Alam Semesta Awal Hanya Memiliki Satu Dimensi?

Kamis, 21 April 2011 - Stojkovic, asisten profesor fisika, mengatakan bahwa teori mengembangnya dimensi merupakan pergeseran radikal dari cara berpikir kita tentang kosmos - tentang bagaimana alam semesta menjadi ada.

---

   Apakah alam semesta awal hanya memiliki satu dimensi spasial? Itulah konsep membingungkan di jantung teori yang diusulkan oleh para fisikawan Dejan Stojkovic University at Buffalo serta para kolega di tahun 2010.

   Mereka menyarankan bahwa alam semesta awal – yang meledak dari satu titik sangat, sangat kecil pada awalnya – adalah satu-dimensi (seperti garis lurus) sebelum meluas untuk menyertakan dua dimensi (seperti pesawat) dan kemudian tiga (seperti dunia di mana kita hidup sekarang).

   Teori ini, jika valid, akan mengatasi masalah penting dalam fisika partikel. Sekarang, dalam sebuah makalah baru di Physical Review Letters, Stojkovic beserta fisikawan Loyola Marymount University, Jonas Mureika, mendeskripsikan sebuah tes yang bisa membuktikan atau menyangkal hipotesis “dimensi yang hilang”. Karena cahaya dan gelombang lain membutuhkan waktu untuk perjalanan ke Bumi, maka pada dasarnya teleskop yang mengintip ke luar angkasa bisa melihat kembali ke waktu saat penelusuran mereka mencapai luar alam semesta.

    Gelombang gravitasi tidak bisa eksis dalam ruang satu atau dua dimensi. Jadi Stojkovic dan Mureika menjelaskan bahwa Laser Interferometer Space Antenna (LISA), sebuah observatorium gravitasi dalam rencana internasional, seharusnya tidak mendeteksi adanya gelombang gravitasi yang berasal dari zaman dimensi yang lebih rendah di alam semesta awal.

   Stojkovic, asisten profesor fisika, mengatakan bahwa teori mengembangnya dimensi merupakan pergeseran radikal dari cara berpikir kita tentang kosmos – tentang bagaimana alam semesta menjadi ada.

    Gagasan utama adalah bahwa dimensional ruang tergantung pada ukuran ruang yang kita amati, dengan ruang yang lebih kecil berasosiasi dengan dimensi yang lebih sedikit. Artinya, dimensi keempat akan terbuka – jika belum terjadi – seiring alam semesta terus berkembang.

    Teori ini juga menunjukkan bahwa ruang memiliki dimensi yang lebih sedikit pada energi yang sangat tinggi dari jenis yang terkait dengan alam semesta awal pasca big bang.

 Jika Stojkovic dan rekan-rekannya benar, mereka akan membantu mengatasi masalah mendasar dalam model standar fisika partikel, termasuk yang berikut ini:

• Ketidaksesuaian di antara mekanika kuantum dan relativitas umum. Mekanika kuantum dan relativitas umum merupakan kerangka matematis yang menjelaskan fisika alam semesta. Mekanika kuantum sangat baik untuk mendeskripsikan alam semesta pada skala yang sangat kecil, sedangkan relativitas sangat baik untuk mendeskrepsikan alam semesta pada skala besar. Saat ini, dua teori tersebut dianggap tidak cocok, namun jika alam semesta, pada tingkat terkecil, memiliki dimensi yang lebih sedikit, maka perbedaan matematis antara dua kerangka kerja ini akan menghilang. 
• Misteri percepatan perluasan alam semesta. Fisikawan telah mengobservasi bahwa perluasan alam semesta ternyata mempercepat, dan mereka tidak tahu mengapa. Penambahan dimensi baru seiring mengembangnya alam semesta akan menjelaskan percepatan ini. (Stojkovic mengatakan bahwa dimensi keempat mungkin sudah terbuka pada skala besar kosmologis).
• Kebutuhan untuk mengubah massa Higgs boson. Model standar fisika partikel memprediksi keberadaan partikel elementer yang belum ditemukan yang disebut Higgs boson. Untuk persamaan dalam model standar yang mendeskripsikan secara akurat fisika yang teramati pada dunia nyata, bagaimanapun juga, para peneliti secara artifisial harus menyesuaikan massa Higgs boson untuk interaksi di antara partikel-partikel yang terdapat pada energi tinggi. Jika ruang memiliki dimensi lebih sedikit pada energi tinggi, maka kebutuhan untuk jenis “tuning” akan menghilang.

   “Apa yang kami usulkan di sini adalah pergeseran paradigma,” kata Stojkovic. “Fisikawan telah berjuang dengan masalah yang sama selama 10, 20, 30 tahun, dan perpanjangan terus ke depan dari perpanjangan ide-ide yang ada tidak mungkin untuk menyelesaikannya.”

   “Kita harus mempertimbangkan kemungkinan bahwa secara sistematis ada sesuatu yang salah dengan ide-ide kita,” lanjutnya. “Kita perlu sesuatu yang radikal dan baru, dan ini adalah sesuatu yang radikal dan baru.”

    Karena rencana pengoperasian LISA masih beberapa tahun lagi, mungkin itu waktu yang lama sebelum Stojkovic dan rekan-rekannya mampu menguji ide-ide mereka dengan cara ini.

Bagaimanapun juga, beberapa bukti eksperimental telah menunjukkan kemungkinan adanya dimensi ruang yang lebih rendah.

    Secara khusus, para ilmuwan telah mengamati bahwa fluks energi utama partikel sinar kosmik dengan energi melebihi 1 volt teraelectron - jenis energi tinggi yang terkait dengan alam semesta sangat awal – diselaraskan sepanjang bidang dua dimensi.

     Jika energi tinggi tidak sesuai dengan dimensi ruang yang lebih rendah, sebagaimana yang diusulkan teori “dimensi yang hilang”, para peneliti yang bekerja pada akselerator partikel Large Hadron Collider di Eropa harus melihat hamburan planar pada energi tersebut.

    Stojkovic mengatakan bahwa observasi peristiwa seperti itu akan menjadi “tes independen yang sangat menarik dari ide-ide yang kami ajukan.”

Sumber: Primordial Weirdness: Did the Early Universe Have One Dimension?; buffalo.edu
Kredit: University at Buffalo
Jurnal: Jonas Mureika, Dejan Stojkovic. Detecting Vanishing Dimensions via Primordial Gravitational Wave Astronomy. Physical Review Letters, 2011; 106 (10) DOI: 10.1103/PhysRevLett.106.101101