Showing posts with label Fisika. Show all posts
Einstein benar, menurut pengakuan Peneliti Neutrino yang terbaru
Sekelompok ilmuwan yang tahun lalu menyarankan neutrino dapat bergerak lebih cepat dari cahaya, Jumat lalu mengakui bahwa Einstein benar dan partikel sub atom - seperti yang lainnya - terikat oleh batas kecepatan alam semesta.
 |
| Einstein konferensi pers 1950. |
Para peneliti di European Centre for Nuclear Research (CERN) tahun lalu menghebohkan dunia, ketika mereka menerbitkan hasil eksperimen yang menunjukkan bahwa neutrino bisa keluar dari kecepatan cahaya. Temuan tersebut mengancam fisika modern dan menghancurkan teori Albert Einstein di tahun 1905 tentang Relativitas Khusus yang menggambarkan kecepatan cahaya sebagai kecepatan paling tinggi yang dapat dicapai oleh sebuah partikel dalam kosmos.
Namun, CERN sekarang mengatakan bahwa hasil sebelumnya keliru dan kit rusaklah yang harus disalahkan. "Meskipun hasil ini tidak semenarik yang beberapa orang inginkan, tapi inilah yang kita harapkan dalam hati terdalam kita," kata direktur penelitian pusat Sergio Betrolucci.
"Cerita ini menangkap imajinasi publik dan telah memberikan orang kesempatan untuk melihat metode ilmiah dalam tindakan. Sebuah hasil yang tak terduga disiapkan untuk pengawasan, diselidiki secara menyeluruh dan diselesaikan berkat kolaborasi antara eksperimen yang sudah terbiasa bersaing. Itulah bagaimana ilmu pengetahuan bergerak maju."
Neutrino diukur lama perjalanannya dari laboratorium raksasa bawah tanah CERN dekat Jenewa ke Gran Sasso Laboratory di Italia, setelah menempuh perjalanan 732 kilometer (454 mil) melalui kerak bumi. Untuk melakukan perjalanan itu, neutrino seharusnya menghabiskan waktu perjalanan 0,0024 detik. Sebaliknya, partikel tercatat menabrak detektor di Italia 0.00000006 detik lebih cepat dari yang diharapkan, hasil inilah yang ditunjukkan oleh eksperimen sebelumnya.
Para peneliti komunitas sains, Jumat mengadakan perubahan di Konferensi Internasional tentang Fisika Neutrino dan Astrofisika, yang diadakan di ibukota kuno Jepang, Kyoto.
"Data sebelumnya yang diambil tahun 2011 lalu dengan sinar neutrino dari CERN ke Gran Sasso direvisi dengan mempertimbangkan efek instrumental," kata tim. "Sebuah gambar yang koheren telah muncul pada data lama dan baru menunjukkan kecepatan neutrino konsisten dengan kecepatan cahaya."
Temuan awal telah disambut dengan kombinasi kegembiraan dan skeptis, bahkan dari mereka yang terlibat dalam percobaan, yang mendesak fisikawan lain untuk melakukan pemeriksaan sendiri untuk menguatkan atau menyangkal apa yang telah dilihat.
"Jika hasil ini di CERN terbukti benar, dan partikel yang ditemukan untuk berjalan lebih cepat daripada kecepatan cahaya, maka saya siap untuk memakan celana pendek saya, pada siaran langsung di TV," Jim Al-Khalili, seorang profesor fisika teori di Inggris Universitas Surrey, menyatakan pada saat itu.
Tag :
Fisika,
Komputer Kuantum mendekati kenyataan, berkat "Higly Enriched and Higly Purified Silicon"
Penelitian yang melibatkan fisikawan Mike Thewalt dari Simon Fraser University menawarkan langkah baru menuju pembuatan komputer kuantum menjadi kenyataan, melalui sifat unik dari silikon yang sangat diperkaya dan sangat murni. Sekarang, komputer kuantum sudah terpikirkan dengan sangat matang dalam benak fisikawan dan secara penelitian teoretik. Ada beberapa komputer kuantum dasar yang telah ada, tapi belum ada yang dapat membangun komputer yang benar-benar dapat digunakan untuk keperluan praktis.
Komputer tersebut akan memanfaatkan kekuatan atom dan partikel sub-atom (ion, foton, elektron) untuk melakukan tugas memori dan pengolahan. Ya, itu semua dapat terwujud berkat sifat partikel sub-atomik yang aneh. Apa yang Thewalt dan rekannya di Universitas Oxford telah temukan adalah bahwa silikon khusus mereka memungkinkan prosesnya terjadi dan diamati dalam keadaan padat yang memerlukan keadaan vakum hampir sempurna. Dan menggunakan "28Silicon" mereka telah memperpanjang sampai tiga menit (dari sebelumnya hanya dalam hitungan detik), waktu di mana para ilmuwan dapat memanipulasi, mengamati dan mengukur prosesnya."Ini diperoleh dari pencatatan panjang dalam solid-state system," kata Thewalt. "Jika Anda menanyakan orang beberapa tahun yang lalu, apakah hal itu mungkin, mereka akan mengatakan tidak. Ini membuka cara baru untuk menggunakan solid-state semi-conductors seperti silikon sebagai basis untuk komputasi kuantum.
 |
Mike Thewalt dan mahasiswa pascasarjana Kamyar Saeedi dengan sampel silikon
"Anda mulai dapat melakukan hal yang orang pikir hanya bisa dilakukan dalam ruang hampa. Apa yang kami temukan, dan apa yang tidak diantisipasi, adalah garis spektral tajam pada 28Silicon yang telah kami uji. Ini sangat murni , dan begitu sempurna. Tidak ada bahan lain seperti itu."
Tetapi dunia kita masih jauh dari komputer kuantum praktis, ia tambahkan. Quantum computing adalah konsep yang menantang semua yang kita tahu atau mengerti tentang komputer saat ini. Desktop atau komputer laptop Anda memproses informasi dalam bentuk bit. Bit adalah unit dasar informasi, terlihat oleh komputer Anda sebagai nilai yang memuat hanya angka 1 dan 0.
Paragraf ini, ketika ditulis dalam program pengoloah kata, berisi 181 karakter termasuk spasi. Di komputer rumah Anda, paragraf sederhana itu diproses sebagai string dengan 1.448 nilai "1" dan "0".
Dalam komputer kuantum, "bit kuantum" (juga dikenal sebagai "qubit") dapat menjadi "1" dan "0" dan semua nilai antara 0 dan 1 pada saat yang sama. Thewalt menambahkan : "Sedikit 1/0 klasik dapat dianggap sebagai orang yang berada di Kutub Utara atau Kutub Selatan, sedangkan qubit dapat di mana saja di permukaan bumi yang sebenarnya digambarkan oleh dua parameter yang mirip dengan garis lintang dan bujur. "
Dengan membuat sebuah komputer kuantum praktis dengan beberapa qubit, dapat menyelesaikan dalam hitungan menit semua pekerjaan yang diselesaikan superkomputer terbesar saat ini dalam hitungan jutaan tahun. Penelitian Thewalt dan rekan-rekannya membuka lagi jalan penelitian dan aplikasi yang mungkin, dalam waktu, menyebabkan terobosan praktis dalam komputasi kuantum. Paper mereka akan dipublikasikan Jumat di Science.
Jika realitas ternyata hanya seperti film 3D
Realitas tiga dimensi anda mungkin sebenarnya tidak ada. Sebaliknya, Anda dan segala sesuatu di sekitar Anda mungkin ada sebagai sebuah hologram yang diproyeksikan dari suatu realitas 2D.
Memang benar, anda melihat tiga dimensi, tapi begitu pula tombak yang datang hampir menusuk anda pada film aksi 3D. Berada di dalam hologram, daripada melihat itu seperti yang Anda lakukan layar film, bisa menyamarkan keberadaan hologram itu. Seolah-olah, sekali di bioskop, Anda tidak dapat menghapus kacamata 3D untuk melihat apa yang nyata dan apa yang tidak.
 |
| Kenyataan 3D |
Sekarang tim fisikawan dari Fermilab berpikir mereka telah menemukan cara untuk mendapatkan pandangan yang benar dari alam semesta. Percobaan mereka -holometer- akan menggunakan sebagian besar off-rak-bagian untuk membuat pengukuran paling sensitif di dunia dari waktu perjalanan sinar laser. Apa yang mereka inginkan adalah fluktuasi kecil dalam intensitas berkas yang disebabkan oleh keberadaan di sebuah ruang hologram. Hasil penelitian ini dapat menghancurkan pandangan dunia kita.
Sketsa sebuah interferometer Michelson tunggal sederhana. Sinar laser hati-hati disiapkan perjalanan ke beam splitter, yang mencerminkan sekitar setengah cahaya ke cermin di ujung satu lengan dan mengirimkan sisanya ke cermin di lengan kedua. Cahaya dari kedua cermin memantul kembali kepada pemecah berkas, di mana setengah dan setengah lagi tercermin ditransmisikan. Sebuah dioda mengukur intensitas cahaya total gabungan dari dua lengan, yang memberikan ukuran yang sangat sensitif dari perbedaan posisi pemecah berkas dalam dua arah.
Sebuah alam semesta holografik
 |
| Interferometer Michelson |
| Sketsa sebuah interferometer Michelson tunggal sederhana. Sinar laser hati-hati disiapkan perjalanan ke beam splitter, yang mencerminkan sekitar setengah cahaya ke cermin di ujung satu lengan dan mengirimkan sisanya ke cermin di lengan kedua. Cahaya dari kedua cermin memantul kembali kepada pemecah berkas, di mana setengah dan setengah lagi tercermin ditransmisikan. Sebuah dioda mengukur intensitas cahaya total gabungan dari dua lengan, yang memberikan ukuran yang sangat sensitif dari perbedaan posisi pemecah berkas dalam dua arah. |
Hogan digunakan percobaan gelombang gravitasi, seperti LIGO, sebagai model untuk percobaan baru, sekarang sedang dibangun di Fermilab. LIGO menggunakan laser untuk mencari energi gelombang gravitasi-mengalir melalui alam semesta dari raksasa, bencana alam yang jauh, seperti tabrakan dan merger lubang hitam. Untuk holometer, tim Hogan menyusut mesin dan disetel percobaan baru untuk melihat frekuensi yang lebih tinggi di mana mereka akan mengharapkan alam semesta untuk mengungkapkan sifat holografik tersebut.
Anda sehari-hari pengalaman dalam dunia 3D yang terasa mungkin membuat Anda berpikir bahwa alam semesta holografik fiksi ilmiah murni. Tapi indera manusia tidak selalu dapat diandalkan: Anda merasa seolah-olah Anda sedang berdiri masih meskipun Anda, dan Bumi, zoom mengelilingi matahari sekitar 67.000 mil per jam.
Dalam sebuah alam semesta holografik, semua informasi yang menggambarkan volume ruang tertentu akan berada pada batas-batas 2D. Sebuah melihat dari dekat pada batas akan mengungkapkan detail tidak lebih kecil dari paket individu informasi, seperti dot-seperti pixel dari foto yang muncul ketika Anda zoom in Tapi dengan jarak meningkat dari sumber informasi, titik-titik akan muncul untuk berbaur ke satu sama lain untuk membuat gambar halus dan, akhirnya, gambar 3D. Pikirkan alam semesta sebagai poster Magic Eye, dengan titik-titik segudang pada permukaan 2D yang berubah menjadi gambar 3D jika Anda melihat hanya dalam cara yang benar.
"Holometer ini dirancang untuk mencari jenis tertentu yang mendasari blurriness dalam realitas," kata Hogan, seorang co-pemimpin percobaan.
Tidak ada kesepakatan di antara ahli teori untuk bagaimana dunia 3D jelas muncul dari dunia 2D yang mendasari, namun percobaan seperti holometer dapat memberikan bukti konkret tentang bagaimana dunia cocok bersama.
Keberadaan alam semesta sebagai hologram, bukan sebagai dunia 3D, akan sinyal batas pada jumlah informasi bahwa alam semesta dapat berisi, membatasi untuk dua dimensi. Dan, karena string teori dapat menempatkan sejumlah dimensi yang berbeda-hingga 11 dalam beberapa model-batas pada jumlah informasi yang tersedia di alam semesta dapat mempengaruhi pemahaman fisikawan 'model teori string tertentu.
"Jika teori holografik benar, ada bandwidth maksimum dengan kenyataan," kata Hogan. "Itu berarti adalah mungkin pada prinsipnya untuk mempelajari segala sesuatu tentang fisika alam semesta."
Holometer yang dibangun di Fermilab akan mencakup dua interferometer dalam tabung baja 6 inchi terevakuasi sekitar 40 meter. Sistem optik (tidak ditampilkan di sini) di masing-masing sinar laser "mendaur ulang" untuk membuat gelombang, laser yang sangat stabil intens dengan beberapa kilowatt daya laser untuk memaksimalkan ketepatan pengukuran. Output dari dua dioda yang berkorelasi untuk mengukur jitter holografik dari berbagi dua mesin ruang-waktu. Holometer akan mengukur jitter sekecil beberapa sepermilyar meter.
 |
| Holometer |
Pengujian realitas
Inti dari holometer merupakan alat yang disebut interferometer, dua dari mereka akan beroperasi secara bersamaan dalam percobaan. Masing-masing berisi sepasang 40-meter panjang tabung di sudut kanan satu sama lain. Fisikawan akan menguji apakah alam semesta adalah dua atau tiga dimensi dengan mengirimkan sinar laser ke sudut di mana tabung bertemu. Ada, cermin setengah perak khusus (atau "beam splitter") membagi cahaya dan mengirimkan setengah dari itu di masing-masing tabung. Cahaya mencerminkan kembali pada akhir tabung masing-masing dan kembali ke sudut.
Sebuah pengukuran intensitas cahaya (atau "campur tangan") dikombinasikan memungkinkan perbandingan ultra-tepat dari posisi cermin beam splitter di dua arah spasial. Jika tidak ada efek hologram, sinar laser perjalanan melalui tabung harus tinggal di sync; fluktuasi utama dalam intensitas cahaya adalah dari partikel kuantum dari sinar laser itu sendiri. Jika alam semesta holografik, sebuah fluktuasi tambahan dalam cahaya yang terdeteksi akan muncul karena sifat kuantum ruang-waktu. Bagian holografik dari fluktuasi harus hampir sama untuk dua interferometer benar-benar terpisah, asalkan mereka segera berdekatan dan karenanya menempati hampir sama ruang-waktu. Sebuah fluktuasi cahaya akan menunjuk karakteristik blurriness holografik alam semesta 2D.
Bukti alam semesta, 2D hologram akan menjadi tanda pertama bahwa mekanika kuantum, yang menggambarkan perilaku semua massa dan energi, juga berlaku untuk perilaku ruang dan waktu. Hal ini juga akan menyediakan ahli fisika dengan cara untuk memasukkan ke dalam mekanika kuantum gravitasi, langkah kunci dalam pengujian teori penyatuan kekuatan. Menjawab pertanyaan "Apakah semua pasukan alam menjadi salah satu?" Adalah tujuan utama dari abad ke-21 fisika partikel.
Memutuskan antara mekanika kuantum dan gravitasi merupakan batu sandungan bagi fisikawan mencoba untuk memahami sifat dari energi gelap. Fisikawan percaya bahwa energi gelap bertanggung jawab untuk mendorong alam semesta terpisah, namun bukti hanya sejauh berasal dari pengamatan skala besar kosmik. Karena holometer akan menyelidiki hubungan antara massa-energi dan ruang-waktu, itu bisa membantu fisikawan lebih memahami fisika energi gelap.
Holometer harus mulai mengumpulkan data pada tahun 2012 dan dapat menunjukkan hasil dalam dua hari atau dua tahun, tergantung pada fine-tuning diperlukan. Terlepas dari apakah bukti dari keberadaan hologram terwujud, percobaan akan mengembangkan teknologi laser untuk eksperimen baru materi gelap dan membantu menguji kebisingan latar belakang potensial untuk generasi berikutnya eksperimen mencari gelombang gravitasi.
Sementara Hogan, teori, adalah taruhan di alam semesta holografik, peneliti mengambil lebih turun-ke-bumi sikap. "Setiap hari saya berubah pikiran," kata seorang ilmuawan Fermilab, Chris Stoughton. "Dan bagaimana saya memastikannya? tidak ada jalan lain selain membuat sebuah pengukuran"
Tag :
Fisika,
Superluminal Neutrino di LHC
Hasil terakhir tentang kecepatan neutrino yang melebihi cahaya dapat diuji di Large Hadron Collider (LHC), menurut dua orang fisikawan di AS. Meskipun akselerator partikel Eropa itu tidak akan mampu sepenuhnya mengkonfirmasi atau membantah hasilnya, itu akan dapat menguji mekanisme yang diperkirakan terjadi ketika neutrino bergerak lebih cepat dari cahaya.
Awal dari perkiraan ini datang pada bulan September, ketika fisikawan Eksperimen OPERA di Italia, melaporkan bahwa neutrino berjalan melintasi 730 km bawah tanah muncul dan tiba 60 ns terlalu dini. Jika hasilnya benar, maka akan bertentangan dengan teori Einstein tentang relativitas khusus, yang mengatakan kecepatan cahaya adalah kecepatan maksimum yang mungkin.
 |
| Lorong Bawah LHC |
Memang, banyak fisikawan telah menunjukkan bahwa hasil OPERA seharusnya bertentangan dengan hasil experimen-experimen lain. Pada tahun 1987, misalnya, gelombang neutrino tiba di bumi sebagai hasil dari ledakan supernova yang jauh, tiga jam sebelum para astronom melihat cahaya dari kejadian tersebut. Jikapun neutrino se-superluminal seperti yang OPERA sarankan, kedatangan mereka tidak akan lebih awal dari tiga jam, tetapi lebih dari tiga tahun.
Habis pada energi tinggi
Pada akhir September, teori Sheldon Glashow dan Andrew Cohen di Universitas Boston menyoroti masalah lain yang potensial. Mereka mengembangkan sebuah kerangka teoritis yang memungkinkan neutrino berjalan sedikit lebih cepat dari cahaya, sesuai dengan hasil OPERA. Namun, mereka menemukan bahwa teori tersebut membuka proses lain yang tidak sesuai dengan fisika partikel. Secara khusus, menurut Glashow dan Cohen, neutrino superluminal harus dapat meluruh menjadi sepasang elektron-positron ditambah neutrino berenergi rendah. Akibatnya, spektrum neutrino di OPERA harus habis pada energi tinggi, tetapi hal ini tidak terjadi di OPERA.
Sekarang, Hooman Davoudiasl dari Brookhaven National Laboratory di New York dan Thomas Rizzo dari SLAC National Laboratory di California telah kembali memeriksa teori Glashow dan Cohen. Benar, framework tersebut akan membuka peluruhan neutrino dalam ruang hampa, terang Davoudiasl dan Rizzo, namun neutrino OPERA bergerak terutama melalui batu. Mungkin batu memperlambat peluruhan untuk beberapa alasan - misalnya dengan membuat neutrino bertransformasi atau "berosilasi" ke dalam jenis yang berbeda - yang berarti kerangka teori Glashow dan Cohen masih akan kompatibel dengan hasil OPERA.
Jika demikian, maka mekanisme Glashow dan Cohen harus muncul di tempat-tempat lainnya, terutama di LHC, jelas Davoudiasl dan Rizzo. Neutrino diproduksi di akselerator partikel, misalnya ketika top quark berenergi tinggi meluruh, tetapi hal itu biasanya tidak teramati karena mereka dapat menembus detektor. Tetapi jika mekanisme Glashow dan Cohen bekerja, maka beberapa neutrino harus meluruh dengan sendirinya, pada kira-kira satu meter dari tempat mereka diproduksi. Bagi seseorang yang mempelajari jejak partikel, peluruhan ini harus bermanifestasi sebagai sebuah pasangan elektron-positron berenergi tinggi yang dapat muncul secara tiba-tiba, entah dari mana. "Inilah yang menjadikan tanda di LHC," kata Rizzo.
"Menggunakan tumpukan driver untuk memecahkan telur"
Glashow dan Cohen setuju dengan Davoudiasl dan analisis Rizzo itu. Namun, mereka pikir itu akan terlalu banyak usaha: meskipun hasil yang positif akan mendukung keberadaan neutrino superluminal, hasil nol hanya akan menunjukkan bahwa framework teoretis gagal. Di sisi lain, pada experimen "long baseline" lainnya, seperti percobaan Minos di Fermilab di Amerika Serikat, memiliki kemampuan untuk menolak hasil OPERA. Percobaan Davoudiasl dan Rizzo akan menjadi "seperti menggunakan tumpukan-driver untuk memecahkan telur", kata Glashow.
Rizzo setuju bahwa eksperimen "long baseline" adalah cara terbaik ke depan. Tapi dia menunjukkan bahwa mungkin memakan waktu lebih dari setahun untuk mengadakan percobaan seperti itu yang mempunyai kepastian statistik yang cukup. "Sangat menarik untuk melakukan tes sebanyak mungkin, meskipun bergantung model, tes menggunakan teknik sebanyak mungkin akan kami tunggu," katanya. Rizzo menambahkan bahwa dataset yang ada dari LHC ATLAS dan eksperimen CMS harus mengungkapkan peluruhan neutrino, jika mereka ada. "Ini mungkin untuk memperoleh hasil dalam hitungan beberapa bulan," katanya.
Penelitian ini akan dipublikasikan di Physical Review D dan preprint yang tersedia di arXiv.
Tag :
Fisika,
Fisikawan Menyelaraskan Diri dengan Neuron
 |
| Neuron dan transfer informasi |
Have you ever wondered why certain sets of musical notes sound perfectly melodious while others make you want to cover your ears? Now, physicists in Europe have developed a model that suggests that certain notes sound harmonious because of the consistent rhythmic firing of neurons in the auditory system. The researchers say that they have now quantified this effect by showing that the neural signals are regularly spaced for frequencies that are pleasant sounding, but are erratic for those that are not. They say that their model may also provide insights into other senses, such as vision, that employ similar neural processing systems.
Hitting the right notes
How humans and animals perceive sound has long fascinated scientists because of the brain's amazing ability to process auditory signals. "The auditory sensory system is the most investigated apparatus. But even simple sound signals – pairs of pure tones such as musical chords – are able to cause phenomena that can not be simply explained," says Bernardo Spagnolo of the University of Palermo, Italy, and one of the authors of the study published inPhysical Review Letters this month.
As examples, Spagnolo cites two things that musicians take for granted: the "pitch perception" and the "perception of consonance and dissonance". Simply put, perceiving pitch is simply being able to differentiate clear frequencies of sounds, while the perception of consonance and dissonance is being able to tell the difference between harmonious and inharmonious chords.
In their current research, the researchers focused on consonance and dissonance perception with the aim of identifying the location and quantity of the signals associated with harmony and disharmony in the brain.
On board the "spike trains"
Hearing involves the conversion of sounds into neural "spike trains". The researchers' model comprises three neural-like elements. Two of these elements represent sensory neurons and are driven by noise at two different frequencies. The outputs of two neurons, in the presence of a "noisy" environment, are synaptically connected with the third neuron, which represents an "interneuron". This is an internal neuron that connects a sensory neuron to other neurons in the brain. In reality there are more than two initial neurons, as the human ear can operate at frequencies of between 20 Hz and 20 kHz and can detect sounds over a range of 120 decibels.
The output spike train of the interneuron is the main focus of the study, which found that if an acoustic signal is transformed by the auditory system into spike trains with a regular distribution of inter-spike intervals, then the signal is perceived as harmonious. But when the inter-spike intervals are irregular, the signal is perceived as inharmonious. At the output of the interneuron, inharmonious input signals give rise to blurry spike trains, while the harmonious signals produce more regular, less "noisy" spike trains.
Senses and sensibility
The research team quantified the regularity of the interneuron output in terms of the entropy of the signal. "This regularity is linearly connected with informational entropy: harmonious chords give rise to high spike-train regularity and so low entropy; inharmonious chords give rise to low spike-train regularity and so high entropy."
Spagnolo points out that the model can investigate the role of external and internal "environmental noise" in the nervous system, with respect to the sensory phenomena of "recognition" and "permanence of information" contained in complex input signals in the brain. "Investigating this process can help to understand which types of input signals are able to survive in the noisy environment of the brain, reveal the mechanism of this process, and explain what it means from a perceptional and cognitive point of view," claims Spagnolo. He also says that studying and understanding the auditory system provides a basis for other less-studied sensory systems "that exhibit the analogous principles of conversion of environment stimuli into the neural spike trains".
Tag :
Fisika,
Kimia dan Biologi,
Paradoks Kembar Einstein untuk Anak Tunggal Kuantum
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.
Bagaimanakah cara mengenali Multiverse ?
Bagaimana kita bisa mengatakan jika alam semesta lain telah bertabrakan dengan semesta yang kita tempati ? Fisikawan di Kanada dan Amerika Serikat percaya bahwa mereka memiliki jawabannya. Tabrakan itu akan meninggalkan jejak di Cosmic Microwave Background yang unik dan sangat berkarakter. Para ahli fisika mengklaim bahwa prediksi ini dapat diuji dengan menggunakan teleskop ruang angkasa yang ada saat ini ataupun teleskop masa depan, yang bertentangan dengan pandangan umum bahwa keberadaan multiverse telah teruji.
 |
| Cosmic Microwave Background |
Chuck Bennett, seorang astrofisikawan di Universitas Johns Hopkins di Maryland, AS, yang tidak terlibat dengan penelitian ini, mempercayai prediksi ini membantu membawa teori multiverse ke dalam relitas konvensional, pemalsuan ilmu (falsifiable science). "Ilmu bergantung pada kemampuan untuk memalsukan ide-ide melalui percobaan atau pengamatan alam," katanya. "Fakta bahwa ada potensi memungkinkan kita untuk memanggil Sains ini, bagi saya, adalah pernyataan yang signifikan.."
Kemungkinan multiverse datang dari teori string dan teori inflasi, sebuah gagasan bahwa alam semesta kita mengalami ekspansi yang cepat tepat setelah Big Bang. Teori Inflasi melakukan pekerjaan yang baik menjelaskan mengapa ruang cukup halus dalam skala besar, namun peneliti tidak dapat menjelaskan apa yang memulai ekspansi dan apa yang menghentikannya. Masalah-masalah ini telah menyebabkan fisikawan untuk mempertimbangkan kemungkinan bahwa inflasi dapat terjadi di ruang-waktu lain, menghasilkan alam semesta baru selain kita sendiri.
Kemungkinan multiverse datang dari teori string dan teori inflasi, sebuah gagasan bahwa alam semesta kita mengalami ekspansi yang cepat tepat setelah Big Bang. Teori Inflasi melakukan pekerjaan yang baik menjelaskan mengapa ruang cukup halus dalam skala besar, namun peneliti tidak dapat menjelaskan apa yang memulai ekspansi dan apa yang menghentikannya. Masalah-masalah ini telah menyebabkan fisikawan untuk mempertimbangkan kemungkinan bahwa inflasi dapat terjadi di ruang-waktu lain, menghasilkan alam semesta baru selain kita sendiri.
Masalah Metafisis
Ide tentang multiverse sangat kontroversial. Salah satu masalahnya adalah metafisika: alam semesta sudah nampak besar tanpa harus bersaing dengan sejumlah tak terbatas potensi semesta lain. Namun mungkin masalah yang lebih besar adalah ilmiah. Jika pengamatan terbatas pada alam "semesta teramati" kita sendiri, bagaimana bisa para ilmuwan menguji "apakah ada multiverse yang lebih besar?". Jawabannya adalah bahwa, dari waktu ke waktu, alam semesta lain di multiverse mungkin berbenturan dengan semesta kita, meninggalkan sebuah alur di jejaknya. Tapi mencari tahu secara pasti bagaimana bentuk alur akan terlihat tidaklah mudah.
Now, however, Kris Sigurdson of the University of British Columbia in Vancouver and others say they have calculated the detailed features of a cosmic wake. They have considered the possibility that our universe collided with another before our inflation period, because, they say, the latter would have erased the wake's evidence. Even though this happened more than 13 billion years ago, the wake would have been preserved in the cosmic microwave background (CMB), which was formed some 380,000 years into the universe's existence.
Look for a 'double peak'
The focus of the prediction is in the polarization of photons in the CMB. Photons have two transverse polarization states, and any that come from a certain region in the CMB might be mostly in the same polarization state, or in a mix of both. Sigurdson and colleagues calculate that, providing the wake was big enough, it ought to imprint the CMB with a characteristic "double peak": two close rings where the photons sway towards a single polarization state.
The prediction is not strictly the first to arise from multiverse theory. In 2007 researchers at the University of California at Santa Cruz, US, also suggested that a cosmic wake could imprint itself on the CMB; then, earlier this year, a group led by Hiranya Peiris of University College London found hints that this prediction was true. But these predicted features were too vague, say Sigurdson and colleagues, and might have existed in the CMB anyway.
Evidence for string theory?
"[Our] features represent the first verifiable prediction of the multiverse paradigm," write Sigurdson and colleagues in their preprint, which they uploaded to the arXiv server last month. "A detection of a bubble collision would confirm the existence of the multiverse, provide compelling evidence for the string theory landscape, and sharpen out picture of the universe and its origins." Physics World was unable to speak to the researchers about their preprint because they are submitting it to a journal that employs an embargo policy.
If the prediction is correct, it should be possible to test it in upcoming data from the European Space Agency's Planck space observatory and future CMB missions, say the researchers. Yet Bennett, the principal investigator on NASA's Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, another CMB space observatory, thinks the detection of a cosmic wake would nonetheless be "extremely unlikely". He says the amplitude of a wake would have to be just right: too small and we wouldn't see it; too big and it would probably have had severe consequences for our universe's structure. The number of collisions would also have to be "fine-tuned", he says.
Infinite number of wakes
"The claim seems to be that we might see one or two wakes in our sky, but why one or two?" he adds. "Why not none or an infinite number? In fact, if bubble collisions were common we would not be alive to discuss the question."
Cosmologist Arjun Berera at the University of Edinburgh, UK, also thinks the idea of a multiverse – and by extension Sigurdson and colleagues' prediction – is speculative. But he notes that a positive detection would be "spectacular". "Such a case would offer suggestive evidence in support of string theory," he says. "On the other hand, no evidence in the CMB data for a collision between two universes would not rule out string theory, it would simply extend the widely held belief in the field that string theory is unfalsifiable."
The research is described in arXiv:1109.3473.
Proof
The word Proof comes from the Latin probare meaning "to test". Related modern words are the English "probe", "proboscis”, "probation", and "probability", the Spanish "probar" (to smell or taste, or (lesser use) touch or test),[3] Italian "provare" (to try), and the German "probieren" (to try). The early use of "probity" was in the presentation of legal evidence. A person of authority, such as a nobleman, was said to have probity, whereby the evidence was by his relative authority, which outweighed empirical testimony.[4]
Plausibility arguments using heuristic devices such as pictures and analogies preceded strict mathematical proof.[5] It is probable that the idea of demonstrating a conclusion first arose in connection with geometry, which originally meant the same as "land measurement".[6] The development of mathematical proof is primarily the product of ancient Greek mathematics, and one of its greatest achievements. Thales (624–546 BCE) proved some theorems in geometry. Eudoxus (408–355 BCE) and Theaetetus (417–369 BCE) formulated theorems but did not prove them. Aristotle (384–322 BCE) said definitions should describe the concept being defined in terms of other concepts already known. Mathematical proofs were revolutionized by Euclid (300 BCE), who introduced the axiomatic method still in use today, starting with undefined terms and axioms (propositions regarding the undefined terms assumed to be self-evidently true from the Greek “axios” meaning “something worthy”), and used these to prove theorems using deductive logic. His book, the Elements, was read by anyone who was considered educated in the West until the middle of the 20th century.[7] In addition to the familiar theorems of geometry, such as the Pythagorean theorem, the Elements includes a proof that the square root of two is irrational and that there are infinitely many prime numbers.
Further advances took place in medieval Islamic mathematics. While earlier Greek proofs were largely geometric demonstrations, the development of arithmetic and algebra by Islamic mathematicians allowed more general proofs that no longer depended on geometry. In the 10th century CE, the Iraqi mathematician Al-Hashimi provided general proofs for numbers (rather than geometric demonstrations) as he considered multiplication, division, etc. for ”lines.” He used this method to provide a proof of the existence of irrational numbers.[8] An inductive proof for arithmetic sequences was introduced in the Al-Fakhri (1000) by Al-Karaji, who used it to prove the binomial theorem and properties of Pascal's triangle. Alhazen also developed the method of proof by contradiction, as the first attempt at proving the Euclidean parallel postulate.[9]
Modern proof theory treats proofs as inductively defined data structures. There is no longer an assumption that axioms are "true" in any sense; this allows for parallel mathematical theories built on alternate sets of axioms (see Axiomatic set theory and Non-Euclidean geometry for examples).
