Tulisan ini berjudul:
Grand Unification Theory/Teori Penyatuan Agung (Pencarian Rumus Pamungkas Jagat Raya)
Dirangkai dalam catatan facebook pada tanggal 24 November 2010 pukul 22:02:
"Pencarianku dalam fisika sangatlah sederhana, mencari rumus penyatuan tunggal dan menuliskannya di kaosku, dan aku akan memakai kaos itu"
~Arip Nurahman~
Jonathan Richard Ellis CBE FRS (born 1 July 1946) is a British theoretical physicist who is currently Clerk Maxwell Professor of Theoretical Physics at King's College London.
Abstract
A theory of everything (Toe) is a hypothetical theory of theoretical physics that fully explains and links together all known physical phenomena. Initially, the term was used with an ironic connotation to refer to various over generalized theories.
The fundamental particles of the universe that physicists have identified electrons, neutrinos, quarks, and so on are the "letters" of all matter. Just like their linguistic counterparts, they appear to have no further internal substructure.
String theory proclaims otherwise. According to string theory, if we could examine these particles with even greater precision a precision many orders of magnitude beyond our present technological capacity we would find that each is not point like but instead consists of a tiny, one-dimensional loop.
Like an infinitely thin rubber band, each particle contains a vibrating, oscillating, dancing filament that physicists have named a string.
Although it is by no means obvious, this simple replacement of point-particle material constituents with strings resolves the incompatibility between quantum mechanics and general relativity (which, as currently formulated, cannot both be right).
String theory thereby unravels the central Gordian knot of contemporary theoretical physics. This is a tremendous achievement, but it is only part of the reason string theory has generated such excitement.
Introduction
Theory of Everything (ToE), teori segala sesuatu, atau teori super simetri, adalah sebuah harta karun yang masih terpendam; semacam “cawan suci” dalam mitos yang selama ini terus dicari-cari oleh para fisikawan teori. ToE adalah sebuah teori yang menggabungkan 4 gaya dasar alam semesta.
Dinamakan 4 gaya dasar/interaksi dasar karena keempat interaksi inilah yang bertanggung jawab atas seluruh gaya-gaya yang dapat diamati di alam semesta. Keempat interaksi tersebut adalah interaksi kuat, interaksi lemah, interaksi elektromagnetik, dan interaksi gravitasi.
Contents
Kekuatan antara interaksi yang satu dengan interaksi yang lainnya dibedakan oleh nilai yang sangat besar. Interaksi kuat, yaitu interaksi yang menjelaskan gaya antar inti sehingga menghasilkan kemantapan inti atom mempunyai kekuatan sekitar 100 kali interaksi elektromagnetik. Interaksi lemah merupakan penjelas untuk interaksi antar partikel bermuatan sehingga gaya yang dihasilkan dapat tarik-menarik atau tolak-menolak. Interaksi lemah mempunyai kekuatan sekitar 1010 kali interaksi elektromagnetik. Interaksi elektromagnetik adalah interaksi yang menjelaskan peluruhan Beta, partikel-partikel dan inti.
Terakhir, interaksi gravitasi yang memiliki kekuatan 10^40 kali interaksi elektromagnetik. Interaksi ini mengatur interaksi yang bekerja pada semua benda yang memiliki massa dengan gaya yang selalu tarik menarik.
Keempat gaya dasar itu sampai sekarang masih belum bisa dipadukan kedalam sebuah teori tunggal sehingga menghasilkan suatu Theory of Everything.
Padahal ToE adalah teori yang ditunggu-tunggu karena teori ini akan bisa memberikan gambaran utuh tentang alam semesta kita; bagaimana ia berawal dan bagaimana ia kelak akan berakhir. Kita tahu bahwa alam semesta berasal dari suatu dentuman besar (big bang) yang terjadi miliaran tahun lalu.
Dentuman besar itu juga melibatkan singularitas. Kita tidak dapat mengetahui apa yang terjadi pada selang waktu antara 0 detik hingga 10^-43 detik setelah big bang. Selang waktu inilah yang menjadi tugas ToE. Saat ini kita hanya bisa mengetahui sebagian melalui bangunan teori-teori - tentang apa yang terjadi sesudahnya.
Pada selang waktu antara 10^-43 detik hingga 10^-35 detik mengacu pada model dentuman besar panas, sebuah model yang menjelaskan bahwa pada mulanya memiliki temperatur yang sangat tinggi yang kemudian mendingin dengan cepat temperatur alam semesta turun dari 10^32 derajat Kelvin menjadi 10^28 derajat Kelvin, dan tingkat energi turun dari 10^28 eV (elektron Volt) menjadi 10^24 eV.
Pada awal 10^-35 detik setelah dentuman besar, energi alam semesta tidak lagi cukup untuk mempertahankan interaksi kuat sehingga interaksi kuat dibekukan (mengalami kehilangan energi). Interaksi lemah yang tersisa juga akan membeku pada satu detik setelah dentuman besar sehingga hanya menyisakan interaksi elektromagnetik dan gravitasi. Selanjutnya, mulai dari 180 detik hingga 100.000 tahun setelah dentuman besar, dan tingkat energi turun lagi hingga 13,6 eV, interaksi elektromagnetik dibekukan karena terbentuknya atom-atom netral.
Mulai saat itu, interaksi gravitasilah yang berperan, dan alam semesta, galaksi, bintang, kemudian planet-planet, serta kehidupan mulai terbentuk.
semesta tempat kita hidup. Sebuah teori penyatuan yang berhasil harus berada dalam bagian-bagian dari prinsip tersebut.
Harapan-harapan untuk menemukan teori penyatuan kelihatan lebih realistis sekarang, karena kita telah mengetahui lebih banyak tentang alam semesta.
Namun kita sebaiknya tidak sampai menjadi kelewat percaya diri dulu. Dari pengalaman-pengalaman sebelumnya, beberapa kali para ilmuwan merasa sudah dekat dengan ujung pencarian tentang hukum-hukum sains, namun penemuan selanjutnya justeru menyadarkan mereka bahwa sesungguhnya mereka masih belum bergerak kemana-mana.
Tapi, sejumlah ilmuwan seperti Stephen Hawking dkk percaya bahwa akhir dari pencarian ini cuma soal waktu saja, dan mungkin saatnya tidak akan terlalu lama lagi. Kita telah memiliki sejumlah teori parsial. Kita sudah punya teori relativitas umum, teori parsial gravitasi, teori parsial interaksi kuat dan lemah, serta teori parsial elektromagnetik. Tiga interaksi yang terakhir dapat dikombinasikan menjadi Grand Unified Theory (GUT).
Ini tidak cukup untuk membentuk ToE karena teori tersebut tidak mencakup interaksi gravitasi. Kesukaran untuk menemukan sebuah teori yang menyatukan gravitasi dengan gaya-gaya lain adalah bahwa teori relativitas umum (yang menjelaskan tentang pengaruh medan gravitasi dalam semua proses fisika) merupakan teori klasik.
Dalam hal ini, relativitas umum tidak mengambil bagian dalam prinsip ketidakpastian dari mekanika kuantum. Sebaliknya, teori-teori parsial lain bergantung pada cara yang esensial pada mekanika kuantum. Sebagai langkah awal, kita bisa mengkombinasikan teori relativitas umum dengan prinsip ketidakpastian, tetapi proses ini akan menghasilkan beberapa konsekuensi luar biasa yang mungkin bertentangan dengan pemahaman kita selama ini tentang fisika.
Saat ini, kandidat terkuat dari ToE adalah teori superstring (adidawai).
Dalam teori ini, segalanya di alam semesta - semua partikel elementer dan interaksi dan bahkan ruang-waktu itu sendiri dipandang sebagai sebuah dawai yang panjangnya kurang dari 10^-33 cm, namun memiliki tegangan yang sangat besar.
Dawai ini bergetar dan berputar dalam suatu semesta multi dimensi. Satu dimensi tambahan - selain dimensi panjang, lebar, kedalaman, dan waktu secara matematis diperlukan untuk menghindari tachyons (partikel yang bergerak lebih cepat dari cahaya) dan ghosts (partikel yang dihasilkan dari probabilitas negatif).
Dimensi-dimensi tambahan ini lantas termampatkan dan berpilin dalam bentuk lingkaran-lingkaran kecil yang tidak dapat diamati. Partikel elementer yang berbeda berhubungan dengan dawai yang berosilasi dengan tingkatan yang berbeda pula.
Teori ini memungkinkan penggabungan medan gravitasi dengan ketiga interaksi lainnya.
Namun demikian, sampai sekarang, belum ada satupun teori yang betul-betul dapat diandalkan untuk menggabungkan keempat jenis interaksi itu, karena hingga kini belum ada teori yang secara meyakinkan mampu menjelaskan adanya gravitasi kuantum.
Saksikan juga film The Theory of Everything yang mengulas pencarian formulasi tersebut
References:
John D. Barrow, Theories of Everything: The Quest for Ultimate Explanation (OUP, Oxford, 1990) ISBN 0-099-98380-X
Stephen Hawking The Theory of Everything: The Origin and Fate of the Universe is an unauthorized 2002 book taken from recorded lectures (ISBN 1-893224-79-1)
Terima Kasih Kepada:
Blog Bianglala dan
Brian Greene (a Professor at Columbia University) The Author of The Elegant Universe: Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory (ISBN 0-375-70811-1) is a book by Brian Greene published in 1999 which introduces string theory and provides a comprehensive though non-technical assessment of the theory and some of its shortcomings
