Saturday, November 19, 2011
Penyatuan mekanika kuantum dan teori relativitas umum Einstein adalah salah satu pertanyaan yang paling menarik dan masih terbuka dalam fisika modern. Relativitas umum, yang merupakan teori gravitasi, ruang dan waktu memberikan prediksi yang jelas pada skala kosmik, bintang dan galaksi. Efek kuantum, di sisi lain, masih sangat rapuh dan biasanya diamati pada skala kecil, misalnya ketika membahas partikel tunggal dan atom. Itulah mengapa sangat sulit untuk menguji interaksi antara mekanika kuantum dan relativitas umum.
Sekarang fisikawan teoretis yang dipimpin oleh Časlav Brukner di Universitas Wina mengusulkan suatu eksperimen baru yang dapat menyelidiki ketumpang tindihan dua teori tersebut. Fokus pekerjaan ini adalah untuk mengukur pengertian relativistik umum dari waktu pada skala kuantum. Temuan baru-baru ini dipublikasikan di Nature Communication.
Waktu dalam relativitas umum
Salah satu prediksi berlawanan relativitas umum Einstein adalah gravitasi yang mendistorsi aliran waktu. Teori ini memprediksi bahwa jam berdetak lebih lambat di dekat benda massive (spt bintang) dan semakin cepat jika semakin menjauhi massa yang massive. Efek ini menghasilkan "paradoks kembar" yang disebut: jika salah satu kembaran bergerak keluar untuk tinggal di ketinggian yang lebih tinggi (relatif thd massa), ia akan lebih cepat dari usia kembaran lain yang tetap di tanah. Efek ini telah tepat diverifikasi dalam percobaan klasik, tetapi tidak dalam hubungannya dengan efek kuantum, yang merupakan tujuan dari percobaan baru yang diusulkan.
Interferensi kuantum dan komplementaritas
Kelompok peneliti Wina ingin memanfaatkan kemungkinan yang luar biasa bahwa sebuah partikel kuantum tunggal dapat kehilangan properti klasik, yaitu memiliki posisi yang didefinisikan dengan baik, atau jika disebutkan dalam istilah mekanika kuantum: partikel dalam sebuah "superposisi." Hal ini memungkinkan untuk gelombang-seperti efek, yang disebut interferensi, dengan partikel tunggal. Namun, jika posisi partikel diukur, atau bahkan jika secara prinsip dapat diketahui, efek ini hilang. Dengan kata lain, tidak mungkin untuk mengamati gangguan (interferensi) dan sekaligus mengetahui posisi partikel. Seperti hubungan antara informasi dan interferensi adalah contoh komplementaritas kuantum - prinsip yang diusulkan oleh Niels Bohr. Usulan eksperimental ini telah diterbitkan dalam "Nature Communication" menggabungkan prinsip ini dengan "paradoks kembar" dari relativitas umum.
"Paradoks Kembar Einstein" untuk "anak tunggal kuantum"
Tim di Universitas Wina menganggap sebuah jam tunggal (setiap partikel yang berevolusi dengan derajat kebebasan internal seperti spin) yang dibawa dalam superposisi dari dua lokasi - satu lebih dekat dan satu lebih jauh dari permukaan Bumi. Menurut relativitas umum, detikan jam pada tingkat yang berbeda di dua lokasi, seperti halnya dua kembar yang memiliki usia berbeda, tapi karena waktu yang diukur oleh jam mengungkapkan informasi di mana jam itu terletak, gangguan dan sifat gelombang jam hilang. "Ini adalah paradoks kembar untuk 'anak tunggal' kuantum, dan membutuhkan penjelasan relativitas umum serta mekanika kuantum. Interaksi yang salig mempengaruhi tersebut belum pernah diselidiki secara experimen." - Kata Magdalena Zych, penulis utama dari paper dan anggota Wina CoQuS Program Doktor. Oleh karena itu usulan pertama untuk percobaan yang memungkinkan pengujian gagasan asli relativistik umum untuk waktu dalam hubungannya dengan kelengkapan kuantum.
