Elegant Universe – Welcome to the 11th Dimension

June 10, 2010

Bayangkan bahwa kami mampu mengendalikan ruang atau waktu kontrol. Hal-hal yang kita akan bisa lakukan akan luar biasa. Aku mungkin dapat pergi dari sini … ke sini … ke sini … ke sini … dan ke sini hanya dalam sekejap.

Sekarang, kita semua berpikir bahwa perjalanan semacam ini tidak mungkin. Dan mungkin adalah. Namun dalam beberapa tahun terakhir, gagasan kita tentang hakikat ruang dan waktu telah melalui beberapa perubahan. Dan hal-hal yang digunakan untuk tampak seperti fiksi ilmiah mencari yang tidak terlalu dibuat-buat.

Ini semua berkat sebuah revolusi dalam fisika disebut “teori string,” yang menawarkan perspektif baru mengenai cara kerja dalam alam semesta.

Teori dawai mengulurkan janji bahwa kita benar-benar dapat memahami pertanyaan tentang mengapa alam semesta adalah cara pada tingkat yang paling mendasar.

Teori dawai adalah benar-benar Wild West Physics.

Ini merupakan kawasan teori fisika yang sangat berbeda dari apa yang telah sebelumnya.

teori baru yang radikal ini dimulai dengan premis sederhana: bahwa segala sesuatu di alam semesta, Bumi, gedung-gedung, bahkan seperti gaya gravitasi dan listrik, terdiri dari sangat kecil, bergetar helai energi yang disebut “string.”

Dan kecil seperti mereka, string berubah segala sesuatu yang kita pikir kita tahu tentang alam semesta, terutama ide-ide kita tentang sifat ruang.

Untuk melihat bagaimana caranya, mari kita pertama menyusut semua ruang ke ukuran yang lebih mudah dikelola. Bayangkan bahwa seluruh alam semesta terdiri atas tak lebih dari kota kelahiranku, Manhattan. Jadi sekarang, hanya satu borough di New York City membuat atas kain seluruh ruang.

Dan hanya untuk iseng, mari kita juga membayangkan bahwa aku seorang CEO sebuah perusahaan besar dengan kantor-kantor di Wall Street. Dan karena waktu adalah uang, saya harus mencari rute tercepat dari apartemen saya, di sini di Manhattan atas ke kantor saya di Manhattan bawah.

Sekarang, kita semua tahu bahwa jarak terpendek antara dua titik adalah garis lurus, tapi bahkan jika tidak ada lalu lintas sedikit peregangan bahkan dalam khayalan kami Manhattan-it’ll masih membawa kita beberapa jumlah waktu untuk sampai ke sana. Dengan akan lebih cepat dan lebih cepat, kita dapat mengurangi waktu perjalanan. Tapi karena tidak ada yang bisa pergi lebih cepat dari kecepatan cahaya, ada batas yang pasti untuk berapa banyak waktu kita bisa dipotong dari perjalanan kita.

Tapi ketika Albert Einstein melihat kain ruang, ia melihat sesuatu yang sama sekali berbeda. Dia mengatakan ruang yang tidak statis, melainkan bisa warp dan peregangan.

Dan bahkan bisa struktur ruang biasa disebut “lubang cacing”. lubang cacing adalah jembatan atau terowongan yang dapat menghubungkan daerah-daerah yang jauh dari ruang, akibatnya, jalan pintas kosmik. Dalam alam semesta seperti ini, perjalanan saya akan menjadi mimpi New Yorker’s.

Ternyata bahwa dengan melihat-kopi sarapan saya dan donat-kita dapat merasakan apa yang cukup baik teori string mengatakan tentang apakah kain ruang bisa robek.

Bayangkan ruang yang berbentuk seperti donat ini. Anda mungkin berpikir bahwa akan sangat berbeda dari suatu daerah ruang berbentuk seperti ini cangkir kopi. Tapi ada rasa yang tepat dalam bentuk donat dan cangkir kopi sebenarnya sama, hanya sedikit disamarkan. Anda lihat, mereka berdua memiliki satu lubang. Dalam donat itu di tengah dan di cangkir kopi itu dalam menangani. Itu berarti kita dapat mengubah donat ke dalam bentuk secangkir kopi dan kembali lagi tanpa harus rip atau robek adonan sama sekali.

Oke, tapi anggaplah Anda ingin mengubah bentuk donat ini menjadi bentuk yang sangat berbeda, bentuk tanpa lubang. Satu-satunya cara untuk melakukannya adalah untuk merobek donat seperti ini dan kemudian kembali membentuknya.

Sayangnya, menurut hukum Einstein, ini tidak mungkin. Mereka mengatakan bahwa ruang dapat meregang dan warp, tetapi tidak bisa robek. Lubang cacing mungkin ada di suatu tempat sepenuhnya terbentuk, tapi Anda tidak bisa rip ruang untuk membuat yang baru, lebih dari Manhattan atau di tempat lain. Dengan kata lain, saya tidak bisa mengambil lubang cacing untuk bekerja.

Tapi sekarang teori string adalah memberi kita perspektif baru pada ruang, dan itu menunjukkan kita bahwa Einstein tidak selalu benar. Untuk melihat bagaimana caranya, mari kita lihat lebih dekat pada kain spasial.

Jika kita bisa menyusut ke bawah sekitar sepersejuta sepermilyar dari ukuran normal, kami akan memasuki dunia mekanika kuantum, hukum-hukum yang mengendalikan bagaimana atom berperilaku. Ini adalah dunia cahaya dan listrik dan hal-hal lain yang beroperasi di skala terkecil. Di sini, kain ruang adalah acak dan kacau.

Nah, di sinilah kekuatan string masuk Strings tenang kekacauan itu. Dan sebagai tarian string tunggal melalui ruang, menyapu tabung. tabung dapat bertindak seperti gelembung yang mengelilingi air mata, perisai pelindung dengan implikasi mendalam. String sebenarnya memungkinkan ruang untuk rip.

Ini akan menjadi semacam dingin, meskipun masih kemungkinan yang sangat jauh.

Tetapi satu hal yang pasti adalah bahwa teori string sudah menunjukkan kepada kita bahwa alam semesta mungkin orang asing banyak dari yang kami bayangkan. Sebagai contoh, teori string mengatakan kita dikelilingi oleh dimensi tersembunyi, tempat-tempat misterius di luar ruang tiga-dimensi akrab kita tahu.

Apa yang kita anggap sebagai alam semesta kita hanya bisa menjadi salah satu bagian kecil dari sesuatu yang jauh lebih besar.

Mungkin kita hidup di membran, membran tiga-dimensi yang mengapung dalam ruang dimensi yang lebih tinggi.

Tidak bisa seluruh dunia tepat di samping kami, tapi sama sekali tak terlihat.

ini akan dunia lain, dalam arti harfiah, akan, menjadi semesta paralel. Ini bukan terutama eksotis atau, atau gagasan aneh.

Teori dawai sangat aktif. Hal-hal yang terjadi. Ada banyak orang melakukannya. Sebagian besar anak-anak muda, diberi pilihan, dengan perbandingan seperti 0:50, mereka akan masuk ke teori string.

Tapi string ini tidak selalu populer. Pelopor teori string berjuang selama bertahun-tahun, yang bekerja sendirian pada suatu ide bahwa tidak ada orang lain yakini Berikut inti itu: selama puluhan tahun, fisikawan percaya bahwa bagian-bagian yang terkecil di dalam atom adalah partikel titik. Terbang di luar adalah elektron, dan di dalamnya ada proton dan neutron yang terbuat dari quark. Tetapi teori string mengatakan bahwa apa yang kita anggap partikel terpisahkan sebenarnya kecil, senar bergetar.

Pada 1980-an, gagasan itu tertangkap, dan orang-orang mulai melompat pada kereta musik string.

kenyataan bahwa tiba-tiba semua orang-orang lain yang bekerja di lapangan memiliki kelebihan dan kekurangan nya. Senang rasanya melihat bagaimana cepat subjek dapat mengembangkan sekarang, karena begitu banyak orang yang bekerja di atasnya.

Salah satu daya tarik besar dari string adalah karakter mereka. Sama seperti tali cello dapat bergetar pada frekuensi yang berbeda, membuat semua catatan musik individu, dengan cara yang sama, tali kecil bergetar string teori dan menari dengan pola yang berbeda, membuat semua partikel dasar alam. Jika pandangan ini benar, maka menempatkan mereka semua bersama-sama dan kita mendapatkan simfoni megah dan indah itu adalah alam semesta kita.

Apa benar-benar menarik tentang ini adalah bahwa ini menawarkan kemungkinan menakjubkan. Jika kita hanya bisa menguasai irama string, maka kita akan memiliki kesempatan yang baik menjelaskan semua materi dan semua kekuatan alam, dari partikel sub-atomik terkecil ke galaksi luar angkasa. Ini adalah potensi teori string, menjadi kesatuan “Teori Segalanya.”

Namun, pada pandangan pertama, dalam semangat kami untuk ide ini, kita sepertinya sudah terlalu jauh. Karena kita tidak menghasilkan string teori hanya satu, atau bahkan dua-kita entah bagaimana berhasil datang dengan lima.

Lima teori string yang berbeda, masing-masing bersaing untuk judul Teori Segalanya.

Dan jika ada akan menjadi “Teori Fundamental Alam,” harus ada salah satu dari mereka.

Dengan lima pemain bersaing, tahap teori string tampak sedikit ramai. Lima teori telah banyak hal yang sama. Sebagai contoh, mereka semua terlibat bergetar string, tapi rincian matematis mereka tampak sangat berbeda. Terus terang, itu memalukan. Bagaimana bisa ini Teori unified Semuanya datang dalam lima rasa yang berbeda?

Hal ini terjadi di mana lebih jelas kurang. Tapi kemudian sesuatu yang luar biasa terjadi. Ini adalah Ed Witten. Dia secara luas dianggap sebagai salah satu fisikawan terbesar di dunia yang hidup, bahkan mungkin penerus Einstein.

Ed Witten adalah orang yang sangat istimewa di lapangan. Dia telah memahami dengan jelas, terutama prinsip-prinsip matematika dasar, yang jauh lebih besar daripada orang lain kebanyakan.

Pada tahun 1995, teori string dari seluruh dunia berkumpul di University of Southern California untuk konferensi tahunan mereka. Ed Witten muncul di Strings 95 dan mengguncang dunia mereka.

Untuk mengatasi masalah tersebut, Witten membangun sebuah cara baru yang spektakuler dalam memandang teori string.

Ed mengumumkan bahwa dia telah memikirkan hal itu, dan terlebih lagi, ia telah dipecahkan itu. Dia akan memberitahu kami solusi untuk setiap teori string dalam setiap dimensi, yang merupakan klaim besar, tetapi berasal dari Ed itu tidak begitu mengejutkan.

Suasana listrik karena, semua teori, string tiba-tiba, yang telah melalui semacam lesu, diberikan dorongan yang luar biasa, tembakan di lengan.

Ed Witten memberikan kuliah yang terkenal. Dan dia mengatakan beberapa kata-kata yang membuatku tertarik … dan selama sisa kuliah … aku hooked up pada beberapa kata pertama yang dia katakan, dan benar-benar ketinggalan titik kuliahnya.

Ed Witten hanya meniup semua orang pergi.

Ed Witten meniup semua orang pergi karena ia memberikan perspektif yang sama sekali baru pada teori string. Dari sudut pandang ini, kita bisa melihat bahwa sebenarnya tidak ada lima teori yang berbeda. Seperti refleksi di dinding cermin, apa yang kita pikir lima teori ternyata hanya lima cara yang berbeda dalam memandang hal yang sama. Teori dawai akhirnya disatukan.

pekerjaan Witten’s memicu terobosan sehingga revolusioner yang diberi nama itu sendiri, “M-teori,” meskipun tidak ada yang benar-benar tahu apa yang M itu singkatan.

Beberapa sinis sekali-sekali menyarankan bahwa M juga bisa berarti “keruh,” karena kita tingkat pemahaman teori ini, pada kenyataannya, begitu primitif. Mungkin aku tidak seharusnya memberitahu Anda bahwa satu.

Apa pun namanya, itu suatu kejutan. Tiba-tiba semuanya berbeda.

Setelah berbicara Witten, ada diperbaharui berharap bahwa teori ini dapat menjadi salah satu teori untuk menjelaskan segala sesuatu di alam semesta. Tapi ada juga harga yang harus dibayar.

Sebelum M-teori, string tampaknya beroperasi di dunia dengan 10 dimensi. Ini termasuk satu dimensi waktu, tiga dimensi ruang akrab, serta enam dimensi tambahan, meringkuk begitu kecil bahwa mereka benar-benar tak terlihat.

Tapi M-teori akan pergi lebih jauh lagi, menuntut lagi dimensi ruang, sehingga jumlah keseluruhannya menjadi 11 dimensi.

Kita tahu bahwa ada harus 11 dimensi untuk teori ini masuk akal. Jadi harus ada 11 dimensi. Kami hanya melihat tiga plus satu dari mereka.

Untuk sebagian besar dari kita, itu hampir mustahil untuk gambar ekstra, dimensi yang lebih tinggi: Aku tidak bisa. Dan tidaklah mengejutkan. Otak kita hanya berkembang penginderaan tiga dimensi spasial pengalaman sehari-hari.

Jadi dimensi semua harus dilakukan dengan arah independen di mana Anda bisa bergerak. Mereka kadang-kadang disebut “derajat kebebasan.”

Dimensi lebih atau derajat kebebasan yang dimiliki, semakin banyak yang dapat dilakukan.

Dan jika benar-benar ada 11 dimensi, maka string dapat melakukan lebih banyak lagi, juga.

Orang-orang yang ditemukan, cukup segera, bahwa ada benda yang hidup dalam teori ini, yang tidak hanya string, tapi lebih besar dari itu. Mereka benar-benar tampak seperti membran atau permukaan.

Dimensi ekstra Witten ditambahkan memungkinkan string ke peregangan menjadi sesuatu seperti membran, atau brane “” singkatnya. brane A bisa tiga-dimensi atau bahkan lebih. Dan dengan energi yang cukup, brane bisa tumbuh sampai ukuran besar, bahkan mungkin lebih besar sebagai sebuah alam semesta.

Ini adalah revolusi dalam teori string.

Keberadaan membran raksasa dan dimensi ekstra akan membuka kemungkinan baru yang mengejutkan, bahwa alam semesta kita hidup di membran, di dalam ruang, dimensi lebih tinggi yang jauh lebih besar.

Ini hampir seolah-olah kita tinggal di dalam … sepotong roti? alam semesta kita mungkin menjadi seperti sepotong roti, hanya satu potong, dalam roti jauh lebih besar yang fisikawan kadang-kadang sebut “massal.”

Dan jika ide-ide ini benar, sebagian besar mungkin telah irisan lain, semesta lain, yang tepat di samping kami, yang berlaku, “paralel” alam semesta.

Tidak hanya akan alam semesta kita menjadi tidak istimewa, tapi kita bisa punya banyak tetangga. Beberapa dari mereka bisa mirip alam semesta kita, mereka mungkin memiliki masalah dan planet-planet dan, siapa tahu, mungkin bahkan makhluk semacam itu.

Lainnya tentu akan banyak orang asing. Mereka mungkin diatur oleh hukum benar-benar berbeda dari fisika. Sekarang, seluruh alam semesta ini lain akan ada dalam dimensi ekstra dari M-teori, dimensi yang ada di sekitar kita. Beberapa bahkan mengatakan mereka mungkin benar dekat dengan kita, kurang dari milimeter jauhnya.

Jika Anda memiliki hidup brane dalam ruang dimensi yang lebih tinggi, dan partikel Anda, atom Anda, tidak bisa keluar brane, itu seperti mencoba untuk menjangkau, tetapi Anda tidak bisa menyentuh apa pun. Ini sama saja dengan di ujung alam semesta.

Ini ide yang sangat kuat karena jika benar itu berarti foto seluruh alam semesta kita ini mendung oleh fakta bahwa kita terjebak pada hanya sepotong kecil dari alam semesta dimensi yang lebih tinggi.

Ini adalah ide yang kuat, terutama karena dapat membantu memecahkan salah satu misteri besar ilmu pengetahuan modern. Ini ada hubungannya dengan gravitasi. Sudah lebih dari 300 tahun sejak Isaac Newton datang dengan hukum gravitasi universal, terinspirasi, karena menurut cerita, dengan melihat buah apel jatuh dari pohon. Hari ini, tampak jelas bahwa gravitasi adalah kekuatan.

Sepertinya untuk kebanyakan orang bahwa gravitasi adalah kekuatan yang sangat penting, sangat kuat. Ini sangat sulit untuk bangun pagi, berdiri, dan ketika mereka melanggar hal-hal yang jatuh karena gravitasi yang kuat. Tetapi faktanya adalah bahwa itu tidak kuat. Ini, itu benar-benar sebuah kekuatan yang sangat lemah.

Gravitasi menarik kita ke bumi, dan terus Bumi kita di orbit mengelilingi matahari. Namun pada kenyataannya, kita mengatasi gaya gravitasi sepanjang waktu. Ini tidak sulit. Bahkan dengan gravitasi dari seluruh bumi ini menarik apel ke bawah, otot-otot di lengan saya dengan mudah dapat mengatasinya.

Dan bukan hanya otot-otot kita yang menempatkan gravitasi malu. Magnet bisa melakukannya juga, keringat tidak ada. Magnet membawa gaya yang berbeda, gaya elektromagnetik. Itu gaya yang sama di balik cahaya dan listrik. Ternyata elektromagnetisme yang jauh, lebih kuat dari gravitasi.

Gravity, dalam perbandingan, berukuran sangat lemah. Bagaimana lemah? Gaya elektromagnetik adalah beberapa ribu miliar, milyar, miliar, milyar kali lebih kuat. Itu satu dengan 39 nol mengikutinya.

Kelemahan gravitasi telah membingungkan para ilmuwan selama beberapa dekade. Tapi sekarang, dengan dunia radikal teori string, diisi dengan membran dan dimensi ekstra, ada cara baru untuk melihat masalah.

Salah satu cara untuk mendekati pertanyaan mengapa gravitasi sangat lemah dibandingkan dengan semua kekuatan lain, adalah untuk mengubah pertanyaan sepenuhnya pada kepalanya, dan berkata, “Tidak, sebenarnya gravitasi tidak sangat lemah. Dibandingkan semua kekuatan lain, itu hanya tampak lemah. ”

Mungkin gravitasi yang sebenarnya hanya sekuat elektromagnetisme, tetapi karena alasan tertentu, kita tidak bisa merasakan kekuatan.

Pertimbangkan meja biliar, meja biliar yang sangat besar. Pikirkan permukaan meja biliar sebagai mewakili alam semesta tiga-dimensi, meskipun hanya dua dimensi, dan berpikir dari bola bilyar sebagai mewakili atom dan partikel lain bahwa alam semesta terbuat dari.

Jadi, inilah ide liar: atom dan partikel yang membentuk hal-hal di dunia sekitar kita akan tetap pada membran khusus kami, kami seiris semesta seperti bola biliar akan tinggal di permukaan kolam meja-kecuali Anda seorang pemain biliar benar-benar buruk.

Tapi setiap kali bola bertumbukan, ada sesuatu yang selalu merembes dari meja, gelombang suara. Itu sebabnya aku bisa mendengar tumbukan. Sekarang, ide ini adalah bahwa mungkin gravitasi seperti gelombang suara, itu mungkin tidak terbatas pada membran kami. Ini mungkin bisa merembes dari bagian kita dari alam semesta.

Atau berpikir tentang hal ini dengan cara lain. Alih-alih meja biliar, mari kembali ke roti. Bayangkan bahwa alam semesta kita adalah seperti ini sepotong roti panggang. Dan itu kau dan aku, dan semua materi-cahaya itu sendiri, segala yang kita lihat-seperti jelly. Sekarang jelly dapat bergerak bebas pada permukaan roti, tetapi jika tidak, itu macet, tidak bisa meninggalkan permukaan itu sendiri.

ternyata bahwa teori string, atau M-teori, menyediakan jawaban. Semuanya harus dilakukan dengan bentuk.

Selama bertahun-tahun, kami berkonsentrasi pada string yang tertutup loop, seperti karet gelang. Tapi setelah M-teori, kita mengalihkan perhatian kita kepada jenis lain. Sekarang kita berpikir bahwa semua yang kita lihat di sekitar kita, seperti materi dan cahaya, terbuat dari string terbuka, dan ujung benang masing-masing terikat pada membran kami tiga-dimensi.

Tapi lingkaran tertutup string ada, dan satu jenis bertanggung jawab atas gravitasi. Ini disebut graviton. Dengan loop tertutup, tidak ada celah untuk mengikat ke bawah, sehingga gravitons bebas untuk melarikan diri ke dimensi lain, menipiskan kekuatan gravitasi dan membuatnya tampak lebih lemah dari kekuatan alam lainnya.

Hal ini menunjukkan sebuah kemungkinan menarik

Advertisements

Elegant Universe – String’s The Thing

June 10, 2010

Ini rahasia sedikit dikenal namun selama lebih dari setengah abad awan gelap telah menimpa ilmu pengetahuan modern. Inilah masalahnya: pemahaman kita tentang alam semesta didasarkan pada dua teori yang terpisah. Salah satunya adalah teori umum relativitas Einstein-itu adalah cara memahami hal-hal terbesar di alam semesta, hal-hal seperti bintang dan galaksi. Tapi hal-hal kecil di alam semesta, atom dan partikel sub-atomik, bermain dengan seperangkat peraturan yang berbeda sama sekali disebut, “mekanika kuantum.”

Kedua set peraturan masing-masing sangat akurat dalam domain sendiri tapi setiap kali kami mencoba untuk menggabungkan mereka, untuk memecahkan beberapa misteri terdalam di alam semesta, terjadi bencana.

Ambil awal alam semesta, “big bang”. Pada suatu saat kecil nugget meletus keras. Selama 14 miliar tahun depan alam semesta diperluas dan didinginkan ke bintang-bintang, galaksi dan planet kita lihat sekarang ini. Tetapi jika kita menjalankan film kosmik secara terbalik, semua yang sekarang buru-buru selain kembali bersama-sama, sehingga alam semesta semakin kecil, lebih panas dan lebih padat saat kembali ke awal waktu.

Satu set baru ide-ide yang disebut “teori string” mungkin dapat melakukannya. Dan jika benar, akan menjadi salah satu blockbuster terbesar dalam sejarah ilmu pengetahuan. Suatu hari, teori string mungkin dapat menjelaskan seluruh alam, dari bit terkecil dari materi ke terjauh alam semesta, dengan hanya menggunakan satu unsur tunggal: helai bergetar kecil energi yang disebut string.

Tapi sebelum kita bisa menemukan teori itu, kita perlu mengambil perjalanan yang fantastis untuk melihat mengapa dua set hukum kami telah saling bertentangan. Dan pemberhentian pertama dalam perjalanan aneh adalah wilayah objek yang sangat besar.

Untuk menggambarkan alam semesta dalam skala besar kita menggunakan satu set undang-undang, teori umum relativitas Einstein, dan itu teori karya gravitasi bagaimana. Relativitas umum gambar ruang sebagai semacam seperti trampolin, kain halus bahwa benda-benda berat seperti bintang dan planet-planet dapat warp dan meregang.

Sekarang, menurut teori, ini warps dan kurva menciptakan apa yang kita rasakan sebagai gravitasi. Artinya, tarik gravitasi yang membuat bumi di orbit mengelilingi matahari benar-benar tidak lebih dari planet kita mengikuti kurva dan kontur yang menciptakan matahari di kain spasial.

Tapi halus, lembut melengkung gambar ruang yang diramalkan oleh hukum relativitas umum bukan keseluruhan cerita. Untuk memahami alam semesta dalam skala yang sangat kecil, kita harus menggunakan seperangkat hukum kami yang lain, mekanika kuantum. Dan seperti yang akan kita lihat, mekanika kuantum memberikan gambaran ruang sangat drastis berbeda dari relativitas umum bahwa Anda akan berpikir mereka benar-benar menggambarkan dua dunia yang terpisah.

Untuk melihat konflik antara relativitas umum dan mekanika kuantum kita perlu cara mengecilkan, cara, cara turun dalam ukuran. Dan ketika kami meninggalkan dunia benda besar di belakang dan pendekatan alam mikroskopis, gambar akrab ruang di mana segala sesuatu berperilaku diduga mulai diganti oleh dunia dengan struktur yang jauh lebih tertentu.

Dan jika kita terus menyusut, dan mendapatkan miliaran miliar kali lebih kecil daripada bit terkecil dari materi-atom dan partikel-partikel kecil dalam diri mereka-hukum, sangat kecil mekanika kuantum, mengatakan bahwa kain ruang menjadi bergelombang dan kacau . Akhirnya kami mencapai dunia sehingga turbulen itu menentang akal sehat.

Di sini, ruang dan waktu sehingga geliat dan terdistorsi bahwa ide-ide konvensional kiri dan kanan, atas dan bawah, bahkan sebelum dan sesudah, rusak. Tidak ada cara untuk mengetahui dengan pasti bahwa aku di sini, atau di sini atau kedua tempat sekaligus. Atau mungkin aku tiba di sini sebelum aku tiba di sini.

Dalam dunia kuantum yang baru saja Anda tidak bisa pin semuanya turun. Ini adalah tempat yang secara inheren liar dan fanatik.

Ruang dan waktu yang diramalkan oleh mekanika kuantum adalah bertentangan langsung dengan model halus, teratur, geometrik ruang dan waktu yang dijelaskan oleh relativitas umum.

Jika kita dapat menemukan persamaan itu, bagaimana alam semesta benar-benar bekerja pada setiap waktu dan tempat akhirnya akan terungkap. Anda lihat, apa yang kita butuhkan adalah sebuah teori yang dapat mengatasi sangat kecil dan sangat besar, yang mencakup baik mekanika kuantum dan relativitas umum, dan tidak pernah rusak, pernah.

Bagi fisikawan, menemukan sebuah teori yang menyatukan relativitas umum dan mekanika kuantum Holy Grail, karena kerangka kerja yang akan memberi kita teori matematika tunggal yang menjelaskan semua kekuatan yang aturan alam semesta kita. Relativitas umum menggambarkan paling dikenal dari kekuatan-kekuatan: gravitasi. Tapi mekanika kuantum menggambarkan tiga gaya lain: gaya nuklir kuat yang bertanggung jawab untuk menempelkan proton dan neutron bersama-sama dalam atom; elektromagnetisme, yang menghasilkan cahaya, listrik dan daya tarik magnet, dan gaya nuklir lemah: itulah gaya yang bertanggung jawab untuk peluruhan radioaktif.

Albert Einstein menghabiskan 30 tahun terakhir hidupnya mencari cara untuk menggambarkan kekuatan alam dalam suatu teori tunggal, dan sekarang teori string dapat memenuhi impiannya untuk unifikasi.

Selama berabad-abad, para ilmuwan telah membayangkan bahan dasar alam-atom dan partikel-partikel kecil dalam diri mereka-seperti bola kecil atau poin. Tetapi teori string menyatakan bahwa di jantung setiap bit materi adalah kecil, alur bergetar energi disebut string. Dan generasi baru ilmuwan berpendapat string ini sangat kecil adalah kunci untuk menyatukan dunia yang besar dan dunia kecil dalam sebuah teori tunggal.
Selama sekitar 2.000 tahun, semua kita dasarnya fisika telah menggunakan … dasarnya kita sedang berbicara tentang bola bilyar. Gagasan tentang string adalah suatu pergeseran paradigma, karena bukan bola bilyar, Anda harus menggunakan sedikit untaian spaghetti.

Tapi tidak semua orang terpikat ini teori baru. Sejauh ini belum ada percobaan yang dirancang dapat membuktikan ini string kecil ada.

Ada fisikawan dan ada teori string.. Mereka akan menyangkal bahwa, ini teori string, tapi semacam fisika yang belum diuji, itu tidak membuat prediksi yang ada hubungannya dengan percobaan yang bisa dilakukan di laboratorium atau dengan pengamatan yang dapat dibuat dalam ruang atau dari teleskop. Dan aku dibesarkan untuk percaya, dan aku masih percaya, fisika yang merupakan ilmu eksperimental. Ini berkaitan dengan hasil untuk percobaan, atau dalam kasus astronomi, pengamatan.

Dari awal, banyak ilmuwan menganggap teori string terlalu jauh. Dan terus terang, cara yang aneh-teori berevolusi dalam serangkaian twists, berbalik dan kecelakaan-hanya membuatnya tampak lebih tidak mungkin.

Pada akhir 1960-an seorang fisikawan muda Italia, bernama Gabriele Veneziano, sedang mencari satu set persamaan yang akan menjelaskan gaya nuklir kuat, lem yang sangat kuat yang memegang inti atom setiap bersama mengikat proton neutron. Seperti ceritanya, ia terjadi pada buku berdebu tentang sejarah matematika, dan di dalamnya ia menemukan persamaan berusia 200 tahun, pertama ditulis oleh seorang ahli matematika Swiss, Leonhard Euler. Veneziano tercengang saat menemukan bahwa persamaan Euler, lama dianggap tak lebih dari sebuah rasa ingin tahu matematika, tampaknya untuk menggambarkan kekuatan yang kuat.

Namun ditemukan, persamaan Euler, yang secara ajaib menjelaskan gaya kuat, mengambil hidup sendiri. Ini adalah kelahiran teori string. Lulus dari kolega ke kolega, persamaan Euler berakhir di papan tulis di depan seorang fisikawan Amerika yang masih muda, Leonard Susskind.

Susskind mundur ke loteng untuk menyelidiki. Dia mengerti bahwa rumus kuno menggambarkan kekuatan yang kuat matematis, tetapi di bawah simbol abstrak ia sekilas melihat sesuatu yang baru.

Aku cukup yakin pada waktu itu bahwa aku adalah satu-satunya di dunia yang tahu ini.

Susskind menuliskan penemuannya memperkenalkan gagasan revolusioner string. Tapi sebelum korannya dapat diterbitkan itu harus ditinjau oleh panel ahli.

Sebagai Susskind tenggelam kesedihannya atas penolakan jauh ide luar nya, tampaknya teori string sudah mati.

Sementara itu, arus utama sains itu memeluk partikel sebagai titik, bukan string. Selama beberapa dekade, fisikawan telah menjelajahi perilaku partikel mikroskopis dengan menghancurkan mereka bersama-sama dengan kecepatan tinggi dan mempelajari orang-orang tabrakan. Dalam hujan partikel yang dihasilkan, mereka menemukan alam yang jauh lebih kaya daripada yang mereka pikir.

Sekali sebulan akan ada suatu penemuan partikel baru: Rho meson, partikel Omega, partikel B, partikel B1, B2 partikel, Phi, Omega … surat lebih digunakan daripada ada dalam huruf paling. Itu adalah ledakan penduduk partikel.

Dan di kebun binatang ini partikel baru, para ilmuwan tidak hanya menemukan blok bangunan penting. Membiarkan teori string dalam debu, fisikawan membuat prediksi mengejutkan dan aneh: bahwa kekuatan alam juga dapat dijelaskan dengan partikel.

Sekarang, ini adalah ide yang sangat aneh, tapi itu seperti menangkap permainan di mana pemain seperti saya dan saya adalah partikel dari materi. Dan bola yang kita lempar bolak-balik adalah partikel kekuatan. Ini disebut partikel pembawa pesan.

Misalnya, dalam kasus magnet, yang gaya elektromagnetik-bola-akan foton. Semakin partikel ini utusan atau foton yang dipertukarkan antara kita, semakin kuat daya tarik magnetis. Dan ilmuwan meramalkan bahwa itu pertukaran partikel ini messenger yang menciptakan apa yang kita rasakan sebagai kekuatan. Percobaan dikonfirmasi prediksi ini dengan penemuan partikel utusan untuk elektromagnetisme, gaya kuat dan gaya lemah.

Dan menggunakan partikel yang baru ditemukan ilmuwan mendekati mimpi Einstein menyatukan kekuatan. Fisikawan partikel beralasan bahwa jika kita memundurkan film kosmik untuk saat-saat sesaat setelah ledakan besar, sekitar 14 miliar tahun lalu ketika alam semesta triliunan derajat lebih panas, partikel utusan untuk elektromagnetisme dan gaya lemah akan dibedakan. Sama seperti batu es mencair ke dalam air di bawah terik matahari, penelitian menunjukkan bahwa ketika kita mundur dengan kondisi yang sangat panas Big Bang, gaya lemah dan elektromagnetik berbaur bersama-sama dan bersatu menjadi sebuah kekuatan yang bernama “elektrolemah itu.”

Dan fisikawan percaya bahwa jika Anda roll film kosmik kembali bahkan lebih lanjut, elektrolemah akan bersatu dengan kekuatan yang kuat dalam satu grand “kekuatan super.” Meskipun yang belum dibuktikan, mekanika kuantum mampu menjelaskan bagaimana tiga dari pasukan beroperasi pada tingkat sub-atomik.

Para penemu dari Model Standar, baik nama dan teori, adalah toast komunitas ilmiah, menerima Hadiah Nobel setelah Hadiah Nobel. Namun di balik gembar-gembor itu merupakan kelalaian melotot. Meskipun model standar menjelaskan tiga dari kekuatan yang memerintah dunia yang sangat kecil, tidak termasuk kekuatan yang paling akrab, gravitasi.

Dibayangi oleh Model Standar, teori string menjadi terpencil fisika.

Itu bukan diambil serius oleh banyak masyarakat, tetapi perintis awal teori string yakin bahwa mereka dapat realitas bau dan terus mengejar ide tersebut.

teori string awal memiliki sejumlah masalah. Satu adalah bahwa itu diperkirakan partikel yang kita tahu adalah unphysical. Ini apa yang disebut tachyon “,” sebuah partikel yang bergerak lebih cepat dari cahaya.

Ada penemuan bahwa teori ini memerlukan sepuluh dimensi, yang sangat mengganggu, tentu saja, karena jelas bahwa lebih dari ada.

itu partikel ini tak bermassa yang tidak terlihat dalam eksperimen.

Jadi teori ini tampaknya tidak masuk akal.

Pada tahun 1973, hanya sedikit fisikawan muda masih bergulat dengan persamaan jelas teori string. Salah satunya adalah John Schwarz, yang sedang sibuk mengatasi berbagai masalah teori string, di antaranya sebuah partikel tak bermassa misterius yang diramalkan oleh teori tetapi tidak pernah terlihat di alam, dan berbagai anomali atau inkonsistensi matematika.

Selama empat tahun, Schwarz mencoba tegar menjinakkan persamaan teori string, mengubah, menyesuaikan, menggabungkan dan mengkombinasikan mereka dengan cara yang berbeda. Tapi tidak ada yang berhasil. Di ambang meninggalkan teori string, Schwarz telah ilham: mungkin persamaan-temannya menggambarkan gravitasi. Tapi itu berarti mempertimbangkan kembali ukuran dari untaian kecil energi.

Dengan anggapan bahwa string seratus miliar miliar kali lebih kecil dari atom, salah satu kejahatan teori itu menjadi suatu kebajikan.

Partikel misterius John Schwarz telah berusaha menyingkirkan sekarang tampaknya graviton, partikel dicari panjang setelah percaya untuk mengirimkan gravitasi di tingkat kuantum.

teori String telah menghasilkan potongan dari teka-teki yang hilang dari model standar. Schwarz dikirimkan untuk publikasi terobosan baru teorinya menjelaskan bagaimana gravitasi bekerja di dunia sub-atomik.

Sekali lagi teori string jatuh di telinga tuli. Tapi Schwarz tidak akan mundur. Dia melihat sekilas Holy Grail. Jika string gravitasi dijelaskan pada tingkat kuantum, mereka harus menjadi kunci untuk pemersatu empat gaya. Dia bergabung dalam upaya ini dengan salah satu ilmuwan lainnya hanya bersedia mengambil risiko karirnya pada string, Michael Green.

Tapi untuk keyakinan Green untuk melunasi, ia dan Schwarz harus menghadapi kenyataan bahwa pada awal 1980-an, teori string masih memiliki kelemahan fatal dalam matematika dikenal sebagai “anomali.” Sebuah anomali hanya terdengar seperti apa. Ini sesuatu yang aneh atau tidak pada tempatnya, sesuatu yang bukan milik.

Sekarang seperti ini hanyalah anomali aneh. Tapi anomali matematika bisa mengeja azab untuk teori fisika. Mereka sedikit rumit, jadi di sini adalah contoh sederhana: katakan mari kita punya teori di mana kedua persamaan menggambarkan salah satu sifat fisik dari alam semesta kita. Sekarang jika saya memecahkan persamaan ini di sini, dan saya menemukan x = 1, dan jika aku memecahkan persamaan ini di sini dan menemukan x = 2, aku tahu teori saya anomali karena seharusnya hanya ada satu nilai untuk X. Kecuali saya dapat merevisi persamaan saya untuk mendapatkan nilai yang sama untuk X pada kedua belah pihak, teori itu sudah mati.

Pada awal 1980-an, teori string penuh dengan jenis matematis anomali seperti ini, meskipun persamaan yang lebih kompleks. Masa depan teori tergantung pada Ridding persamaan inkonsistensi ini fatal.

Setelah Schwarz dan Green memerangi anomali dalam teori string untuk lima tahun, pekerjaan mereka memuncak pada suatu malam di musim panas 1984.

Hebatnya semuanya direbus ke perhitungan tunggal. Di satu sisi papan tulis yang mereka punya 496. Dan jika mereka mendapat nomor yang sesuai di sisi lain akan membuktikan teori string bebas dari anomali.

Nomor-nomor yang cocok berarti teori itu bebas dari anomali. Dan memiliki kedalaman matematis untuk mencakup semua empat kekuatan.

Jadi tidak hanya diakui bahwa string bisa menjelaskan gravitasi tetapi bisa juga menggambarkan kekuatan lain. Jadi kita berbicara dalam hal unifikasi. Dan kami melihat ini sebagai kemungkinan mewujudkan mimpi bahwa Einstein telah menyatakan dalam tahun-tahun terakhirnya, penyatuan kekuatan yang berbeda dalam beberapa kerangka kerja yang lebih dalam.

kali ini reaksi itu meledak. Dalam waktu kurang dari setahun, jumlah teori string melompat dari hanya segelintir kepada ratusan.

Teori dawai adalah dibaptis “Teori Segalanya.”

Pada awal musim gugur 1984, saya datang ke sini, ke Oxford University, untuk memulai studi saya lulus dalam fisika. Beberapa minggu setelah itu, aku melihat poster untuk kuliah oleh Michael Green. Aku tidak tahu siapa dia, tapi, sekali lagi, saya benar-benar tidak tahu siapa orang itu. Tapi judul kuliah adalah sesuatu seperti “Teori Segalanya.” Jadi, bagaimana mungkin aku menolak?

Versi baru dari teori string elegan sepertinya mampu menggambarkan semua blok bangunan alam.

Begini caranya: dalam setiap butir pasir miliaran atom kecil. Setiap atom terbuat dari bit yang lebih kecil dari materi, elektron mengorbit inti terbuat dari proton dan neutron, yang terbuat dari bit yang lebih kecil dari materi yang disebut quark. Tetapi teori string mengatakan ini adalah bukan akhir baris. Itu membuat klaim mengejutkan bahwa partikel yang membentuk segala sesuatu di alam semesta terbuat dari bahan yang lebih kecil, helai menggeliat kecil energi yang terlihat seperti string. Masing-masing string yang terbayangkan kecil. Bahkan, jika atom diperbesar dengan ukuran tata surya, string hanya akan sebagai besar sebagai pohon!

Dan ini ide kunci. Sama seperti pola getaran frekuensi yang berbeda atau string cello tunggal menciptakan apa yang kita dengar sebagai catatan musik yang berbeda, cara-cara yang berbeda yang string bergetar memberikan sifat partikel mereka yang unik, seperti massa dan muatan. Misalnya, satu-satunya perbedaan antara partikel yang membentuk Anda dan saya dan partikel yang mengirimkan gravitasi dan kekuatan-kekuatan lainnya adalah cara ini string kecil bergetar.

Terdiri dari sejumlah besar string tersebut berosilasi, alam semesta dapat dianggap sebagai simfoni kosmik besar. Dan ide ini elegan menyelesaikan konflik antara gambar gelisah tak terduga kami ruang pada skala subatomik dan gambar yang halus kami ruang pada skala besar.

Ini adalah teori kuantum jitteriness versus kelembutan teori umum relativitas Einstein yang membuatnya begitu sulit untuk menjembatani dua, untuk menjahit mereka bersama-sama. Sekarang, apa teori string tidak, ia datang bersama dan pada dasarnya menenangkan kegugupan mekanika kuantum. Menyebar mereka mengambil berdasarkan ide lama dari suatu partikel titik dan menyebar keluar ke dalam string. Jadi perilaku gelisah ada, tapi hanya cukup kurang kekerasan yang teori kuantum dan relativitas umum bersama-sama menjahit sempurna dalam kerangka ini.

Ini merupakan kemenangan matematika. Dengan apa-apa kecuali untaian ini bergetar kecil energi, teori string mengklaim memenuhi impian Einstein menyatukan semua kekuatan dan semua materi.

Tapi ini teori baru yang radikal mengandung celah dalam lapis baja.

percobaan ada yang bisa memeriksa apa yang terjadi pada jarak yang sedang dipelajari. observasi Tidak dapat berhubungan dengan jarak tersebut kecil atau energi tinggi. Artinya, tidak ada percobaan yang bisa dilakukan, atau apakah ada pengamatan yang bisa dilakukan, yang akan berkata, “Kalian salah.” Teori ini aman, aman secara permanen.

Membuat string teori lebih keras untuk membuktikan, adalah bahwa, dalam rangka untuk bekerja, kompleks membutuhkan persamaan sesuatu yang terdengar seperti itu langsung keluar dari fiksi ilmiah: ekstra dimensi ruang.

Untuk dianggap serius, teori string harus menjelaskan bagaimana ini prediksi aneh mungkin benar. Dan mereka mengklaim bahwa gagasan jauh dari dimensi ekstra mungkin lebih turun ke bumi dari Anda akan berpikir.

Mari kutunjukkan apa yang saya maksud. Aku pergi untuk melihat seorang pria yang adalah salah satu orang pertama yang berpikir tentang ide ini aneh. Aku harus menemuinya di 04:00 di apartemennya di Fifth Avenue dan 93 Street, di lantai dua. Sekarang, untuk bisa sampai ke pertemuan ini, saya perlu empat potongan informasi: satu untuk masing-masing dari tiga dimensi ruang-sebuah jalan, sebuah jalan dan nomor lantai dan satu lagi untuk waktu, dimensi keempat. Anda dapat berpikir tentang ini sebagai empat dimensi pengalaman umum: kiri-kanan, back-mandir, naik-turun dan waktu.

Ternyata, gagasan aneh bahwa ada dimensi tambahan kembali membentang hampir satu abad. Kemampuan kita bahwa kita hidup di alam semesta tiga dimensi ruang benar-benar tampaknya diragukan. Tapi pada 1919, Theodor Kaluza, seorang matematikawan Jerman hampir tidak dikenal, memiliki keberanian untuk menantang jelas. Dia menyarankan bahwa mungkin, mungkin saja, alam semesta kita memiliki satu dimensi lagi yang untuk beberapa alasan kita tidak bisa melihat.

Anda lihat, Kaluza mengirim ide tentang sebuah dimensi ruang tambahan untuk Albert Einstein. Dan meskipun Einstein awalnya antusias, ia kemudian tampak goyah, dan selama dua tahun mengangkat publikasi kertas Kaluza’s. Akhirnya, kertas Kaluza itu diterbitkan-setelah Einstein memutuskan dimensi ekstra cangkir teh.

Inilah gagasan itu. Pada 1916, Einstein menunjukkan bahwa gravitasi hanyalah warps dan riak dalam empat dimensi akrab ruang dan waktu. Hanya tiga tahun kemudian, Kaluza mengusulkan agar elektromagnetisme juga mungkin riak. Tapi bagi yang benar, Kaluza membutuhkan tempat bagi mereka riak terjadi. Jadi Kaluza dimensi tersembunyi mengusulkan tambahan ruang.

Tapi kalau Kaluza benar, di mana dimensi ekstra? Dan apa yang akan terlihat seperti dimensi ekstra? Bisakah kita bahkan membayangkan mereka? Yah, bangunan atas kerja Kaluza itu, fisikawan Swedia Oskar Klein menyarankan jawaban yang tidak biasa.

Lihatlah kabel pendukung yang lampu lalu lintas. Dari jauh aku tidak bisa melihat bahwa mereka memiliki ketebalan apapun. Masing-masing tampak seperti sesuatu-line dengan hanya satu dimensi saja.

Tapi anggaplah kita bisa menjelajahi salah satu kabel cara dekat, seperti dari sudut pandang semut. Sekarang dimensi kedua yang membungkus kabel menjadi terlihat. Dari titik pandang, semut dapat bergerak maju dan mundur, dan juga bisa bergerak searah jarum jam dan berlawanan.

Jadi dimensi bisa datang dalam dua varietas. Mereka bisa panjang dan membentangkan seperti panjang kabel, tetapi mereka juga dapat kecil dan meringkuk seperti arah melingkar yang membungkus di sekitarnya.

Kaluza dan Klein membuat saran liar bahwa struktur alam semesta kita mungkin jenis seperti permukaan kabel, yang memiliki keduanya dimensi diperpanjang besar, tiga yang kita tahu tentang, tetapi juga kecil, meringkuk dimensi, meringkuk sangat kecil- milyaran kali lebih kecil daripada satu atom-bahwa kita tidak bisa melihat mereka. Dan persepsi kita bahwa kita hidup di alam semesta dengan tiga dimensi spasial mungkin tidak benar setelah semua. Kami benar-benar dapat tinggal di alam semesta dengan lebih dari memenuhi dimensi mata.

Jadi apa yang akan dimensi-dimensi ekstra seperti? Kaluza dan Klein mengusulkan bahwa jika kita bisa menyusut milyaran kali, kita akan menemukan satu tambahan kecil, meringkuk dimensi yang terletak di setiap titik dalam ruang. Dan persis seperti semut dapat menjelajahi dimensi lingkaran yang membungkus di sekitar kabel lampu lalu lintas, dalam teori semut yang miliaran kali lebih kecil juga bisa menjelajahi kecil, meringkuk, dimensi melingkar.

Ide bahwa ada ekstra dimensi di sekitar kita terletak di jantung teori string. Bahkan permintaan matematika teori string tidak satu, tetapi enam dimensi ekstra, memutar dan meringkuk menjadi bentuk kecil yang kompleks yang mungkin terlihat seperti ini.

Jika teori string benar kita harus mengakui bahwa ada dimensi yang benar-benar lebih di luar sana, dan aku menemukan bahwa benar-benar mengejutkan.

Ketika kita berbicara dimensi tentang tambahan yang kita harfiah berarti dimensi tambahan ruang yang sama dengan dimensi ruang yang kita lihat di sekitar kita. Dan satu-satunya perbedaan antara mereka ada hubungannya dengan bentuknya.

Tapi bagaimana mungkin dimensi-dimensi tambahan kecil, meringkuk dalam bentuk aneh seperti itu, memiliki dampak pada dunia kita sehari-hari? Nah, menurut teori string, bentuk adalah segalanya.

Karena bentuknya, klakson Perancis dapat menghasilkan puluhan catatan berbeda. Bila Anda menekan salah satu tombol Anda mengubah catatan, karena Anda mengubah bentuk ruang didalamnya tanduk di mana udara beresonansi. Dan kami pikir meringkuk dimensi spasial dalam teori string bekerja dengan cara yang sama.

Jika kita bisa menyusut cukup kecil untuk terbang ke salah satu dari enam bentuk dimensi kecil yang diramalkan oleh teori string kita akan melihat bagaimana dimensi ekstra twisted dan meringkuk kembali satu sama lain, mempengaruhi bagaimana string, dengan bahan dasar alam semesta kita, bergerak dan bergetar. Dan ini bisa menjadi kunci untuk memecahkan salah satu misteri alam yang paling mendalam.

Anda lihat, alam semesta kita adalah jenis seperti mesin tersetel. Para ilmuwan telah menemukan bahwa ada 20 angka, 20 konstanta fundamental alam semesta yang memberikan karakteristik kita lihat sekarang ini. Ini adalah angka seperti berapa banyak elektron berat, kekuatan gravitasi, gaya elektromagnetik dan gaya-gaya kuat dan lemah. Sekarang, selama kita mengatur cepat pada mesin alam semesta kita untuk secara tepat nilai-nilai yang tepat untuk masing-masing 20 nomor, mesin menghasilkan alam semesta yang kita kenal dan cinta.

Tapi kalau kita mengubah angka dengan menyesuaikan pengaturan pada mesin ini bahkan sedikit … konsekuensi yang dramatis.

Sebagai contoh, jika saya meningkatkan kekuatan dari gaya elektromagnetik, atom saling menolak satu lainnya lebih kuat, sehingga tanur nuklir yang membuat bintang bersinar rusak. Bintang-bintang, termasuk matahari kita, menguap, dan alam semesta seperti yang kita tahu menghilang.

Jadi apa yang tepat, di alam, set nilai-nilai ini adalah 20 konstanta begitu tepat? Yah jawabannya bisa menjadi dimensi ekstra dalam teori string. Artinya, kecil, meringkuk, bentuk enam-dimensi yang diramalkan oleh teori penyebab satu string bergetar persis cara yang tepat untuk menghasilkan apa yang kita lihat sebagai sebuah foton dan string lain untuk bergetar dengan cara yang berbeda menghasilkan elektron. Jadi menurut teori string, bentuk-bentuk ekstra-dimensi sangat kecil benar-benar dapat menentukan semua konstanta alam, menjaga simfoni kosmik string selaras.

Pada pertengahan 1980-an, teori string tampak tak terbendung, tetapi di balik layar teori itu dalam kusut. Selama bertahun-tahun, teori string begitu sukses bahwa mereka telah dibangun tidak satu, tapi lima versi yang berbeda dari teori. Setiap dibangun pada string dan dimensi ekstra, namun secara rinci, kelima teori tidak selaras. Dalam beberapa versi, string terbuka-berakhir untai. Di lain mereka loop tertutup. Pada pandangan pertama, beberapa versi bahkan diperlukan 26 dimensi. Semua lima versi muncul sama berlaku, tapi yang satu itu menggambarkan alam semesta kita?

Semacam ini memalukan bagi teori string karena di satu sisi, kami ingin mengatakan bahwa ini mungkin itu, deskripsi akhir alam semesta. Tapi kemudian, dalam napas berikutnya kami harus mengatakan, “Dan ia datang dalam lima rasa, lima variasi.” Sekarang ada satu alam semesta yang Anda harapkan ada menjadi salah satu teori dan lima tidak. Jadi ini adalah contoh di mana lebih jelas kurang.

Teori dawai tampaknya akan kehilangan uap sekali lagi. Dan frustrasi dengan kurangnya kemajuan, fisikawan yang mengabaikan lapangan.

Elegant Universe – Einstein’s Dream

June 10, 2010

Lima puluh tahun yang lalu, rumah ini adalah tempat salah satu misteri terbesar dari ilmu pengetahuan modern, sebuah misteri begitu mendalam bahwa hari ini ribuan ilmuwan masih mencoba memecahkan.
Albert Einstein menghabiskan dua dekade terakhir di rumah sederhana di Princeton, New Jersey. Dan di lantai dua studi Einstein tanpa henti mencari teori tunggal begitu kuat itu akan menjelaskan semua cara kerja alam semesta. Bahkan saat ia mendekati akhir hidupnya Einstein terus memegang catatannya, mencoba dengan persamaan untuk mengetahui apa yang akan dikenal sebagai “Teori Segalanya.”
Sekarang, hampir setengah abad kemudian, tujuan Einstein menggabungkan semua hukum alam semesta dalam satu, semua yang mencakup teori telah menjadi Holy Grail fisika modern. Dan kita berpikir kita mungkin akhirnya mencapai mimpi Einstein dengan yang baru dan ide-ide radikal yang disebut “teori string.”
Tapi kalau ini teori revolusioner yang benar, kita cukup mengejutkan. String teori mengatakan bahwa kita mungkin saja hidup di alam semesta mana realitas memenuhi fiksi ilmiah-alam semesta dimensi sebelas dengan alam semesta parallel sebelah kanan pintu alam semesta elegan terdiri sepenuhnya dari musik string.
Tapi untuk semua ambisinya, gagasan dasar dari teori string adalah mengherankan sederhana.
Tensor Ricci, Tidak peduli seberapa keras Anda mencoba, Anda tidak dapat mengajar fisika untuk anjing. Otak mereka memang tidak bisa untuk memahaminya.
Unifikasi akan menyusun suatu hukum yang menjelaskan, mungkin, segala sesuatu di alam semesta dari satu ide tunggal, satu persamaan master. Dan kita berpikir bahwa mungkin ada persamaan master, karena seluruh program dari 200 tahun terakhir ini, pemahaman kita tentang alam semesta telah memberi kita berbagai penjelasan yang semuanya menunjuk ke satu tempat. Mereka tampaknya semua akan berkumpul di satu bongkah ide bahwa kita masih berusaha mencari.
Unifikasi adalah tempatnya. Unifikasi adalah apa yang kita capai. Tujuan seluruh fisika fundamental adalah untuk melihat semakin banyak fenomena di dunia dalam hal prinsip lebih sedikit dan lebih sedikit dan sederhana dan sederhana.
Ada hampir satu aspek emosional untuk jalan di mana teori-teori besar dalam fisika semacam mencakup berbagai fenomena fisik tampaknya berbeda. Jadi gagasan bahwa kita harus bertujuan untuk menyatukan pemahaman kita melekat, pada dasarnya, dengan cara keseluruhan yang semacam ini kemajuan ilmu pengetahuan.
Dan jauh sebelum Einstein, pencarian dimulai dengan penyatuan kecelakaan paling terkenal dalam sejarah ilmu pengetahuan. Seperti ceritanya, suatu hari pada tahun 1665, seorang pemuda sedang duduk di bawah pohon ketika, tiba-tiba, ia melihat apel jatuh dari atas. Dan dengan jatuhnya apel itu, Isaac Newton merevolusi gambaran kita tentang alam semesta.
Dalam proposal berani untuk waktunya, Newton menyatakan bahwa gaya menarik apel untuk tanah dan kekuatan menjaga bulan di orbit mengelilingi bumi benar-benar satu dan sama. Dalam satu gerakan, Newton menyatukan langit dan bumi dalam sebuah teori tunggal yang disebut gravitasi.
Penyatuan dari langit dengan-terestrial bahwa hukum sama yang mengatur planet-planet dalam gerakan mereka mengatur pasang surut dan jatuh buah di bumi ini-itu perpaduan fantastis dari gambar kita tentang alam.
Gravitasi adalah kekuatan pertama yang dipahami secara ilmiah, meskipun akhirnya tiga lagi akan menyusul. Dan, meskipun Newton menemukan hukum gravitasi nya lebih dari 300 tahun yang lalu, persamaan nya menggambarkan gaya ini membuat prediksi yang akurat seperti yang kita masih menggunakan mereka hari ini. Dalam kenyataannya dibutuhkan ilmuwan tak lebih dari persamaan Newton untuk plot perjalanan sebuah roket yang mendarat di bulan orang.
Namun ada masalah. Sementara hukum itu menggambarkan kekuatan gravitasi dengan sangat teliti, Newton menyimpan sebuah rahasia memalukan: dia tidak tahu bagaimana gravitasi benar-benar bekerja.
Selama hampir 250 tahun, para ilmuwan puas dengan melihat ke arah lain ketika berhadapan dengan misteri ini. Tetapi di awal 1900-an, seorang petugas yang tidak diketahui bekerja di kantor paten Swiss akan mengubah semua itu. Ketika meninjau aplikasi paten, Albert Einstein juga merenungkan perilaku cahaya. Dan tidak sedikit Einstein tahu bahwa renungan di atas cahaya akan menyebabkan ia untuk memecahkan misteri Newton tentang apa gravitasi.
Pada usia 26, Einstein membuat sebuah penemuan mengejutkan: bahwa kecepatan cahaya adalah semacam batas kecepatan kosmis, sebuah kecepatan yang tidak ada di alam semesta dapat melebihi.
Masalahnya adalah, ide yang tidak bisa pergi lebih cepat dari kecepatan cahaya terbang di hadapan gambar gravitasi Newton. Untuk memahami konflik ini, kita harus menjalankan beberapa percobaan. Dan untuk mulai dengan, mari kita ciptakan sebuah bencana kosmik.
Bayangkan bahwa semua tiba-tiba, dan tanpa peringatan apapun, menguap matahari dan benar-benar menghilang. replay Sekarang, mari kita bahwa bencana dan melihat apa efeknya akan di planet menurut Newton.
Teori Newton memprediksi bahwa dengan kehancuran matahari, planet-planet akan segera terbang keluar dari orbitnya meluncur ke angkasa. Dengan kata lain, Newton berpikir bahwa gravitasi merupakan kekuatan yang bertindak cepat di seluruh jarak. Dan jadi kita segera akan merasakan efek kehancuran matahari.
Tapi Einstein melihat masalah besar dengan teori Newton, masalah yang muncul dari karyanya dengan cahaya. Einstein tahu perjalanan cahaya tidak instan. Bahkan, dibutuhkan delapan menit untuk sinar matahari untuk perjalanan 93 juta mil ke bumi.
Kemenangan persamaan Newton berasal dari upaya untuk memahami planet-planet dan bintang-bintang, dan terutama masalah mengapa planet memiliki orbit yang mereka lakukan. Dan dengan persamaan Newton Anda bisa menghitung cara bahwa planet akan bergerak. Einstein punya untuk menyelesaikan dilema ini.
Pada akhir dua puluhan, Einstein harus datang dengan gambar baru alam semesta yang berat tidak melebihi batas kecepatan kosmis. Hari kerja masih bekerja di kantor paten, Einstein memulai sebuah pencarian tunggal untuk memecahkan misteri ini. Setelah hampir sepuluh tahun, ia menemukan jawabannya dalam jenis baru unifikasi.
Einstein datang untuk memikirkan tiga dimensi ruang dan satu dimensi waktu sebagai diikat bersama dalam kain tunggal “ruang-waktu.” Ini adalah harapan bahwa dengan memahami geometri dari kain empat-dimensi ruang-waktu, bahwa ia hanya bisa berbicara tentang hal-hal yang bergerak di sepanjang permukaan kain ini ruang-waktu.
Seperti permukaan trampolin, ini adalah kesatuan kain melengkung dan menggeliat dengan benda berat seperti planet dan bintang-bintang. Dan ini warping atau melengkung ruang-waktu yang menciptakan apa yang kita rasakan sebagai gravitasi.
Planet seperti bumi disimpan di orbit, bukan karena matahari mencapai keluar dan seketika itu menyambar terus, seperti dalam teori Newton, tetapi hanya karena mengikuti kurva dalam kain spasial yang disebabkan oleh kehadiran matahari. Jadi, dengan pemahaman baru tentang gravitasi, mari kita memutarkan lagi bencana kosmik. Mari kita lihat apa yang terjadi sekarang jika matahari menghilang.
Gangguan gravitasi yang dihasilkan akan membentuk gelombang yang bergerak di kain spasial dalam banyak cara yang sama bahwa kerikil yang dijatuhkan ke dalam kolam membuat riak yang berjalan di permukaan air. Jadi kita tidak akan merasakan perubahan dalam orbit kita mengelilingi matahari sampai gelombang ini mencapai bumi.
Terlebih lagi, Einstein dihitung bahwa riak perjalanan tepat gravitasi kecepatan cahaya. Jadi, dengan pendekatan baru ini, Einstein memecahkan konflik dengan Newton atas bagaimana perjalanan cepat gravitasi.
Einstein menyebut gambar baru gravitasi “Relativitas Umum,” dan dalam beberapa tahun Albert Einstein menjadi ternama.
Einstein seperti batu bintang pada zamannya. Dia adalah salah satu yang paling dikenal luas dan hidup tokoh dikenali. Dia dan mungkin Charlie Chaplin adalah raja memerintah media populer.
Orang-orang mengikuti pekerjaannya. Dan mereka mengantisipasi … karena hal indah yang telah dia lakukan dengan relativitas umum, ini membentuk kembali hukum gravitasi dari kepalanya … ada pikir dia bisa melakukannya lagi, dan mereka, kau tahu, orang ingin berada dalam pada itu.
Meskipun semua yang telah dicapai Einstein tidak puas. Dia segera memusatkan pada tujuan bahkan lebih besar, penyatuan gambar baru tentang gravitasi dengan gaya lain hanya dikenal pada saat itu, elektromagnetisme.
Sekarang elektromagnetisme adalah kekuatan yang telah bersatu itu sendiri hanya beberapa dekade sebelumnya. Pada pertengahan 1800-an, listrik dan magnet yang memicu minat para ilmuwan ‘. Kedua gaya tampak untuk berbagi hubungan aneh yang seperti Samuel Morse penemu adalah mengambil keuntungan dari dalam perangkat bermodel baru, seperti telegraf.
Sebuah pulsa listrik dikirim melalui kawat telegraf ke ribuan mil jauhnya magnet menghasilkan titik akrab dan strip dari kode Morse yang memungkinkan pesan yang akan dikirim di seluruh benua dalam sepersekian detik. Meskipun telegraf merupakan sensasi, ilmu dasar mengemudi itu tetap sesuatu yang misteri.
Tetapi untuk seorang ilmuwan Skotlandia bernama James Clark Maxwell, hubungan antara listrik dan magnet begitu jelas di alam yang menuntut unifikasi.
Jika Anda pernah berada di puncak gunung selama badai, Anda akan mendapatkan gagasan tentang bagaimana listrik dan magnet yang erat kaitannya. Ketika aliran arus partikel bermuatan listrik, seperti di petir, hal tersebut menciptakan medan magnet. Dan Anda dapat melihat bukti ini di kompas.
Terobsesi dengan hubungan ini, Skotlandia bertekad untuk menjelaskan hubungan antara listrik dan magnet dalam bahasa matematika. Casting cahaya baru pada subjek, Maxwell menyusun satu set dari empat persamaan matematika terpadu elegan bahwa listrik dan magnet dalam gaya tunggal yang disebut “elektromagnetisme.” Dan seperti Isaac Newton depannya, unifikasi Maxwell mengambil ilmu pengetahuan selangkah lebih dekat untuk retak kode dari alam semesta.
Itu benar-benar hal yang luar biasa, bahwa fenomena yang berbeda benar-benar terhubung dengan cara ini. Dan contoh lain dari fenomena beragam yang berasal dari sebuah blok bangunan tunggal yang mendasari atau prinsip dasar tunggal.
Einstein berpikir bahwa ini adalah salah satu momen kemenangan dari semua fisika dan dikagumi Maxwell sangat untuk apa yang telah dilakukannya.
Sekitar 50 tahun setelah Maxwell unified listrik dan magnet, Einstein yakin bahwa kalau dia bisa menyatukan teori baru tentang gravitasi dengan elektromagnetisme Maxwell, ia akan mampu merumuskan persamaan master yang bisa menjelaskan segala sesuatu, seluruh alam semesta.
Einstein jelas berpendapat bahwa alam semesta memiliki pola keseluruhan besar dan indah cara kerjanya.
Saat ini, ini tujuan dari teori string adalah: untuk menyatukan pemahaman kita tentang segala sesuatu dari kelahiran alam semesta ke galaksi berputar keagungan hanya dalam satu set prinsip, satu persamaan master. Newton telah menyatukan langit dan bumi dalam teori gravitasi. Maxwell telah bersatu listrik dan magnet. Einstein beralasan semua orang yang masih membangun “Teori Segalanya”-sebuah teori tunggal yang bisa mencakup semua hukum alam semesta-adalah untuk menggabungkan foto baru tentang gravitasi dengan elektromagnetisme.
Dia jelas memiliki motivasi. Mungkin salah satu dari mereka mungkin telah estetika memiliki, atau ini untuk mempermudah pencarian. Satu lagi mungkin hanya fakta fisik yang tampaknya seperti kecepatan gravitasi adalah sama dengan kecepatan cahaya. Jadi, jika mereka berdua pergi dengan kecepatan yang sama, maka mungkin itu indikasi dari beberapa simetri yang mendasarinya.
Tapi seperti Einstein mulai mencoba untuk menyatukan gravitasi dan elektromagnetisme ia akan menemukan bahwa perbedaan dalam kekuatan antara dua kekuatan ini akan lebih besar daripada persamaan mereka.
Mari kutunjukkan apa yang saya maksud. Kita cenderung berpikir bahwa gravitasi adalah kekuatan. Lagi pula, itu gaya yang, sekarang, adalah penahan saya untuk langkan ini. Tapi dibandingkan dengan elektromagnetisme, itu sebenarnya sangat lemah. Bahkan, ada tes kecil sederhana untuk menunjukkan ini. Bayangkan bahwa aku melompat dari gedung ini agak tinggi. Sebenarnya, kita tidak hanya membayangkannya. Mari kita lakukan. Anda akan melihat apa yang saya maksud.
Sekarang, tentu saja, aku benar-benar harus sudah diratakan. Tetapi pertanyaan penting adalah: apa yang membuat saya dari menabrak trotoar dan meluncur sampai ke pusat bumi? Yah, kedengarannya aneh, jawabannya adalah elektromagnetisme.
Segala sesuatu yang kita lihat, dari Anda dan saya untuk trotoar, terbuat dari potongan-potongan kecil materi yang disebut atom. Dan kulit terluar setiap atom memiliki muatan listrik negatif. Jadi, ketika atom saya bertabrakan dengan atom dalam semen ini muatan listrik saling tolak dengan kekuatan seperti itu hanya bagian kecil dari trotoar dapat menahan gravitasi seluruh bumi dan menghentikan saya dari jatuh. Bahkan gaya elektromagnetik adalah miliaran dan miliaran kali lebih kuat dari gravitasi.
Yang tampaknya sedikit aneh, karena gravitasi terus kaki kami ke tanah, itu terus terjadi bumi mengelilingi matahari. Namun, dalam kenyataannya, itu berhasil melakukan itu hanya karena bekerja pada konglomerat besar besar materi, kau tahu-kau, aku, bumi, matahari-tapi benar-benar pada tingkat atom individu, gravitasi adalah benar-benar sangat lemah kekuatan kecil.
Ini akan menjadi perjuangan berat bagi Einstein untuk menyatukan kedua kekuatan kekuatan yang sangat berbeda. Dan untuk membuat hal-hal buruk, hampir tidak ia menyapu mulai sebelum perubahan dalam dunia fisika akan meninggalkan di belakang.
Einstein telah mencapai begitu banyak dalam tahun-tahun sampai sekitar tahun 1920, bahwa ia alami diharapkan bahwa ia bisa terus dengan memainkan game teoretis yang sama dan terus mencapai hal-hal besar. Dan ia tidak bisa. Alam menyatakan dirinya sendiri dengan cara lain pada 1920-an dan 1930-an, dan trik tertentu dan alat-alat yang Einstein yang dimilikinya telah begitu sukses luar biasa, hanya tidak berlaku lagi.
Anda lihat, pada tahun 1920 sekelompok ilmuwan muda mencuri sorotan dari Einstein ketika mereka datang dengan cara yang aneh baru berpikir tentang fisika.
Visi mereka alam semesta itu begitu aneh, itu membuat fiksi ilmiah tampak jinak, dan ternyata pencarian Einstein untuk penyatuan di atas kepalanya. Dipimpin oleh fisikawan Denmark Niels Bohr, para ilmuwan telah mengungkap sebuah dunia yang sama sekali baru alam semesta.
Atom, lama dianggap sebagai unsur terkecil dari alam, ternyata terdiri dari partikel lebih kecil bahkan: inti sekarang-akrab dari proton dan neutron dikelilingi oleh elektron. Dan teori Einstein dan Maxwell tidak berguna di menjelaskan cara aneh bit-bit kecil dari materi berinteraksi satu sama lain di dalam atom.
Ada misteri besar tentang bagaimana ke account untuk semua ini, bagaimana menjelaskan apa yang terjadi pada inti sebagai atom mulai membongkar terpisah dengan cara yang berbeda. Dan teori-teori lama sama sekali tidak cukup untuk menjelaskan tugas mereka. Gravitasi tidak relevan. Hal itu terlalu lemah. Dan listrik dan magnet tidak cukup.
Tanpa teori untuk menjelaskan ini dunia baru yang aneh, para ilmuwan ini hilang di wilayah atom asing mencari apapun landmark dikenali.
Kemudian, pada akhir tahun 1920, semua itu berubah. Selama tahun-tahun, fisikawan mengembangkan teori baru yang disebut “mekanika kuantum,” dan ia dapat menggambarkan alam mikroskopis dengan sukses besar. Tapi ada satu hal: mekanika kuantum begitu radikal teori yang benar-benar hancur semua cara sebelumnya dalam memandang alam semesta.
Teori Einstein bahwa alam semesta ini teratur dan dapat diprediksi, tetapi Niels Bohr tidak setuju. Dia dan rekan-rekannya menyatakan bahwa pada skala atom dan partikel, dunia adalah permainan kesempatan. Pada tingkat atom atau kuantum, ketidakpastian aturan. Yang terbaik yang dapat Anda lakukan, menurut mekanika kuantum, adalah memprediksi peluang atau probabilitas dari satu hasil atau yang lain. Dan ide ini aneh membuka pintu ke foto baru meresahkan realitas.
Ini sangat meresahkan bahwa jika fitur aneh mekanika kuantum yang nyata dalam dunia kita sehari-hari, seperti mereka di sini di Café Quantum, Anda mungkin berpikir Anda akan kehilangan pikiran Anda.
Hukum di dunia kuantum sangat berbeda dari hukum-hukum yang kami digunakan untuk. pengalaman sehari-hari kami sangat berbeda dari apa yang akan Anda lihat di dunia kuantum. kuantum Dunia gila. Mungkin cara terbaik untuk menaruh itu: itu adalah dunia gila.
Selama hampir 80 tahun, mekanika kuantum telah berhasil mengklaim bahwa aneh dan aneh yang khas tentang bagaimana alam semesta kita benar-benar berperilaku pada skala yang sangat kecil. Pada skala kehidupan sehari-hari, kita tidak langsung mengalami keanehan mekanika kuantum. Tapi di sini di Café Quantum, besar, hal sehari-hari kadang-kadang bersikap seolah-olah mereka mikroskopis kecil. Dan tidak peduli berapa kali aku datang ke sini, sepertinya aku tidak pernah bisa digunakan untuk itu.
Aku akan memiliki jus jeruk, silakan.
Aku akan mencoba.
“Aku akan coba,” katanya. Anda lihat, mereka tidak digunakan untuk orang menempatkan perintah tertentu di Café Quantum, karena di sini semuanya sudah diatur oleh kebetulan. Sementara aku seperti jus jeruk, hanya ada kemungkinan tertentu yang saya benar-benar akan mendapatkan satu.
Dan tidak ada alasan untuk kecewa dengan salah satu hasil tertentu atau yang lain, karena mekanika kuantum menunjukkan bahwa setiap kemungkinan seperti mendapatkan jus kuning atau merah jus dapat benar-benar terjadi. Mereka hanya terjadi terjadi di alam semesta yang sejajar dengan kita, alam semesta yang tampaknya nyata untuk penduduk mereka sebagai alam semesta kita tampaknya kita.
Jika ada seribu kemungkinan, dan mekanika kuantum tidak bisa, dengan kepastian, mengatakan yang mana dari ribuan akan, maka semua ribu akan terjadi. Dan bahkan di alam semesta kita sendiri, mekanika kuantum mengatakan ada kemungkinan bahwa hal-hal yang biasanya kami anggap sebagai tidak mungkin benar-benar dapat terjadi. Sebagai contoh, ada kemungkinan bahwa partikel dapat melewati menembus dinding atau hambatan yang tampaknya tak tertembus kepada Anda atau saya. Bahkan ada kemungkinan bahwa aku bisa melewati sesuatu yang kokoh, seperti dinding. Sekarang, perhitungan kuantum lakukan menunjukkan bahwa probabilitas untuk terjadi di dunia sehari-hari sangat kecil bahwa aku harus terus berjalan ke dinding selama hampir seabad sebelum memiliki kesempatan yang masuk akal untuk berhasil. Tapi di sini, hal-hal seperti terjadi setiap waktu.
Anda harus belajar untuk meninggalkan asumsi-asumsi yang Anda miliki tentang dunia untuk memahami mekanika kuantum. Einstein tidak pernah kehilangan kepercayaan bahwa alam semesta berperilaku dengan cara tertentu dan dapat diprediksi. Gagasan bahwa semua bisa kita lakukan adalah menghitung kemungkinan bahwa hal-hal yang akan menjadi satu atau cara lain adalah sesuatu yang sangat ditentang Einstein.
Mekanika kuantum mengatakan bahwa Anda tidak dapat mengetahui dengan pasti hasil percobaan apapun, Anda hanya dapat menetapkan probabilitas tertentu hasil percobaan apapun. Dan ini, Einstein tidak menyukai intens. Dia sering mengatakan “Tuhan tidak melemparkan dadu.”
Namun, percobaan setelah percobaan menunjukkan Einstein salah dan bahwa mekanika kuantum benar-benar menggambarkan bagaimana dunia bekerja pada tingkat sub-atomik.

Mekanika kuantum adalah fantastis akurat. Tidak pernah ada prediksi mekanika kuantum yang bertentangan observasi, tidak pernah.
Pada tahun 1930-an, pencarian Einstein untuk penyatuan itu mengalami kesulitan, sedangkan mekanika kuantum sedang membuka rahasia atom. Para ilmuwan menemukan bahwa gravitasi dan elektromagnetisme tidak hanya kekuatan penguasa alam semesta. Menyelidiki struktur atom, mereka menemukan dua kekuatan lebih.
Satu, disebut “gaya nuklir kuat,” bertindak seperti lem super, memegang inti atom setiap bersama, mengikat proton neutron. Dan yang lainnya, yang disebut “gaya nuklir lemah,” memungkinkan neutron berubah menjadi proton, memancarkan radiasi dalam proses.
Pada tingkat kuantum, memaksa kami paling akrab dengan, gravitasi, benar-benar dibayangi oleh elektromagnetisme dan dua kekuatan baru.
Sekarang, kekuatan yang kuat dan lemah mungkin tampak jelas, tetapi di satu sisi paling tidak, kita semua sangat menyadari kekuatan mereka. Pukul 05:29 pada pagi hari 16 Juli 1945, kekuatan itu diturunkan dengan tindakan yang akan mengubah arah sejarah. Di tengah gurun, di New Mexico, di puncak menara baja sekitar seratus meter di atas puncak monumen ini, bom atom pertama meledak.
Itu hanya sekitar lima meter di seluruh, tetapi bom yang dikemas setara pukulan sekitar dua puluh ribu ton TNT. Dengan ledakan kuat, ilmuwan mengeluarkan gaya nuklir kuat, gaya yang membuat neutron dan proton erat direkatkan di dalam nukleus atom. Dengan melanggar ikatan lem itu dan membelah atom terpisah, luas, jumlah yang benar-benar luar biasa energi destruktif dibebaskan.
Kami masih bisa mendeteksi sisa-sisa ledakan yang melalui kekuatan nuklir lainnya, gaya nuklir lemah, karena itu bertanggung jawab untuk radioaktivitas. Dan hari ini, lebih dari 50 tahun kemudian, tingkat radiasi di sini masih sekitar 10 kali lebih tinggi dari biasanya.
Jadi, meskipun dibandingkan dengan elektromagnetisme dan gravitasi kekuatan nuklir bertindak atas skala yang sangat kecil, dampaknya terhadap kehidupan sehari-hari adalah setiap bit sebagai mendalam.
Mekanika kuantum mengatakan kepada kita bagaimana semua kekuatan alam bekerja dalam dunia mikroskopis kecuali gaya gravitasi. Sama sekali tidak ada yang bisa mengetahui bagaimana gravitasi beroperasi ketika Anda turun ke ukuran atom dan partikel sub-atomik. Artinya, tidak ada yang bisa menemukan cara untuk menempatkan relativitas umum dan mekanika kuantum bersama menjadi satu paket.
Selama beberapa dekade, setiap upaya untuk menggambarkan gaya gravitasi dalam bahasa yang sama sebagai bahasa-lain kekuatan dari mekanika kuantum-telah bertemu dengan bencana.
Ini sangat ironis karena itu adalah kekuatan pertama yang benar-benar dipahami dengan cara kuantitatif yang layak, tapi, tapi, tetapi masih tetap memisahkan diri dan sangat berbeda dari, dari yang lain.
Hukum alam yang seharusnya berlaku di mana-mana. Jadi, jika hukum Einstein yang seharusnya untuk menerapkan mana-mana, dan hukum-hukum mekanika kuantum yang seharusnya berlaku di mana-mana, baik Anda tidak bisa memiliki dua everywheres terpisah.
Pada 1933, setelah melarikan diri Nazi Jerman, Einstein menetap di Princeton, New Jersey. Bekerja dalam kesendirian, ia keras kepala melanjutkan pencarian ia mulai lebih dari satu dekade sebelumnya, untuk menyatukan gravitasi dan elektromagnetisme. Setiap beberapa tahun, judul muncul, Einstein menyatakan berada di ambang kesuksesan. Tapi sebagian besar rekan-rekannya percaya pencariannya adalah sesat dan bahwa hari-harinya terbaik sudah di belakangnya.
Einstein, di tahun-tahun kemudian, masuk agak terlepas dari pekerjaan pada umumnya dan fisika, dan berhenti membaca tulisan orang. Aku bahkan tidak berpikir ia tahu ada sesuatu seperti gaya nuklir lemah. Dia tidak memperhatikan hal-hal itu. Dia terus bekerja pada masalah yang sama bahwa ia mulai bekerja sebagai seorang pria muda.
Ketika komunitas fisikawan teoritis mulai penyelidikan atom, Einstein sangat pasti akan pergi keluar dari gambar. Dia, dalam arti tertentu, memilih untuk tidak melihat fisika berasal dari percobaan ini. Itu berarti bahwa hukum mekanika kuantum tidak memainkan peran dalam semacam tentang penyelidikan lebih lanjut. Dia dianggap tokoh, loyo tua simpatik yang memimpin revolusi sebelumnya tapi entah jatuh dari itu.
Hal ini seolah-olah seorang jenderal yang ahli kavaleri kuda, yang telah mencapai hal-hal besar sebagai komandan pada awal Perang Dunia Pertama, akan mencoba untuk membawa mount kavaleri berperan terhadap parit barbwire dan senjata mesin dari sisi lain .
Albert Einstein meninggal pada tanggal 18 April 1955. Dan selama bertahun-tahun tampaknya mimpi Einstein menyatukan kekuatan dalam sebuah teori tunggal mati dengan dia.
Jadi pencarian untuk penyatuan menjadi terpencil fisika. Pada saat kematian Einstein di 50-an, hampir tidak ada fisikawan serius terlibat dalam pencarian untuk unifikasi.
SISI KANAN Pada tahun-tahun sejak, fisika dibagi menjadi dua kubu yang berbeda: salah satu yang menggunakan relativitas umum untuk mempelajari benda-benda besar dan berat, hal-hal seperti bintang, galaksi dan alam semesta secara keseluruhan …
KIRI SISI … dan lain yang menggunakan mekanika kuantum untuk mempelajari terkecil dari benda, seperti atom dan partikel. Semacam ini telah menjadi seperti memiliki dua keluarga yang tidak bisa akur dan tidak pernah berbicara satu sama lain …
SISI KANAN … tinggal di bawah satu atap.
KIRI SISI ada sepertinya tidak ada cara untuk menggabungkan mekanika kuantum …
SISI KANAN … dan relativitas umum dalam suatu teori tunggal yang dapat menggambarkan alam semesta pada semua skala.
Sekarang, meskipun ini, kami telah membuat kemajuan luar biasa dalam memahami alam semesta. Tapi ada menangkap: ada alam aneh kosmos yang tidak akan pernah sepenuhnya dimengerti sampai kita menemukan sebuah teori terpadu.
Dan tempat ini lebih jelas daripada di kedalaman lubang hitam. Sebuah astronom Jerman nama Karl Schwarzschild pertama kali diajukan apa yang sekarang disebut lubang hitam tahun 1916. Sementara ditempatkan di garis depan dalam Perang Dunia I, ia memecahkan persamaan relativitas umum Einstein dengan cara yang baru dan membingungkan. Antara perhitungan dari lintasan artileri, Schwarzschild menemukan bahwa sejumlah besar massa, seperti sebuah bintang yang sangat padat, terkonsentrasi di area kecil, akan lungsin struktur ruang-waktu sehingga parah bahwa tidak ada, bahkan cahaya, dapat lolos nya gravitasi menarik.
Selama beberapa dekade, fisikawan yang skeptis bahwa perhitungan Schwarzschild itu adalah sesuatu yang lebih dari teori. Tapi hari ini teleskop satelit menyelidik jauh ke dalam ruang yang menemukan daerah dengan daya tarik gravitasi yang sangat besar bahwa kebanyakan ilmuwan percaya adalah lubang hitam. Schwarzschild teori sekarang tampaknya menjadi kenyataan.
Mekanika kuantum benar-benar berfungsi dengan baik untuk hal-hal kecil, dan relativitas umum benar-benar berfungsi baik untuk bintang-bintang dan galaksi, tapi atom, hal-hal kecil, dan galaksi, mereka bagian dari alam semesta yang sama. Jadi harus ada beberapa deskripsi yang berlaku untuk semuanya. Jadi kita tidak bisa memiliki satu penjelasan untuk atom dan satu untuk bintang.
Sekarang, dengan teori string, kita berpikir kita mungkin menemukan cara untuk menyatukan teori kita tentang besar dan teori kita dari kecil dan memahami alam semesta pada semua skala dan semua tempat. Alih-alih banyak partikel kecil, teori string menyatakan bahwa segala sesuatu di alam semesta, semua kekuatan dan semua materi yang terbuat dari satu bahan tunggal, helai bergetar kecil energi yang dikenal sebagai string.
Sebuah string dapat menggoyangkan dalam berbagai cara, sedangkan, tentu saja, titik tidak bisa. Dan cara yang berbeda di mana menggoyangkan string mewakili berbagai jenis partikel dasar.
Jadi memiliki kekuatan luar biasa unifikasi, hal itu menyatukan pemahaman kita dari semua jenis partikel.
Jadi kesatuan kekuatan yang berbeda dan partikel dicapai karena mereka semua berasal dari berbagai macam getaran dari string dasar yang sama.
Itu ide sederhana dengan konsekuensi jauh.
Apa teori string itu tidak mengulurkan janji bahwa, “Dengar, kita benar-benar dapat memahami pertanyaan-pertanyaan yang Anda bahkan mungkin tidak berpikir adalah pertanyaan ilmiah: pertanyaan tentang bagaimana alam semesta dimulai, mengapa alam semesta adalah cara dia terletak di paling mendasar tingkat. ” Gagasan bahwa suatu teori ilmiah yang sudah kita miliki di tangan kita bisa menjawab pertanyaan-pertanyaan yang paling mendasar adalah sangat menggoda.
Tapi ini teori baru menggoda juga kontroversial. Strings, jika ada, sangat kecil, ada sedikit harapan untuk bisa melihat satu.
String dan teoretisi teori string tidak memiliki masalah yang sebenarnya.

Jika teori string gagal untuk memberikan prediksi diuji, maka tak harus percaya. Di sisi lain, ada semacam keanggunan ke hal-hal ini, dan mengingat sejarah bagaimana teori fisika telah berkembang sejauh ini, ia benar-benar dipikirkan bahwa beberapa kalau tidak semua ide-ide ini akan berubah menjadi benar.
Saya pikir, seratus tahun dari sekarang, masa khusus ini, ketika sebagian besar fisikawan teoretis paling cemerlang muda bekerja pada teori string, akan dikenang sebagai usia heroik ketika teoretikus mencoba dan berhasil mengembangkan teori terpadu dari semua fenomena alam. Di sisi lain, mungkin akan dikenang sebagai kegagalan tragis.

Pemahaman kita tentang alam semesta telah datang dengan cara yang sangat panjang selama tiga abad terakhir. Harap diingat. Isaac Newton, yang mungkin merupakan ilmuwan terbesar sepanjang masa, pernah berkata, “Aku telah seperti anak laki-laki bermain di pantai laut, mengalihkan diri sekarang dan kemudian menemukan kerikil halus atau shell lebih cantik dari biasanya, sementara samudera besar kebenaran ada di depan saya, semua yang belum ditemukan. ”
Namun, dua ratus lima puluh tahun kemudian, Albert Einstein, yang adalah penerus sejati Newton, bisa serius menyarankan bahwa samudra luas, semua hukum alam, mungkin berkurang menjadi ide-ide dasar beberapa diungkapkan oleh segelintir simbol matematika .

 

aNTi-ReaLiS

April 1, 2010

Banyak terjadi perdebatan mengenai hal-hal yang ada di dunia ini.  dua golongan yang memperdebatkan hal-hal ini adalah golongan realis dan golongan anti-realis.
Golongan realis adalah golongan yang memberikan jawaban mengenai hal-hal secara detail, sedangkan anti-realis adalah golongan yang tidak mempercayai hal-hal yang tidak dapat dirasakan oleh indera secara langsung.

Dalam hal ini, saya termasuk golongan anti-realis karena menurut pendapat saya, hal-hal yang diutarakan atau diberikan oleh realis itu belum tentu merupakan hal yang benar.
Karena kita tidak tahu apakah hal yang diutarakan oleh golongan realis itu adalah sungguh dan nyata dan bukan merupakan khayalan maupun karangan mereka belaka untuk melebih-lebihkan hal tersebut.

Sebelum hal itu dapat dibuktikan dengan indera, maka tetap hal itu masih dikategorikan dalam semi dan bukan nyata.
Banyak hal-hal yang diperdebatkan dan para realis memberikan jawaban yang tidak dapat diterima dan tidak masuk di akal  dan terkesan amat bertele-tele dalam menjelaskan hal tersebut.

Hal tersebut masih belum dapat dibuktikan oleh mereka,  sehingga hal itu masih dipetanyakan akan kejelasan dan bukti yang otentik. Apabila sudah ada bukti otentik yang menjelaskan bahwa penjelasan dan jawaban yang diberikan oleh para realis itu benar dan bukan karangan mereka sendiri.

Gaya Elementer

March 20, 2010

Jenis-jenis Gaya

Meskipun terdapat dengan jelas banyak tipe gaya di alam semesta, mereka seluruhnya berbasis pada empat gaya fundamental. Gaya nuklir kuat dan gaya nuklir lemah hanya beraksi pada jarak yang sangat pendek dan bertanggung jawab untuk “mengikat” nukleon tertentu dan menyusun nuklir. Gaya elektromagnetik beraksi antara muatan listrik dan gaya gravitasi beraksi antara massa. Prinsip perkecualian Pauli bertanggung jawab untuk kecenderungan atom untuk tak “bertumpang tindih” satu sama lain, dan adalah jadinya bertanggung jawab untuk “kekakuan” materi, namun hal ini juga bergantung pada gaya elektromagnetik yang mengikat isi-isi setiap atom. Seluruh gaya yang lain berbasiskan pada keempat gaya ini. Sebagai contoh, gesekan adalah perwujudan gaya elektromagnetik yang beraksi antara atom-atom dua permukaan, dan prinsip perkecualian Pauli, yang tidak memperkenankan atom-atom untuk menerobos satu sama lain. Gaya-gaya dalam pegas dimodelkan oleh hukum Hooke adalah juga hasil gaya elektromagnetik dan prinsip perkecualian Pauli yang beraksi bersama-sama untuk mengembalikan objek ke posisi keseimbangan. Gaya sentrifugal adalah gaya percepatan yang muncul secara sederhana dari percepatan rotasi kerangka acuan. Pandangan mekanika kuantum modern dari tiga gaya fundamental pertama (seluruhnya kecuali gravitasi) adalah bahwa partikel materi (fermion) tidak secara langsung berinteraksi dengan satu sama lain namun agaknya dengan mempertukarkan partikel virtual (boson). Hasil pertukaran ini adalah apa yang kita sebut interaksi elektromagnetik (gaya Coulomb adalah satu contoh interaksi elektromagnetik). Dalam relativitas umum, gravitasi tidaklah dipandang sebagai gaya. Melainkan, objek yang bergerak secara bebas dalam medan gravitasi secara sederhana mengalami gerak inersia sepanjang garis lurus dalam ruang-waktu melengkung – didefinisikan sebagai lintasan ruang-waktu terpendek antara dua titik ruang-waktu. Garis lurus ini dalam ruang-waktu dipandang sebagai garis lengkung dalam ruang, dan disebut lintasan balistik objek. Sebagai contoh, bola basket yang dilempar dari landasan bergerak dalam bentuk parabola sebagaimana ia dalam medan gravitasi serba sama. Lintasan ruang-waktunya (ketika dimensi ekstra ct ditambahkan) adalah hampir garis lurus, sedikit melengkung (dengan jari-jari kelengkungan berorde sedikit tahun cahaya). Turunan waktu perubahan momentum dari benda adalah apa yang kita labeli sebagai “gaya gravitasi”.

sumber: http://id.wikipedia.org/wiki/Gaya_%28fisika%29

Partikel Elementer

March 20, 2010

Partikel subatom

Walaupun awalnya kata atom berarti suatu partikel yang tidak dapat dipotong-potong lagi menjadi partikel yang lebih kecil, dalam terminologi ilmu pengetahuan modern, atom tersusun atas berbagai partikel subatom. Partikel-partikel penyusun atom ini adalah elektron, proton, dan neutron. Namun hidrogen-1 tidak mempunyai neutron. Demikian pula halnya pada ion hidrogen positif H+.

Dari kesemua partikel subatom ini, elektron adalah yang paling ringan, dengan massa elektron sebesar 9,11 × 10−31 kg dan mempunyai muatan negatif. Ukuran elektron sangatlah kecil sedemikiannya tiada teknik pengukuran yang dapat digunakan untuk mengukur ukurannya.[32] Proton memiliki muatan positif dan massa 1.836 kali lebih berat daripada elektron (1,6726 × 10−27 kg). Neutron tidak bermuatan listrik dan bermassa bebas 1.839 kali massa elektron or (1,6929 × 10−27 kg).

Dalam model standar fisika, baik proton dan neutron terdiri dari partikel elementer yang disebut kuark. Kuark termasuk kedalah golongan partikel fermion dan merupakan salah satu dari dua bahan penyusun materi dasar (yang lainnya adalah lepton). Terdapat enam jenis kuark dan tiap-tiap kuark tersebut memiliki muatan listri fraksional sebesar +2/3 ataupun −1/3. Proton terdiri dari dua kuark naik (up quark) dan satu kuark turun (down quark), manakala neutron terdiri dari satu kuark naik dan dua kuark turun. Perbedaan komposisi kuark ini mempengaruhi perbedaan massa dan muatan antara dua partikel tersebut. Kuark terikat bersama oleh gaya nuklir kuat yang diperantarai oleh gluon. Gluon merupakan anggota dari boson gauge yang memerantarai gaya-gaya fisika.

sumber: http://id.wikipedia.org/wiki/Atom

Quark sebagaimana dijelaskan dalam model standard pada fisika partikel, bersama-sama dengan lepton dipercaya sebagai partikel elementer yang membentuk semua materi. Kombinasi beberapa quark membentuk jenis partikel-partikel lain, misalnya partikel berjenis meson yang terdiri dari dua buah quark, partikel berjenis baryon yang terdiri dari tiga jenis quark dan baru-baru ini ditemukan adalah pentaquark yang terdiri dari lima buah quark. Partikel-partikel seperti proton dan neutron termasuk ke dalam jenis baryon, sedangkan elektron bukan tersusun atas quark melainkan sudah merupakan sebuah partikel elementer yang termasuk dalam jenis lepton. Terdapat enam jenis quark yang berbeda yang dibedakan berdasarkan “rasa“-nya, yaitu up, down, charm, strange, top dan bottom. Antipartikel quark disebut antiquark. Dalam teori quantum chromodynamic masing-masing quark (up, down, charm, strange, top dan bottom) memiliki tiga buah warna yaitu merah, biru dan hijau, di mana sebuah partikel hanya bisa dibentuk oleh paduan warna netral.

sumber: http://id.wikipedia.org/wiki/Quark

Jarak Antar Galaxy

March 18, 2010
————————————————————————————————– ————————————————————————————————–

Hukum Hubble adalah salah satu hukum dalam astronomi yang menyatakan bahwa pergeseran merah dari cahaya yang datang dari galaksi yang jauh adalah sebanding dengan jaraknya. Hukum ini pertama kali dirumuskan oleh Edwin Hubble pada tahun 1929.

Jika kita menganggap bahwa pergeseran merah ini disebabkan oleh efek Doppler di mana galaksi menjauhi kita maka hal ini membawa kita pada suatu gambaran tentang alam semesta yang mengembang dan, dengan melakukan ekstrapolasi waktu ke belakang, kita sampai pada teori dentuman dahsyat atau Big Bang. Hubble membandingkan jarak ke galaksi dekat dengan pergeseran merah mereka, dan menemukan hubungan yang linear. Perkiraannya tentang suatu konstanta perbandingan ini dikenal dengan nama konstanta Hubble (dan sekarang juga dikenal sebagai “parameter Hubble” karena ternyata hal ini bukanlah sekedar konstanta, melainkan suatu parameter yang tergantung pada waktu yang menandakan perluasan alam semesta yang dipercepat), sebenarnya meleset dengan faktor 10. Lebih jauh lagi, jika seseoarang menggunakan pengamatan Hubble yang asli dan kemudian memakai jarak yang paling akurat dan kecepatan yang sekarang diketahui, ia akan memperoleh suatu grafik scatter plot yang acak tanpa hubungan yang jelas antara pergeseran merah dengan jarak. Sekalipun demikian, hubungan yang hampir linear antara pergeseran merah dan jarak dikuatkan oleh pengamatan setelah Hubble. Hukum ini dapat dinyatakan sebagai berikut:

v = H0D

di mana v adalah pergeseran merah, biasanya dinyatakan dalam km/s (kecepatan di mana galaksi menjauhi kita, untuk menghasilkan pergeseran merah ini melalui efek Doppler), H0 adalah parameter Hubble (pada pengamat, seperti dilambangkan dengan indeks 0), dan D adalah jarak sekarang dari pengamat ke galaksi, yang diukur dalam megaparsec: Mpc.

Kita dapat menurunkan hukum Hubble secara matematis jika ia menganggap bahwa alam semesta mengembang (atau menyusut) dan menganggap bahwa alam semesta adalah homogeneous, yang berarti bahwa semua titik di dalamnya adalah sama.

Selama sebagian besar dari pertengahan kedua abad ke-20, nilai dari H0 diperkirakan berada di antara 50 dan 90 km/s/Mpc. Nilai dari konstanta Hubble sudah merupakan topik kontroversi yang cukup lama dan pahit antara Gérard de Vaucouleurs yang menyatakan bahwa nilainya adalah 100 dan Allan Sandage yang menyatakan bahwa nilainya adalah 50. Proyek Hubble Key benar-benar melakukan perbaikan penting dalam menentukan nilai ini dan pada bulan Mei 2001 mempublikasikan perkiraanya sekitar 72+/-8 km/s/Mpc. Pada tahun 2003 satelit WMAP menyempurnakan lebih jauh menjadi 71+/-4, menggunakan cara yang sama sekali berbeda, berdasarkan pada pengukuran anisotropi pada radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik. Angka ini kemudian dikoreksi lagi pada Agustus 2006. Berdasarkan data dari Observatorium Sinar X Chandra (Chandra X-ray Observatory), nilai konstanta Hubble ditetapkan pada angka 70 (km/s)/Mpc, +2.4/-3.2.

Konstanta Hubble adalah “konstan” dalam arti bahwa konstanta ini dipercaya bisa dipakai untuk semua kecepatan dan jarak pada masa sekarang. Nilai dari H (yang biasa disebut sebagai parameter Hubble untuk membedakannya dengan nilai sekarang, konstanta Hubble) berkurang terhadap waktu. Jika kita menganggap bahwa semua galaksi mempertahankan kecepatannya relatif terhadap kita dan tidak mengalami percepatan atau perlambatan, maka kita memiliki D = vt dan oleh karena itu H = 1/t, di mana t adalah waktu sejak dentuman dahsyat (Big Bang). Rumus ini dapat digunakan untuk memperkirakan usia alam semesta dari H.

Berdasarkan pengamatan akhir-akhir ini, sekarang dipercaya bahwa galaksi dipercepat menjauhi kita, yang berarti bahwa H > 1/t (tetapi tetap saja berkurang terhadap waktu) dan perkiraan 1/H0 (antara 11 dan 20 milyar tahun) sebagai usia alam semesta terlalu kecil.

Ada beberapa catatan tambahan yang dapat dibuat:

  • Jarak D ke galaksi dekat dapat diperkirakan misalnya dengan membandingkan kecerahan yang tampak dengan kecerahan mutlak yang dianggap benar.

Jika galaksi itu sangat jauh, maka kita harus mengambil D sebagai jarak ke galaksi pada masa sekarang, bukan pada saat cahaya itu dipancarkan. Jarak ini sangatlah sulit untuk ditentukan.

  • Kecepatan v didefinisikan sebagai laju perubahan D.

Untuk galaksi yang cukup dekat, kecepatan v dapat ditentukan dari pergeseran merah galaksi z menggunakan rumus vzc di mana c adalah kecepatan cahaya. Akan tetapi, hanya kecepatan karena pengembangan alam semesta yang boleh dipakai: semua galaksi bergerak relatif antara satu dengan yang lain tidak tergantung pada pengembangan alam semesta, dan kecepatan relatif dari galaksi-galaksi ini, yang disebut kecepatan peculiar tidak diperhitungkan oleh hukum Hubble. Untuk galaksi-galaksi yang sangat jauh, v tidak dapat ditentukan dengan mudah dari pergeseran merah z dan bisa lebih besar dari c.

sumber: http://www.clickcop.com/clickcop.cgi/110111A/http/wapedia.mobi/id/Hukum_Hubble

Jarak Antar Bintang

March 18, 2010

Metode Penentuan Jarak di Astronomi

Di dalam astronomi, metode yang digunakan dalam penentuan jarak adalah metode paralaks. Paralaks merupakan metode yang digunakan dengan melihat pada pergeseran dua titik tetap relatif satu terhadap yang lain dilihat dari sudut pandang pengamat.

Paralaks Trigonometri
Penentuan jarak bintang baru berhasil dilakukan pada abad ke-19 dengan menggunakan metode paralaks trigonometri. Akibat dari gerak edar bumi, bintang dekat akan terlihat bergeser terhadap bintang jauh. Dan bintang tersebut seolah bergerak menempuh lintasan ellips relatif terhadap latar belakang bintang yang jauh. Gerak ellips tersebut merupakan pencerminan gerak bumi. Sudut yang dibentuk oleh bumi dan matahari ke bintang inilah yang diebut paralaks bintang. Semakin jauh letak bintang, lintasan ellipsnya makin kecil, paralaksnya juga makin kecil.

clip_image002[1]

Dengan mengetahui jarak bumi – matahari, serta paralaks bintang, jarak bintang bisa diketahui dari hubungan :

clip_image004[1]

Metode paralaks trigonometri hanya bisa digunakan untuk mendapatkan jarak bintang-bintang terdekat (untuk jarak ratusan parsec).

Paralaks Spektroskopik
Dalam pengamatan, terang suatu bintang diukur dalam satuan magnitudo. Dari pengamatan magnitudo semu bintang serta kelas spektrum bintang juga bisa diketahui. Dengan mendefinisikan magnitudo mutlak bintang sebagai magnitudo bintang yang diandaikan diamati pada jarak yang sama, yaitu 10 parsec. Untuk bintang-bintang jauh, dengan membandingkan kelas spektrum bintang dari hasil pengamatan dengan bintang yang kelas spektrumnya sama dan sudah diketahui jaraknya, magnitudo mutlak bintang bisa diketahui dari hubungan pada temperatur (kelas spektrum dengan M). Selisih magnitudo semu dan magnitudo mutlak akan memberikan harga jarak bintang dari pengamat setelah dikoreksi terhadap serapan antar bintang :

clip_image006[1]

Kondisi tanpa adanya debu akan mempermudah penentuan magnitudo absolut bintang. Untuk bintang dekat, efek debu kecil dan bisa diabaikan.

Paralaks Rata-Rata
Perhitungan jarak bintang dengan paralaks rata-rata dilakukan untuk bintang-bintang yang sangat jauh. Penentuan paraks rata-rata melibatkan sejumlah bintang yang memiliki kelas spektrum dan kelas luminositas yang sama sehingga diharapkan magnitudo mutlak semua bintang dalam gugus akan sama.

Untuk menentukan paralaks rata-rata, diamati gerak bintang yang akan memberi informasi jaraknya. Gerak sejati bintang bisa diuraikan dalam 2 komponen yakni komponen clip_image008[1] yang searah dengan arah apex-antapex dan komponen clip_image010[3] yang tegak lurus arah apex – antapex dan tidak terpengaruh gerak matahari. Bila clip_image012[1]merupakan komponen kecepatan tangensial pada arah clip_image010[4], maka : clip_image015[1], clip_image010[5] yang digunakan adalah harga rata-rata untuk semua bintang. Paralaks rata-rata sekelompok bintang itu akan memenuhi persamaan : clip_image017[1] dimana clip_image019[1]. Dari pengamatan terhadap clip_image021[1] dan clip_image023[1]masing-masing bintang, harga magnitudo mutlak bintang kelompok itu bisa ditentukan dari hubungan :

clip_image025[1]

Dari sini harga paralaks masing-masing bintang bisa ditentukan dan jarak bisa diketahu.

Paralaks Gerak Gugus
Penentuan jarak berdasarkan gerak bintang juga bisa dilakukan dengan mengamati gerak sejati bintang dalam gugus bintang. Untuk gugus yang tidak terlampau jauh, lintasan bintang dalam gugus terlihat memusat pada suatu titik. Titik temu vektor gerak sejati inilah yang disebut titik vertex. Jika A merupakan sudut yang dibentuk oleh gugus bintang dan titik vertex dan V merupakan kecepatan gugus dalam ruang dimana Vr merupakan kecepatan radialnya, maka kecepatan tangensialnya gugus adalah :clip_image027[1] Dengan mengetahui kecepatan tangensial, jarak bisa diketahui dari hubungan : clip_image029[1] , clip_image031[1] merupakan gerak sejati bintang.

clip_image032[1][1]

Paralaks Dinamik
Dalam pengamatan bintang ganda visual, parameter orbit yang dapat ditentukan adalah sudut inklinasi clip_image034[1], sudut setengah sumbu besar clip_image036[2], eksentrisitas orbit clip_image038[1], periode orbit clip_image040[1]. Hubungan antara sudut setengah sumbu besar clip_image036[3] dan setengah sumbu besar clip_image042[1] adalah : clip_image044[1] atau clip_image046[1] dengan jarak dinyatakan dalam AU sehingga hubungan jarak dan paralaks yang berlaku adalah clip_image048[2] ; paralaks dalam detik busur.

Dari hubungan Hukum Keppler Ketiga didapat :
clip_image050[1]

Jika sudut setengah sumbu besar orbit masing-masing bintang adalah clip_image052[1]dan clip_image054[1] maka :

clip_image056[1] atau clip_image058[1], Dan massa bintang memenuhi : clip_image060[1].

Pada sistem bintang ganda visual, magnitudo mutlak bolometrik setiap komponen dapat ditentukan, dan luminositasnya dapat diketahui : clip_image062[1], dan dari hubungan empirik massa-luminositas :

clip_image064[1]

atau :

clip_image066[1]

Dari hubungan-hubungan ini dapat diketahui jarak bintang jika pada pengamatan bintang ganda visual telah diketahui clip_image068[1] dengan langkah sebagai berikut :

  • Langkah 1 : Pendekatan pertama, anggap massa total clip_image070[1]
  • Langkah 2 : Tentukan paralaks dari hubungan clip_image072[1]
  • Langkah 3 : Tentukan magnitudo mutlak bolometrik untuk masing-masing komponenclip_image074[1]
  • Langkah 4 : Tentukan massa masing-masing bintang dari hubungan massa-luminositas
  • Langkah 5 : Ulangi langkah 2
  • Langkah 6 : Ulangi langkah 3

Langkah-langkah ini diulang sampai mendapat beda harga p, M1 dan M2 yang cukup kecil. Jarak bisa didapat dari hubungan paralaks dan jarak : clip_image048[3]

Cepheid Sebagai Lilin Penentu Jarak
Tahun 1784, John Goodricke menemukan kalau bintang Cepheid berubah cahayanya secara berkala dan diduga merupakan komponen bintang ganda. Tapi pada tahun 1914 Shapley menemukan kalau bintang ini berubah-ubah cahayanya bukan karena Cepheid merupakan bintang ganda gerhana melainkan bintang ini berdenyut.

Secara teori hubungan periode perubahan cahaya dan rapat massa bintang memberikan : clip_image076[1]

Pada bintang Cepheid juga ditemukan hubungan antara luminositas dan periode perubahan cahaya. Hubungan ini menyatakan semakin terang suatu Cepheid, makin besar periodenya. Untuk mengetahui jarak variabel Cepheid di galaksi lain, diambil hubungan titik nol yakni titik pada periode dimana magnitudo mutlaknya nol. Untuk mendapatkan hubungan titik nol, dapat ditentukan dengan membandingkannya dengan Cepheid dalam Galaksi kita pada gugus bintang yang jaraknya sudah diketahui. Dengan mengandaikan Cepheid yang diamati memiliki sifat sama dengan Cepheid di Galaksi kita, maka periode perubahan cahaya dan luminositasnya dianggap sama juga. Karena luminositas dianggap sama maka Magnitudo mutlak bisa diketahui dari hubungan : clip_image078[1]

Maka modulus jarak clip_image080[1]bisa diketahui dengan m dari pengamatan pada bintang variabel Cepheid galaksi lain yang diamati, maka jarak pun bisa diketahui : clip_image084[1]

sumber: http://simplyvie.com/2007/11/09/metode-penentuan-jarak-di-astronomi/

Jarak Planet dari Matahari

March 18, 2010

Untuk menentukan jarak planet dari Matahari, ada sebuah metode sederhana yang dikenal dengan hukum Titius – Bode. Metode ini ditemukan oleh seorang astronom Jerman yang bernama Johann Daniel Titius pada tahun 1766 dan diperkenalkan oleh rekannya pada tahun 1772, yaitu Johann Elert Bode. Tuliskan sebuah deret 0,3,6,12,24, dan seterusnya, kemudian tambahkan setiap bilangan dengan 4. Hasilnya bagikan dengan 10. Secara matematis, hokum Titius – Bode ini dapat kita tuliskan dengan persamaan sebagai berikut,

r = (n+4)/10 ; n = 0,3,6,12,24, dengan n = deret bilangan r = jarak planet dari Matahari dalam satuan AU

matahari-dan-planet-planet-yang-mengelilinginya-beserta-lintasan-orbit.JPG

Jika kita perhatikan, 7 angka pertama dari deret Titius – Bode , akan menghasilkan nilai yang hampir mendekati (0,4; 0,7; 1,0; 1,6; 2,8; 5,2; 10,0) dengan nilai sesungguhnya jarak Planet Merkurius, Venus, Bumi, Mars, Jupiter, dan Saturnus dari Matahari (0,39; 0,72; 1,0; 1,52; 5,20; 9,54). Pada nilai 2,8, dikemudian hari, para astronom menemukan sabuk asteroid yang jarak sebenarnya adalah antara 2,2 sampai 3,3 AU dari Matahari.

sumber: http://dwikanorrina.blogspot.com/