yang Pernah Ada]
(09:20) Dan kemudian kami memiliki banyak bidang materi, mereka datang dalam tiga kelompok yang terdiri dari empat orang. Yang paling dikenal adalah medan elektron, dua medan quark yang terkait dengan quark atas dan bawah. Proton mengandung - oh man, saya harap kita bisa melakukannya dengan benar - dua ke atas dan ke bawah dan neutron mengandung dua ke bawah dan ke atas, saya pikir, saya melakukannya dengan benar.
Strogatz (09:41): Anda bisa membodohi saya dengan cara apa pun. Saya tidak pernah bisa mengingatnya.
Menjepit (09:43): Ya, tapi pendengar akan tahu. Dan kemudian medan neutrino. Jadi ada kumpulan empat partikel yang berinteraksi dengan tiga gaya. Dan kemudian untuk alasan yang benar-benar tidak kita pahami, alam semesta memutuskan untuk mengulangi medan materi itu dua kali. Jadi ada kumpulan kedua dari empat partikel yang disebut muon, pesona yang aneh dan neutrino lainnya. Kami kehabisan nama bagus untuk neutrino, jadi kami menyebutnya muon neutrino. Dan kemudian Anda mendapatkan koleksi empat lainnya: tau, quark atas, quark bawah dan, sekali lagi, tau neutrino. Jadi alam memiliki cara untuk mengulangi dirinya sendiri. Dan tidak ada yang benar-benar tahu mengapa. Saya pikir itu tetap menjadi salah satu misteri besar. Tetapi kumpulan dari 12 partikel yang berinteraksi dengan tiga gaya tersebut membentuk Model Standar.
(09:43) Oh, dan saya melewatkan satu. Yang saya lewatkan itu penting. Itu Higgs boson. Higgs boson semacam mengikat semuanya.
Strogatz (10:37): Baiklah, itu menggiurkan. Mungkin kita harus mengatakan sedikit apa yang Higgs boson lakukan, apa perannya dalam Model Standar.
Menjepit (10:43): Ia melakukan sesuatu yang agak istimewa. Ini memberikan massa untuk semua partikel lainnya. Saya akan senang untuk memiliki analogi yang baik untuk menjelaskan bagaimana memberikan massa. Saya bisa memberikan analogi yang buruk, tapi itu benar-benar analogi yang buruk. Analogi yang buruk adalah bahwa medan Higgs ini tersebar di seluruh ruang, itu adalah pernyataan yang benar. Dan analogi yang buruk adalah ia bertindak sedikit seperti treacle atau molase. Partikel semacam itu harus menerobos medan Higgs ini untuk membuat kemajuan. Dan semacam itu memperlambat mereka. Mereka secara alami akan melakukan perjalanan dengan kecepatan cahaya, dan mereka diperlambat oleh kehadiran medan Higgs ini. Dan itu bertanggung jawab atas fenomena yang kita sebut massa.
(11:22) Sebagian besar dari apa yang baru saja saya katakan pada dasarnya bohong. Maksud saya, ini menunjukkan bahwa ada gaya gesekan yang berperan. Dan itu tidak benar. Tapi itu salah satu hal di mana persamaan sebenarnya sangat mudah. Tetapi agak sulit untuk menghasilkan analogi yang menarik yang menangkap persamaan tersebut.
Strogatz (11:36): Ini adalah pernyataan luar biasa yang Anda buat, bahwa tanpa medan Higgs atau semacamnya, saya kira, beberapa mekanisme analog, semuanya akan bergerak dengan kecepatan cahaya. Apakah saya mendengar Anda benar?
Menjepit (11:47): Ya, kecuali, seperti biasa, hal-hal ini, ya, dengan peringatan. "Tapi" adalah jika medan Higgs dimatikan, elektron akan bergerak dengan kecepatan cahaya. Jadi Anda tahu, atom tidak akan sangat stabil. Neutrino, yang hampir tidak bermassa, akan bergerak dengan kecepatan cahaya. Tetapi proton atau neutron, ternyata, pada dasarnya memiliki massa yang sama dengan yang mereka miliki sekarang. Anda tahu, quark di dalamnya tidak bermassa. Tetapi massa quark di dalam proton atau neutron, sama sekali tidak berarti dibandingkan dengan proton atau neutron — 0.1%, kira-kira seperti itu. Jadi proton atau neutron sebenarnya mendapatkan massanya dari bagian teori medan kuantum yang paling sedikit kita pahami, tetapi fluktuasi liar medan kuantum, adalah apa yang terjadi di dalam proton atau neutron dan memberi mereka massanya. Jadi partikel elementer akan menjadi tak bermassa — quark, elektron — tetapi bahan penyusun kita —neutron dan proton — tidak. Mereka mendapatkan massa mereka dari mekanisme lain ini.
Strogatz (12:42): Kamu penuh dengan hal-hal yang menarik. Mari kita lihat apakah saya bisa mengatakan apa yang saya pikirkan dalam menanggapi itu. Dan Anda dapat mengoreksi saya jika saya benar-benar salah. Jadi saya memiliki quark yang berinteraksi kuat di dalam, katakanlah, sebuah proton. Dan saya tetap dalam pikiran saya menebak ada beberapa E = mc2 koneksi terjadi di sini, bahwa interaksi yang kuat dikaitkan dengan sejumlah besar energi. Dan itu entah bagaimana diterjemahkan ke dalam massa. Apakah itu, atau ada partikel virtual yang diciptakan dan kemudian menghilang? Dan semua itu menciptakan energi dan karena itu massa?
Menjepit (13:16): Itu adalah dua hal yang baru saja Anda katakan. Jadi, kita berbohong ketika kita masih di sekolah menengah — fisika adalah tentang berbohong ketika Anda masih muda dan menyadari bahwa segala sesuatunya sedikit lebih rumit seiring bertambahnya usia. Kebohongan yang kami katakan, dan saya sudah katakan sebelumnya, adalah bahwa ada tiga quark di dalam setiap proton dan setiap neutron. Dan itu tidak benar. Pernyataan yang benar adalah bahwa ada ratusan quark dan antiquark dan gluon di dalam proton. Dan pernyataan bahwa benar-benar ada tiga quark, cara yang tepat untuk mengatakannya adalah bahwa pada waktu tertentu, ada tiga quark lebih banyak daripada antiquark. Jadi ada semacam tambahan tiga. Tapi itu adalah objek yang sangat rumit, proton. Itu, tidak ada yang bagus dan bersih. Ini berisi ratusan, bahkan mungkin ribuan partikel berbeda yang berinteraksi dengan cara yang sangat rumit. Anda dapat menganggap pasangan quark-antiquark ini sebagai, seperti yang Anda katakan, partikel virtual, hal-hal yang baru saja keluar dari ruang hampa dan muncul kembali di dalam proton. Atau cara berpikir lain tentang hal itu hanyalah medan itu sendiri yang tereksitasi dengan cara yang rumit di dalam proton atau neutron yang meronta-ronta dan itulah yang memberi mereka massa.
Strogatz (14:20): Sebelumnya, saya mengisyaratkan bahwa ini adalah teori yang sangat sukses dan menyebutkan sesuatu tentang 12 tempat desimal. Bisakah kamu memberitahu kami tentang hal itu? Karena itu adalah salah satu kemenangan besar, saya akan mengatakan bukan hanya teori medan kuantum, atau bahkan fisika, tetapi semua sains. Maksud saya, upaya manusia untuk memahami alam semesta, ini mungkin hal terbaik yang pernah kita lakukan. Dan dari sudut pandang kuantitatif, kita sebagai spesies.
Menjepit (14:42): Saya rasa itu benar. Ini sangat luar biasa. Saya harus mengatakan bahwa ada beberapa hal yang dapat kita hitung dengan sangat baik, ketika kita tahu apa yang kita lakukan, kita benar-benar dapat melakukan sesuatu yang spektakuler.
Strogatz (14:42): Cukup untuk membuat Anda merasa seperti filosofis, pertanyaan tentang keefektifan matematika yang tidak masuk akal ini.
Menjepit (14:52): Jadi, objek tertentu atau besaran tertentu, itulah poster boy teori medan kuantum, karena kita dapat menghitungnya dengan sangat baik meskipun membutuhkan waktu berpuluh-puluh tahun untuk melakukan perhitungan ini, itu tidak mudah. Tetapi yang juga penting, kita dapat mengukurnya secara eksperimental dengan sangat baik. Jadi itu nomor yang disebut g-2 , itu tidak terlalu penting dalam skema besar, tetapi jumlahnya adalah sebagai berikut. Jika Anda mengambil elektron, maka ia memiliki spin. Elektron berputar pada beberapa sumbu yang tidak berbeda dengan cara Bumi berputar pada porosnya. Ini lebih kuantum dari itu, tapi itu bukan analogi yang buruk untuk diingat.
(14:59) Dan jika Anda mengambil elektron, dan Anda memasukkannya ke dalam medan magnet, arah putaran itu berlangsung dari waktu ke waktu, dan angka ini g-2 hanya memberi tahu Anda seberapa cepat prosesnya, -2 sedikit aneh. Tetapi Anda akan secara naif berpikir bahwa angka ini adalah 1. Dan [Paul] Dirac memenangkan Hadiah Nobel sebagian karena menunjukkan bahwa sebenarnya angka ini adalah 2 untuk perkiraan pertama. Kemudian [Julian] Schwinger memenangkan Hadiah Nobel, bersama dengan [Richard] Feynman dan [Sin-Itiro] Tomonaga, untuk menunjukkan bahwa, Anda tahu, ini bukan 2, ini adalah 2 poin-sesuatu-sesuatu-sesuatu. Kemudian seiring waktu, kami telah membuat sesuatu-sesuatu-sesuatu itu dengan sembilan sesuatu lainnya sesudahnya. Seperti yang Anda katakan, itu adalah sesuatu yang sekarang kita ketahui dengan sangat baik secara teoritis dan sangat baik secara eksperimental. Dan sungguh menakjubkan melihat angka-angka ini, angka demi angka, cocok satu sama lain. Itu sesuatu yang agak istimewa.
(15:21) Ini adalah salah satu hal yang mendorong Anda ke arah itu karena sangat bagus. Sangat bagus bahwa ini bukan model untuk dunia, ini entah bagaimana lebih dekat dengan dunia nyata, persamaan ini.
Strogatz (16:31): Jadi, setelah menyanyikan pujian teori medan kuantum, dan memang layak dipuji, kita juga harus menyadari bahwa ini adalah teori atau kumpulan teori yang sangat rumit, dan dalam beberapa hal, bermasalah. Jadi di bagian diskusi kita ini, saya ingin tahu apakah Anda dapat membantu kami memahami reservasi apa yang harus kami miliki? Atau di mana perbatasannya. Seperti, teorinya dikatakan tidak lengkap. Apa yang tidak lengkap tentang itu? Apa misteri besar yang tersisa tentang teori medan kuantum?
Menjepit (17:01): Anda tahu, itu sangat tergantung pada apa yang Anda berlangganan. Jika Anda seorang fisikawan dan ingin menghitung angka ini g-2, maka tidak ada yang tidak lengkap tentang teori medan kuantum. Ketika eksperimen menjadi lebih baik, Anda tahu, kami menghitung atau kami melakukan yang lebih baik. Anda benar-benar dapat melakukannya sebaik yang Anda inginkan. Ada beberapa sumbu untuk ini. Jadi biarkan saya mungkin fokus pada satu untuk memulai.
(17:22) Masalah muncul ketika kita berbicara dengan teman matematika murni kita, karena teman matematika murni kita adalah orang pintar, dan kita berpikir bahwa kita memiliki teori matematika ini. Tapi mereka tidak mengerti apa yang kita bicarakan. Dan itu bukan salah mereka, ini salah kita. Bahwa matematika yang kita hadapi bukanlah sesuatu yang didasarkan pada pijakan yang ketat. Ini adalah sesuatu di mana kami bermain cepat dan longgar dengan berbagai ide matematika. Dan kami cukup yakin kami tahu apa yang kami lakukan seperti yang ditunjukkan oleh perjanjian dengan eksperimen ini. Tapi tentu saja tidak pada tingkat ketelitian yang, tentu saja, para ahli matematika akan merasa nyaman. Dan saya pikir semakin kita para fisikawan juga semakin tidak nyaman.
(17:22) Saya harus mengatakan bahwa ini bukan hal baru. Itu selalu terjadi setiap kali ada ide-ide baru, alat-alat matematika baru, yang sering kali para fisikawan mengambil ide-ide ini dan menjalankannya karena mereka dapat memecahkan banyak hal. Dan para matematikawan selalu — mereka menyukai kata “kekakuan”, mungkin kata “pedantry” lebih baik. Tapi sekarang, mereka agak lebih lambat dari kita. Mereka menandai i dan melintasi T. Dan entah bagaimana, dengan teori medan kuantum, saya merasa bahwa, Anda tahu, sudah begitu lama, ada begitu sedikit kemajuan sehingga mungkin kita salah memikirkannya. Jadi itu salah satu kegelisahan adalah bahwa hal itu tidak dapat dibuat secara matematis ketat. Dan itu bukan karena ingin mencoba.
Strogatz (18:33): Baiklah, mari kita coba memahami inti kesulitannya. Atau mungkin ada banyak dari mereka. Tapi Anda berbicara sebelumnya tentang Michael Faraday. Dan di setiap titik dalam ruang, kita memiliki sebuah vektor, suatu besaran yang dapat kita anggap sebagai panah, ia memiliki arah dan besaran, atau jika kita mau, kita dapat menganggapnya sebagai tiga angka mungkin seperti x, y dan z komponen dari setiap vektor. Tetapi dalam teori medan kuantum, objek yang didefinisikan pada setiap titik, saya kira, lebih rumit daripada vektor atau angka.
Menjepit (18:33): Mereka. Jadi cara matematis untuk mengatakan ini adalah bahwa di setiap titik, ada operator — beberapa, jika Anda suka, matriks berdimensi tak terbatas yang duduk di setiap titik dalam ruang, dan bekerja pada beberapa ruang Hilbert, itu sendiri sangat rumit dan sangat sulit untuk didefinisikan. Jadi matematika itu rumit. Dan sebagian besar, karena masalah inilah dunia adalah kontinum, kami berpikir bahwa ruang dan waktu, khususnya ruang, adalah kontinu. Jadi, Anda harus benar-benar mendefinisikan sesuatu di setiap titik. Dan di sebelah satu titik, sangat dekat dengan titik itu adalah titik lain dengan operator lain. Jadi ada ketidakterbatasan yang muncul ketika Anda melihat pada skala jarak yang semakin kecil, bukan ketakterhinggaan yang keluar, tetapi ketakterhinggaan yang masuk ke dalam.
(19:44) Yang menunjukkan cara untuk menyiasatinya. Salah satu cara untuk menyiasatinya adalah dengan berpura-pura untuk tujuan ini, ruang itu tidak berkelanjutan. Bahkan, mungkin saja ruang itu tidak kontinu. Jadi Anda bisa membayangkan berpikir tentang memiliki kisi, yang oleh ahli matematika disebut kisi. Jadi, alih-alih memiliki ruang kontinu, Anda memikirkan sebuah titik, dan kemudian beberapa jarak terbatas darinya, titik lain. Dan beberapa jarak yang terbatas dari itu, titik lain. Jadi Anda membedakan ruang, dengan kata lain, dan kemudian Anda berpikir tentang apa yang kita sebut derajat kebebasan, hal-hal yang bergerak hanya hidup di titik-titik kisi ini daripada hidup dalam beberapa kontinum. Itu adalah sesuatu yang ahli matematika memiliki pegangan yang jauh lebih baik.
(19:44) Tapi ada masalah jika kita mencoba melakukannya. Dan saya pikir itu salah satu masalah terdalam dalam fisika teoretis, sebenarnya. Itu karena beberapa teori medan kuantum, kita tidak bisa membedakannya dengan cara itu. Ada teorema matematika yang melarang Anda menuliskan versi terpisah dari teori medan kuantum tertentu.
Strogatz (20:41): Oh, alis saya terangkat karenanya.
Menjepit (20:43): Teorema ini disebut teorema Nielsen-Ninomiya. Di antara kelas teori medan kuantum yang tidak dapat Anda bedakan adalah teori yang menggambarkan alam semesta kita, Model Standar.
Strogatz (20:52): Jangan bercanda! Wow.
Menjepit (20:54): Anda tahu, jika Anda mengambil teorema ini pada nilai nominal, itu memberi tahu kita bahwa kita tidak hidup dalam Matriks. Cara Anda mensimulasikan apa pun di komputer adalah dengan terlebih dahulu mendiskritkannya dan kemudian mensimulasikannya. Namun tampaknya ada hambatan mendasar untuk mendiskritisasi hukum fisika seperti yang kita ketahui. Jadi kita tidak bisa mensimulasikan hukum fisika, tapi itu berarti tidak ada orang lain juga yang bisa. Jadi jika Anda benar-benar membeli teorema ini, maka kita tidak hidup di dalam Matrix.
Strogatz (21:18): Saya sangat menikmati diri saya sendiri, David. Ini sangat, sangat menarik. Saya tidak pernah memiliki kesempatan untuk mempelajari teori medan kuantum. Saya sempat mengambil mekanika kuantum dari Jim Peebles di Princeton. Dan itu luar biasa. Dan saya sangat menikmatinya, tetapi tidak pernah melanjutkan. Jadi teori medan kuantum, saya hanya berada di posisi banyak pendengar kita di sini, hanya melihat semua keajaiban yang Anda gambarkan,
Menjepit (21:41): Saya dapat memberi tahu Anda sedikit lebih banyak tentang aspek yang tepat dari Model Standar yang membuatnya sulit atau tidak mungkin untuk disimulasikan di komputer. Ada tagline yang bagus, saya bisa menambahkan seperti tagline Hollywood. Taglinenya adalah, “Hal-hal yang bisa terjadi di cermin yang tidak bisa terjadi di dunia kita.” Pada tahun 1950-an, Chien-Shiung Wu menemukan apa yang kita sebut pelanggaran paritas. Ini adalah pernyataan bahwa ketika Anda melihat sesuatu yang terjadi di depan Anda, atau Anda melihat bayangannya di cermin, Anda dapat membedakannya, Anda dapat mengetahui apakah itu terjadi di dunia nyata atau terjadi di cermin. Aspek hukum fisika inilah, bahwa apa yang terjadi di cermin berbeda dari apa yang terjadi dalam kenyataan, yang ternyata bermasalah. Aspek itulah yang sulit atau tidak mungkin untuk disimulasikan, menurut teori ini.
Strogatz (22:28): Sulit untuk melihat mengapa maksud saya, karena kisi itu sendiri tidak akan memiliki masalah dalam mengatasi paritas. Tapi bagaimanapun, saya yakin itu teorema halus.
Menjepit (22:36): Saya dapat mencoba memberi tahu Anda sedikit tentang mengapa setiap partikel di dunia kita — elektron, quark. Mereka terpecah menjadi dua partikel yang berbeda. Mereka disebut kidal dan kidal. Dan itu pada dasarnya berkaitan dengan bagaimana putaran mereka berubah saat mereka bergerak. Hukum fisika sedemikian rupa sehingga partikel tangan kiri merasakan gaya yang berbeda dari partikel tangan kanan. Inilah yang menyebabkan pelanggaran paritas ini.
(22:59) Sekarang, ternyata sulit untuk menuliskan teori matematika yang konsisten dan memiliki sifat bahwa partikel tangan kiri dan partikel tangan kanan mengalami gaya yang berbeda. Ada semacam celah yang harus Anda lewati. Ini disebut anomali, atau pembatalan anomali dalam teori medan kuantum. Dan seluk-beluk ini, celah asalnya, setidaknya dengan cara tertentu menghitung fakta bahwa ruang adalah kontinu, Anda hanya melihat celah ini saat spasi, atau persyaratan ini saat ruang kontinu. Jadi kisi tidak tahu apa-apa tentang ini. Kisi tidak tahu apa-apa tentang anomali mewah ini.
(23:36) Tetapi Anda tidak dapat menuliskan teori yang tidak konsisten pada kisi-kisi tersebut. Jadi entah bagaimana, kisi harus menutupi pantatnya, ia harus memastikan bahwa apa pun yang diberikannya adalah teori yang konsisten. Dan cara melakukannya hanya dengan tidak mengizinkan teori di mana partikel tangan kiri dan tangan kanan merasakan kekuatan yang berbeda.
Strogatz (23:50): Baiklah, saya rasa saya mengerti rasanya. Ini seperti topologi yang memungkinkan beberapa fenomena, anomali yang diperlukan untuk melihat apa yang kita lihat dalam kasus gaya lemah, yang tidak diizinkan oleh ruang diskrit. Bahwa sesuatu tentang kontinum adalah kuncinya.
Menjepit (24:06): Sebenarnya Anda mengatakannya lebih baik dari saya. Ini semua berkaitan dengan topologi. Itu benar. Ya.
Strogatz (24:11): Baiklah. Bagus. Itu adalah segmen yang sangat bagus bagi kita sebenarnya, ke tempat yang saya harapkan selanjutnya, yaitu berbicara tentang apa yang telah dilakukan teori medan kuantum untuk matematika, karena itu adalah salah satu kisah sukses besar lainnya. Meskipun, Anda tahu, untuk fisikawan yang peduli dengan alam semesta, itu mungkin bukan perhatian utama, tetapi bagi orang-orang di dalam matematika, kami sangat berterima kasih dan juga bingung atas kontribusi besar yang telah dibuat dengan memikirkan objek matematika murni. , seolah-olah mereka memberi tahu mereka dengan wawasan dari teori medan kuantum. Bisakah Anda memberi tahu kami sedikit tentang beberapa kisah yang dimulai, katakanlah, pada 1990-an?
Menjepit (24:48): Ya, ini benar-benar salah satu hal luar biasa yang muncul dari teori medan kuantum. Dan tidak ada ironi kecil di sini. Anda tahu, ironisnya adalah bahwa kami menggunakan teknik matematika ini yang membuat para matematikawan sangat curiga karena mereka tidak berpikir bahwa, bahwa mereka, mereka tidak teliti. Namun pada saat yang sama, kami entah bagaimana mampu melompati matematikawan dan hampir mengalahkan mereka dalam permainan mereka sendiri dalam keadaan tertentu, di mana kami dapat berbalik dan memberikan hasil yang mereka minati, di bidang mereka sendiri. khusus, dan menghasilkan bahwa dalam beberapa keadaan telah benar-benar mengubah beberapa bidang matematika.
(25:22) Jadi, saya dapat mencoba memberi Anda pemahaman tentang cara kerjanya. Jenis bidang matematika yang paling berguna dalam hal ini adalah gagasan yang berkaitan dengan geometri. Ini bukan satu-satunya. Tapi itu, saya pikir itu salah satu yang paling maju dalam pemikiran kita sebagai fisikawan. Dan tentu saja, geometri selalu dekat dengan jantung fisikawan. Teori relativitas umum Einstein benar-benar memberi tahu kita bahwa ruang dan waktu itu sendiri adalah beberapa objek geometris. Jadi yang kami lakukan adalah mengambil apa yang oleh para ahli matematika disebut manifold, itu adalah ruang geometris. Dalam pikiran Anda, Anda bisa memikirkan, pertama, permukaan bola sepak. Dan kemudian mungkin jika permukaan donat, di mana ada lubang di tengahnya. Dan kemudian umumkan ke permukaan pretzel, di mana ada beberapa lubang di tengahnya. Dan kemudian langkah besarnya adalah mengambil semua itu dan mendorongnya ke beberapa dimensi yang lebih tinggi dan memikirkan beberapa objek berdimensi lebih tinggi dengan melilit dirinya sendiri dengan lubang berdimensi lebih tinggi, dan, dan seterusnya.
(26:13) Jadi, jenis pertanyaan yang diajukan para matematikawan kepada kita untuk mengklasifikasikan objek seperti ini, untuk menanyakan apa yang istimewa dari objek yang berbeda, jenis lubang apa yang dapat mereka miliki, struktur yang dapat mereka miliki pada objek tersebut, dan seterusnya. Dan sebagai fisikawan, kami datang dengan beberapa intuisi ekstra.
(26:28) Selain itu, kita memiliki senjata rahasia teori medan kuantum ini. Kami memiliki dua senjata rahasia. Kami memiliki teori medan kuantum; kami memiliki pengabaian yang disengaja untuk ketelitian. Keduanya menggabungkan cukup, cukup baik. Jadi kami akan mengajukan pertanyaan seperti, ambil salah satu ruang ini, dan letakkan partikel di atasnya, dan tanyakan bagaimana partikel itu merespons ruang? Nah dengan partikel atau partikel kuantum, sesuatu yang cukup menarik terjadi karena memiliki gelombang probabilitas yang menyebar di angkasa. Dan karena sifat kuantum ini, ia memiliki opsi untuk mengetahui tentang sifat global ruang. Itu bisa merasakan semua ruang sekaligus dan mencari tahu di mana lubangnya dan di mana lembahnya dan di mana puncaknya. Jadi partikel kuantum kita bisa melakukan hal-hal seperti terjebak di lubang tertentu. Dan dengan cara itu, beri tahu kami sesuatu tentang topologi ruang.
(27:18) Jadi ada sejumlah keberhasilan yang sangat besar dalam menerapkan teori medan kuantum untuk ini salah satu yang terbesar adalah di awal 1990-an, sesuatu yang disebut simetri cermin, yang merevolusi area yang disebut geometri sederhana. Beberapa saat kemudian [Nathan] Seiberg dan [Edward] Cerdas memecahkan teori medan kuantum empat dimensi tertentu, dan itu memberikan wawasan baru ke dalam topologi ruang empat dimensi. Ini benar-benar program yang sangat bermanfaat, di mana apa yang telah terjadi selama beberapa dekade sekarang adalah fisikawan akan memunculkan ide-ide baru dari teori medan kuantum, tetapi sama sekali tidak dapat membuktikannya secara tipikal, karena kurangnya ketelitian. Dan kemudian matematikawan akan datang, tapi itu bukan hanya sekedar membutakan mata dan menyilangkan T, mereka biasanya mengambil ide dan mereka membuktikannya dengan cara mereka sendiri, dan memperkenalkan ide-ide baru.
(28:02) Dan ide-ide baru itu kemudian dimasukkan kembali ke dalam teori medan kuantum. Jadi, ada perkembangan harmonis yang luar biasa antara matematika dan fisika. Ternyata, kami sering mengajukan pertanyaan yang sama, tetapi menggunakan alat yang sangat berbeda, dan dengan berbicara satu sama lain telah membuat lebih banyak kemajuan daripada yang seharusnya kami lakukan.
Strogatz (28:18): Saya pikir gambaran intuitif yang Anda berikan sangat membantu yang entah bagaimana memikirkan konsep medan kuantum ini sebagai sesuatu yang terdelokalisasi. Anda tahu, alih-alih partikel yang kita anggap seperti titik, Anda memiliki objek yang tersebar di seluruh ruang dan waktu, jika ada waktu dalam teori, atau jika kita hanya melakukan geometri, saya kira kita' hanya memikirkannya sebagai menyebar ke seluruh ruang. Bidang kuantum ini sangat cocok untuk mendeteksi fitur global, seperti yang Anda katakan.
(28:47) Dan itu bukan cara berpikir standar dalam matematika. Kami terbiasa memikirkan suatu titik dan lingkungan suatu titik, lingkungan yang sangat kecil dari suatu titik. Itu teman kita. Kami seperti makhluk yang paling rabun sebagai ahli matematika, sedangkan fisikawan begitu terbiasa memikirkan objek penginderaan global otomatis ini, bidang ini yang dapat, seperti yang Anda katakan, mengendus kontur, lembah, puncak, keseluruhan permukaan dari objek global.
Menjepit (29:14): Ya, benar sekali. Dan bagian dari umpan balik ke dalam fisika sangat penting. Jadi, menghargai bahwa topologi benar-benar mendasari banyak cara berpikir kita dalam teori medan kuantum sehingga kita harus berpikir secara global dalam teori medan kuantum dan juga dalam geometri. Dan, Anda tahu, ada program, misalnya, untuk membangun komputer kuantum dan salah satu yang paling, yah, mungkin itu salah satu cara yang lebih optimis untuk membangun komputer kuantum.
(29:34) Tetapi jika itu bisa dibuat untuk bekerja, salah satu cara paling ampuh untuk membangun komputer kuantum adalah dengan menggunakan ide topologi teori medan kuantum, di mana informasi tidak disimpan di titik lokal tetapi disimpan secara global sebuah ruang. Manfaatnya adalah jika Anda menyenggolnya di suatu tempat pada suatu titik, Anda tidak menghancurkan informasi karena tidak disimpan pada satu titik. Itu disimpan di mana-mana sekaligus. Jadi seperti yang saya katakan, ada interaksi yang luar biasa antara matematika dan fisika yang terjadi saat kita berbicara.
Strogatz (30:01): Baiklah, mari kita beralih persneling untuk terakhir kalinya kembali dari matematika ke fisika lagi, dan mungkin bahkan sedikit kosmologi. Jadi sehubungan dengan kisah sukses teori fisika, lebih banyak konstelasi teori yang kami sebut teori medan kuantum, kami telah melakukan eksperimen ini baru-baru ini di CERN. Apakah ini, di situlah Large Hadron Collider berada, kan?
Menjepit (30:01): Benar. Itu di Jenewa.
Strogatz (30:04): Oke. Anda menyebutkan tentang penemuan Higgs yang telah lama diramalkan kira-kira 50, 60 tahun yang lalu, tetapi menurut pemahaman saya bahwa fisikawan telah — yah, apa kata yang tepat? Kecewa, kecewa, bingung. Bahwa beberapa hal yang mereka harapkan dalam eksperimen di Large Hadron Collider belum terwujud. Supersimetri, katakanlah, menjadi satu. Ceritakan sedikit tentang kisah itu. Di mana kita berharap untuk melihat lebih banyak dari eksperimen itu? Bagaimana seharusnya perasaan kita tentang tidak melihat lebih banyak?
Menjepit (30:53): Kami berharap bisa melihat lebih banyak lagi. Saya tidak tahu bagaimana perasaan kami, yang belum kami lihat. Saya bisa, saya bisa menceritakan kisahnya.
Menjepit (31:00): Jadi LHC dibangun. Dan itu dibangun dengan harapan akan menemukan boson Higgs, yang memang benar. Higgs boson adalah bagian terakhir dari Model Standar. Dan ada alasan untuk berpikir bahwa begitu kita menyelesaikan Model Standar, Higgs boson juga akan menjadi portal yang membawa kita ke apa yang datang berikutnya, lapisan realitas berikutnya yang datang setelahnya. Dan ada argumen yang dapat Anda buat, bahwa ketika Anda menemukan Higgs, Anda harus menemukan semacam lingkungan yang sama, skala energi yang sama dengan Higgs, beberapa partikel lain yang entah bagaimana menstabilkan Higgs boson. Higgs boson itu spesial. Ini satu-satunya partikel dalam Model Standar yang tidak berputar. Semua partikel lain, elektron berputar, foton berputar, itulah yang kita sebut polarisasi. Higgs boson adalah satu-satunya partikel yang tidak berputar. Dalam beberapa hal, itu adalah partikel paling sederhana dalam Model Standar.
(31:00) Namun ada argumentasi argumentasi teoritis yang mengatakan bahwa partikel yang tidak berputar seharusnya memiliki massa yang sangat berat. Sangat berat berarti didorong ke skala energi setinggi mungkin. Argumen-argumen ini adalah argumen yang bagus. Kita bisa menggunakan teori medan kuantum dalam banyak situasi lain, dalam materi yang dijelaskan oleh teori medan kuantum. Itu selalu benar bahwa jika sebuah partikel tidak berputar, itu disebut partikel skalar. Dan memiliki massa yang ringan. Ada alasan mengapa massanya ringan.
(32:25) Jadi kami berharap ada alasan mengapa Higgs boson memiliki massa seperti itu. Dan kami pikir alasan itu akan datang dengan beberapa partikel tambahan yang akan muncul begitu Higgs muncul. Dan mungkin itu supersimetri dan mungkin itu sesuatu yang disebut technicolor. Dan ada banyak, banyak teori di luar sana. Dan kami menemukan Higgs dan LHC — saya pikir ini penting untuk ditambahkan — telah melampaui semua harapan dalam hal pengoperasian mesin dan eksperimen serta sensitivitas detektor. Dan orang-orang ini adalah pahlawan mutlak yang melakukan eksperimen.
(32:56) Dan jawabannya adalah tidak ada lagi skala energi yang sedang kita jelajahi saat ini. Dan itu teka-teki. Ini teka-teki bagi saya. Dan itu menjadi teka-teki bagi banyak orang lainnya. Kami jelas salah; kami jelas salah tentang harapan bahwa kami harus menemukan sesuatu yang baru. Tapi kita tidak tahu mengapa kita salah. Anda tahu, kami tidak tahu apa yang salah dengan argumen-argumen itu. Mereka masih merasa benar, mereka masih merasa benar bagi saya. Jadi ada sesuatu yang kita lewatkan tentang teori medan kuantum, yang menarik. Dan Anda tahu, ada baiknya salah dalam bidang sains ini, karena hanya ketika Anda salah, Anda akhirnya bisa didorong ke arah yang benar. Tetapi adil untuk mengatakan bahwa saat ini kami tidak yakin mengapa kami salah.
Strogatz (33:32): Itu sikap yang baik untuk dimiliki, benar, bahwa begitu banyak kemajuan telah dibuat dari paradoks ini, dari apa yang terasa seperti kekecewaan pada saat itu. Tetapi untuk menjalaninya dan berada dalam satu generasi — maksud saya, yah, saya tidak ingin mengatakan Anda bisa hanyut pada saat ini diketahui, tetapi ini adalah prospek yang menakutkan.
Menjepit (33:50): Dicuci tidak apa-apa. Tapi aku ingin hidup.
Strogatz (33:56): Ya, saya merasa tidak enak bahkan mengatakan itu.
Dari kecil ke besar, mengapa kita tidak memikirkan beberapa masalah kosmologis. Karena beberapa misteri besar lainnya, hal-hal seperti materi gelap, energi gelap, alam semesta awal. Jadi Anda belajar sebagai salah satu bidang minat Anda sendiri, waktu tepat setelah Big Bang, ketika kita belum benar-benar memiliki partikel. Kami baru saja memiliki, apa, medan kuantum?
Menjepit (34:22): Ada waktu setelah Big Bang yang disebut inflasi. Jadi itu adalah waktu di mana alam semesta berkembang sangat, sangat cepat. Dan ada medan kuantum di alam semesta saat ini terjadi. Dan apa yang menurut saya benar-benar salah satu kisah paling menakjubkan dalam semua sains adalah bahwa medan kuantum ini memiliki fluktuasi. Mereka selalu memantul ke atas dan ke bawah, hanya karena kegugupan kuantum, Anda tahu. Sama seperti prinsip ketidakpastian Heisenberg mengatakan sebuah partikel tidak bisa, tidak bisa berada di tempat tertentu karena akan memiliki momentum tak terbatas, jadi Anda tahu, selalu ada ketidakpastian di sana. Hal yang sama berlaku untuk bidang-bidang ini. Medan kuantum ini tidak bisa benar-benar nol atau tepat beberapa nilai. Mereka selalu gelisah naik turun melalui ketidakpastian kuantum.
(35:02) Dan apa yang terjadi dalam beberapa detik pertama ini — detik terlalu lama. Beberapa 10 pertama-30 detik, katakanlah, dari Big Bang adalah alam semesta berkembang sangat pesat. Dan medan kuantum ini seperti terjebak dalam tindakan, bahwa mereka berfluktuasi, tetapi kemudian alam semesta menyeret mereka terpisah ke skala yang luas. Dan fluktuasi itu terhenti di sana. Mereka tidak bisa berfluktuasi lagi, pada dasarnya, karena alasan kausalitas, karena sekarang mereka menyebar begitu jauh, Anda tahu, satu bagian dari fluktuasi tidak tahu apa yang dilakukan yang lain. Jadi fluktuasi ini membentang di seluruh alam semesta, jauh di masa lalu.
(35:43) Dan kisah yang luar biasa adalah bahwa kita dapat melihat mereka, kita dapat melihatnya sekarang. Dan kami telah mengambil foto mereka. Jadi foto itu memiliki nama yang mengerikan. Ini disebut radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik. Anda tahu foto ini, ini adalah riak biru dan merah. Tapi itu foto bola api yang memenuhi alam semesta 13.8 miliar tahun yang lalu, dan ada riak di sana. Dan riak-riak yang dapat kita lihat berasal dari fluktuasi kuantum ini dalam beberapa fraksi pertama detik setelah Big Bang. Dan kami dapat melakukan perhitungan, Anda dapat menghitung seperti apa fluktuasi kuantum. Dan Anda dapat mengukur fluktuasi CMB secara eksperimental. Dan mereka hanya setuju. Jadi ini adalah cerita yang menakjubkan bahwa kita dapat mengambil foto dari fluktuasi ini.
(36:30) Tapi ada juga tingkat kekecewaan di sini. Fluktuasi yang kami lihat cukup vanila, itu hanya yang akan Anda dapatkan dari ladang gratis. Dan alangkah baiknya jika kita bisa mendapatkan lebih banyak informasi, jika kita bisa melihat — nama statistiknya adalah bahwa fluktuasinya adalah Gaussian. Dan akan menyenangkan untuk melihat beberapa non-Gaussianity, yang akan memberi tahu kita tentang interaksi antara medan di alam semesta yang sangat, sangat awal. Dan sekali lagi, satelit Planck telah, telah terbang dan telah mengambil snapshot dari CMB dengan detail yang lebih jelas, dan non-Gaussianities yang ada, jika memang ada, hanya lebih kecil dari, dari Planck satelit dapat mendeteksi.
(36:52) Jadi ada harapan untuk masa depan bahwa ada eksperimen CMB lainnya, ada juga harapan bahwa non-Gaussianitas ini mungkin muncul dalam cara galaksi terbentuk, distribusi statistik galaksi melalui alam semesta juga menyimpan memori ini fluktuasi yang banyak kita ketahui itu benar, tetapi mungkin kita bisa mendapatkan lebih banyak informasi dari sana. Jadi sungguh luar biasa bahwa Anda dapat melacak fluktuasi ini selama 14 miliar tahun, dari tahap paling awal hingga cara galaksi didistribusikan di alam semesta sekarang,
Strogatz (37:36): Nah, itu memberi saya banyak wawasan yang tidak saya miliki sebelumnya tentang jejak fluktuasi kuantum ini pada latar belakang gelombang mikro kosmik. Aku selalu bertanya-tanya. Anda menyebutkan bahwa itu adalah teori bebas, artinya —apa, beri tahu kami apa sebenarnya arti "bebas"? Tidak ada apa-apa kan? Maksudku, hanya saja, vakum itu sendiri?
Menjepit (37:45): Bukan hanya ruang hampa, karena medan ini menjadi bersemangat saat alam semesta mengembang. Tapi itu hanya bidang yang tidak berinteraksi dengan bidang lain atau bahkan dengan dirinya sendiri, itu hanya memantul ke atas dan ke bawah seperti osilator harmonik, pada dasarnya. Setiap titik memantul ke atas dan ke bawah seperti pegas. Jadi ini adalah bidang yang paling membosankan yang bisa Anda bayangkan.
Strogatz (38:11): Dan itu berarti kita tidak perlu mendalilkan medan kuantum tertentu di awal alam semesta. Hanya saja, itulah yang Anda katakan, vanilla.
Menjepit (38:19): Ini vanila. Jadi akan lebih baik untuk mendapatkan penanganan yang lebih baik bahwa interaksi ini terjadi, atau interaksi ini terjadi, atau bidang memiliki properti khusus ini. Dan sepertinya tidak — mungkin di masa depan, tetapi saat ini, kami belum sampai di sana.
Strogatz (38:32): Jadi mungkin sebaiknya kita tutup dengan harapan pribadi Anda. Apakah ada satu, jika Anda harus memilih satu hal yang ingin Anda selesaikan secara pribadi, dalam beberapa tahun ke depan, atau untuk masa depan penelitian dalam teori medan kuantum, apa yang akan menjadi favorit Anda? Jika Anda bisa bermimpi.
Menjepit (38:48): Ada begitu banyak —
Strogatz: Anda dapat memilih lebih banyak.
Menjepit: Ada hal-hal di sisi matematika. Jadi saya ingin, saya ingin memahami, di sisi matematika, lebih banyak tentang teorema Nielsen-Ninomiya ini, fakta bahwa Anda tidak dapat membedakan teori medan kuantum tertentu. Dan apakah ada celah dalam teorema? Apakah ada asumsi yang bisa kita buang dan entah bagaimana berhasil melakukannya?
(39:07) Teorema dalam fisika biasanya disebut teorema "tidak jalan". Anda tidak bisa melakukan ini. Tapi mereka sering menjadi penunjuk arah tentang di mana Anda harus melihat, karena teorema matematika, jelas itu benar, tetapi karena itu, ia datang dengan asumsi yang sangat ketat. Jadi mungkin Anda bisa membuang asumsi ini atau asumsi itu dan, dan membuat kemajuan dalam hal itu. Jadi di sisi matematika, saya ingin melihat kemajuannya.
(39:28) Di sisi eksperimental, semua hal yang telah kita bicarakan — beberapa partikel baru, petunjuk baru tentang apa yang ada di baliknya. Dan kami melihat petunjuk secara teratur. Yang terbaru adalah bahwa massa W boson di sisi Anda dari Atlantik berbeda dari massa W boson di sisi Atlantik saya dan itu, sepertinya aneh. Petunjuk tentang materi gelap, atau materi gelap. Apapun itu, terbuat dari medan kuantum. Tidak ada keraguan tentang itu.
(39:53) Dan energi gelap yang Anda singgung bahwa ada prediksi adalah kata yang terlalu kuat tetapi ada saran dari teori medan kuantum. sama sekali fluktuasi medan kuantum itu seharusnya mendorong perluasan alam semesta. Tapi dengan cara itu, jauh lebih besar dari yang sebenarnya kita lihat.
(40:07) Jadi, teka-teki yang sama dengan Higgs. Mengapa Higgs begitu ringan? Itu juga ada di sana dengan energi gelap. Mengapa percepatan kosmologis alam semesta begitu kecil dibandingkan dengan apa yang kita pikirkan. Jadi situasinya agak aneh. Maksud saya, kita punya teori ini. Ini benar-benar menakjubkan. Tapi itu juga jelas ada hal-hal yang kita benar-benar tidak mengerti.
Strogatz (40:26): Saya hanya ingin berterima kasih, David Tong, untuk percakapan yang sangat luas dan menarik ini. Terima kasih banyak telah bergabung dengan saya hari ini.
Menjepit (40:33): Dengan senang hati. Terima kasih banyak.
Penyiar (40:39): Jika Anda suka Kegembiraan Mengapa, periksa Podcast Sains Majalah Quanta, dipandu oleh saya, Susan Valot, salah satu produser acara ini. Juga beri tahu teman Anda tentang podcast ini dan beri kami suka atau ikuti di mana Anda mendengarkan. Ini membantu orang menemukan Kegembiraan Mengapa podcast.
Steve Strogatz (41: 03): Kegembiraan Mengapa adalah podcast dari Majalah Quanta, sebuah publikasi editorial independen yang didukung oleh Simons Foundation. Keputusan pendanaan oleh Simons Foundation tidak memengaruhi pemilihan topik, tamu, atau keputusan editorial lainnya di podcast ini atau di Majalah Quanta. Kegembiraan Mengapa diproduksi oleh Susan Valot dan Polly Stryker. Editor kami adalah John Rennie dan Thomas Lin, dengan dukungan dari Matt Carlstrom, Annie Melchor dan Leila Sloman. Musik tema kami disusun oleh Richie Johnson. Logo kami dibuat oleh Jackie King, dan karya seni untuk episode ini dibuat oleh Michael Driver dan Samuel Velasco. Saya tuan rumah Anda, Steve Strogatz. Jika Anda memiliki pertanyaan atau komentar untuk kami, silakan kirim email kepada kami di quanta@simonsfoundation.org. Terima kasih untuk mendengarkan.
