It's Science Time !!! Bulan lalu dunia sains berduka karena ditinggalkan putra terbaiknya. Ya, Stephen Hawking yang merupakan salah satu anggota Fellow Royal Society (FRS). Salah satu PR sepeninggal Hawking adalah mencari Theory of Everything (ToE). Menemukan Theory of Everything (ToE) adalah salah satu masalah yang belum terpecahkan dalam fisika.
Selama beberapa abad terakhir, dua kerangka teoretis telah dikembangkan, yang secara keseluruhan, sangat mirip dengan ToE. Kedua teori ini, dimana semua fisika modern berada diatasnya, adalah relativitas umum (General Relativity, GR) dan teori medan kuantum (Quantum Field Theory, QFT). Relativitas umum adalah kerangka teoritis yang hanya berfokus pada gravitasi untuk memahami alam semesta di wilayah-wilayah skala besar dan massa tinggi, seperti: bintang, galaksi, kelompok galaksi, dan lain-lain. Di sisi lain, teori medan kuantum adalah kerangka teoritis yang hanya berfokus pada tiga gaya non-gravitasi untuk memahami alam semesta di daerah-daerah skala kecil dan massa rendah, seperti: partikel sub-atom, atom, molekul, dan lain-lain. Teori medan kuantum berhasil menerapkan Model Standar dan menyatukan interaksi (yang disebut Grand Unified Theory) di antara tiga gaya non-gravitasi: gaya lemah, gaya kuat, dan gaya elektromagnetik.[1]:122
Selama bertahun-tahun penelitian, fisikawan telah melakukan eksperimen dengan akurasi yang luar biasa hampir pada setiap prediksi yang dibuat oleh kedua teori ini ketika mereka diterapkan pada domain penerapan yang sesuai. Sesuai dengan temuan mereka, para ilmuwan juga mengetahui bahwa relativitas umum dan teori medan kuantum, yang saat ini mereka rumuskan, saling tidak kompatibel—keduanya tidak mungkin sama-sama benar. Karena biasanya domain penerapan relativitas umum dan teori medan kuantum sangat berbeda, kebanyakan situasi mengharuskan hanya satu dari dua teori ini yang digunakan.[2]:842–844
Ketidakcocokan antara relativitas umum dan teori medan kuantum tampaknya hanya menjadi masalah di daerah dengan skala sangat kecil atau sangat tinggi, seperti yang terdapat di dalam lubang hitam atau pada tahap awal alam semesta. yaitu sesaat setelah Dentuman Besar (Big Bang). Untuk mengatasi konflik ini, harus ditemukan suatu kerangka teoretis yang mengungkapkan kenyataan mendasar secara mendalam. Pemersatu gravitasi dengan tiga interaksi lainnya, untuk memadukan secara harmonis bidang-bidang relativitas umum dan teori medan kuantum ke dalam suatu keseluruhan yang mulus: sebuah teori tunggal yang pada prinsipnya mampu menggambarkan semua fenomena. Dalam mengejar tujuan ini, gravitasi kuantum telah menjadi area penelitian aktif.
Pada akhirnya ada suatu kerangka penjelasan, yang disebut "teori dawai" (String theory), yang kemunculanya dimaksudkan untuk menjadi teori utama alam semesta. Teori dawai mengemukakan bahwa pada awal alam semesta (antara detik ke-0 dentuman besar hingga 1043 detik setelah dentuman besar), empat gaya fundamental pernah menyatu menjadi satu gaya fundamental. Menurut teori dawai, setiap partikel di alam semesta, pada tingkat yang paling mikroskopik (Panjang Planck), terdiri dari berbagai kombinasi dawai bergetar (atau helai) yang masing-masing memiliki pola getaran tersendiri. Teori dawai selanjutnya mengklaim bahwa melalui pola osilasi khusus dari dawai, sebuah partikel massa dan muatan gaya yang unik terbentuk (artinya, elektron adalah jenis dawai yang bergetar satu arah, sedangkan up-quark adalah Jenis dawai yang bergetar dengan cara lain, dan sebagainya).
Awalnya, istilah teori segala sesuatu digunakan dalam konotasi ironis untuk merujuk pada berbagai teori yang terlalu umum. Misalnya, kakek dari Ijon Tichy – karakter dari sebuah episode cerita fiksi ilmiah tahun 1960-an karya Stanisaw Lem – diketahui sedang bekerja pada "Teori Umum Segala Sesuatu". Fisikawan John Ellis diklaim[3] telah memperkenalkan istilah ini ke dalam literatur teknis dalam sebuah artikel di jurnal ilmiah Nature pada tahun 1986.[4] Seiring waktu, istilah tersebut sering digunakan dalam mempopulerkan penelitian fisika teoretis.
1. PENDAHULUAN
a. Sejak Jaman Yunani Kuno
Di zaman Yunani kuno, filsuf pra-Sokratik berspekulasi bahwa keragaman fenomena yang teramati disebabkan oleh satu jenis interaksi, yaitu gerakan dan tumbukan atom. Konsep 'atom', yang dikenalkan oleh Demokritus, adalah usaha filosofis awal untuk menyatukan semua fenomena yang teramati di alam.
Democritus oleh Luca Giordano (c. 1690).
Archimedes mungkin merupakan ilmuwan pertama yang diketahui telah menggambarkan alam dengan aksioma (atau prinsip) dan kemudian menyimpulkan hasil baru dari aksioma tersebut. Dengan demikian dia mencoba untuk menggambarkan "segalanya" mulai dari beberapa aksioma. Setiap "teori segala sesuatu" juga diharapkan didasarkan pada aksioma dan untuk menyimpulkan semua fenomena yang dapat diamati dari aksioma-aksioma tersebut.[5]:340
Setelah atomisme Demokritus, filsafat mekanis abad ke-17 mengemukakan bahwa semua kekuatan pada akhirnya dapat direduksi menjadi kekuatan kontak antara atom, kemudian dibayangkan sebagai partikel padat kecil.[6]:184
Lukisan Sir Isaac Newton oleh Godfrey Kneller
Pada akhir abad ke-17, deskripsi Isaac Newton tentang kekuatan jarak jauh gravitasi menyiratkan bahwa tidak semua kekuatan di alam dihasilkan dari hal-hal yang bersentuhan. Karya Newton dalam Mathematical Principles of Natural Philosophy-nya membahas hal ini dalam contoh lebih lanjut tentang penyatuan, dalam hal ini menyatukan karya Galileo tentang gravitasi bumi, hukum gerak planet Kepler dan fenomena pasang surut dengan menjelaskan tindakan nyata ini pada jarak di bawah satu hukum: hukum gravitasi universal. [7]
Pada tahun 1814, berdasarkan hasil ini, Laplace dengan terkenal menyarankan bahwa (intelek yang cukup kuat bisa) jika ia mengetahui posisi dan kecepatan setiap partikel pada waktu tertentu, bersama dengan hukum alam, menghitung posisi partikel apa pun di waktu lain. [8]: ch 7
Kecerdasan yang pada saat tertentu akan mengetahui semua kekuatan yang mengatur sifat dalam gerak, dan semua posisi dari semua item yang terdiri dari alam, jika kecerdasan ini juga cukup luas untuk menyerahkan data ini untuk dianalisis, itu akan merangkul dalam satu rumus gerakan benda-benda terbesar di alam semesta dan atom-atom terkecil; untuk intelek seperti itu tidak ada yang pasti dan masa depan seperti masa lalu akan hadir di depan matanya.
- Essai philosophique sur les probabilités, Pendahuluan. 1814
Portrait of Pierre-Simon Laplace (1749–1827). Potret anumerta oleh Jean-Baptiste Paulin Guérin, 1838.
Dengan demikian, Laplace membayangkan kombinasi gravitasi dan mekanika sebagai teori segalanya. Mekanika kuantum modern menyiratkan bahwa ketidakpastian tidak dapat dihindari, dan dengan demikian visi Laplace harus diubah: sebuah teori tentang segala sesuatu harus mencakup gravitasi dan mekanika kuantum.
Pada tahun 1820, Hans Christian Ørsted menemukan hubungan antara listrik dan magnet, memicu dekade kerja yang memuncak pada tahun 1865, dalam teori elektromagnetik James Clerk Maxwell. Selama abad ke-19 hingga awal abad ke-20, secara bertahap menjadi jelas bahwa banyak contoh umum kekuatan - kekuatan kontak, elastisitas, viskositas, gesekan, dan tekanan - hasil dari interaksi listrik antara partikel terkecil materi.
Michael Faraday, 1842, oleh Thomas Phillips
Dalam eksperimennya pada tahun 1849–50, Michael Faraday adalah orang pertama yang mencari penyatuan gravitasi dengan listrik dan magnet.[9] Namun, dia tidak menemukan koneksi (hubungannya).
Pada tahun 1900, David Hilbert menerbitkan daftar masalah matematika yang terkenal. Dalam masalah keenam Hilbert, dia menantang para peneliti untuk menemukan dasar aksiomatik untuk semua fisika. Dalam masalah ini dia meminta apa yang hari ini disebut teori segalanya.[10]
Pada akhir tahun 1920-an, mekanika kuantum baru menunjukkan bahwa ikatan kimia antara atom adalah contoh dari kekuatan listrik (kuantum), yang membenarkan kebencian Dirac bahwa "hukum fisika yang mendasarinya diperlukan untuk teori matematika dari sebagian besar fisika dan keseluruhan kimia. demikian sepenuhnya diketahui".[11]
Setelah 1915, ketika Albert Einstein menerbitkan teori gravitasi (relativitas umum), pencarian teori medan terpadu yang menggabungkan gravitasi dengan elektromagnetisme dimulai dengan minat baru. Pada zaman Einstein, gaya kuat dan lemah belum ditemukan, namun, ia menemukan potensi keberadaan dua kekuatan-gravitasi dan elektromagnetisme yang berbeda-lain - jauh lebih memikat. Ini meluncurkan perjalanannya selama tiga puluh tahun untuk mencari apa yang disebut "teori medan terpadu" yang diharapkannya akan menunjukkan bahwa kedua gaya ini benar-benar merupakan manifestasi dari salah satu prinsip utama yang mendasar.
Albert Einstein 1921 oleh F Schmutzer
Selama beberapa dekade terakhir hidupnya, pencarian quixotic ini mengisolasi Einstein dari arus utama fisika. Maklum, arus utama justru jauh lebih bersemangat tentang kerangka mekanika kuantum yang baru muncul. Einstein menulis kepada seorang teman pada awal tahun 1940-an, "Saya telah menjadi orang tua yang kesepian yang terutama dikenal karena dia tidak mengenakan kaus kaki dan yang dipamerkan sebagai rasa ingin tahu pada acara-acara khusus." Kontributor terkemuka adalah Gunnar Nordström, Hermann Weyl, Arthur Eddington, David Hilbert,[12] Theodor Kaluza, Oskar Klein (lihat teori Kaluza-Klein), dan yang paling terkenal, Albert Einstein dan rekan-rekannya. Einstein sangat mencari, tetapi akhirnya gagal menemukan, teori pemersatu.[13]: ch 17 (Tapi lihat: persamaan Einstein – Maxwell – Dirac.) Lebih dari setengah abad kemudian, impian Einstein untuk menemukan teori yang bersatu telah menjadi Cawan Suci fisika modern.
b. Abad 20
Pada abad ke-20, pencarian teori pemersatu terganggu oleh penemuan gaya nuklir yang kuat dan lemah (atau interaksi), yang berbeda baik dari gravitasi maupun dari elektromagnetisme. Hambatan lebih lanjut adalah penerimaan bahwa dalam ToE, mekanika kuantum harus dimasukkan dari awal, dari pada muncul sebagai konsekuensi dari teori terpadu yang deterministik, seperti yang diharapkan Einstein.
Gravitasi dan elektromagnetisme selalu bisa hidup berdampingan secara damai sebagai entri dalam daftar kekuatan klasik, tetapi selama bertahun-tahun tampaknya gravitasi bahkan tidak dapat dimasukkan ke dalam kerangka kuantum, apalagi disatukan dengan gaya fundamental lainnya. Untuk alasan ini, bekerja pada penyatuan, untuk sebagian besar abad kedua puluh, berfokus pada pemahaman tiga gaya "kuantum": elektromagnetisme dan gaya inti lemah serta gaya inti kuat. Dua yang pertama digabungkan pada tahun 1967–68 oleh Sheldon Glashow, Steven Weinberg, dan Abdus Salam menjadi pasukan "elektrik".[14] Unifikasi elektrolit adalah simetri rusak: gaya elektromagnetik dan lemah tampak berbeda pada energi rendah karena partikel yang membawa gaya lemah, boson W dan Z, memiliki massa 80,4 GeV / c2 dan 91,2 GeV / c2, sedangkan foton , yang membawa gaya elektromagnetik, tidak bermassa. Pada energi yang lebih tinggi, W dan Z dapat dibuat dengan mudah dan sifat terpadu dari gaya menjadi jelas.
Model Standar partikel dasar (lebih banyak penggambaran skematik), dengan tiga generasi materi, Gauge boson di kolom keempat, dan boson Higgs di kolom kelima.
Sementara gaya kuat dan elektro-lemah berdampingan dengan damai dalam Model Standar fisika partikel, mereka tetap berbeda. Sejauh ini, pencarian untuk teori segalanya dengan demikian tidak berhasil pada dua poin: tidak satu penyatuan gaya kuat dan elektro - yang mana Laplace akan disebut 'kekuatan kontak' - atau penyatuan kekuatan-kekuatan ini dengan gravitasi juga belum tercapai.
2. FISIKA MODERN
a. Urutan Teori Konvensional
Teori Segalanya akan menyatukan semua interaksi mendasar alam: gravitasi, interaksi kuat, interaksi lemah, dan elektromagnetisme. Karena interaksi yang lemah dapat mengubah partikel dasar dari satu jenis ke jenis lainnya, ToE juga harus menghasilkan pemahaman mendalam tentang berbagai jenis partikel yang mungkin. Jalur asumsi yang biasa diberikan dalam grafik berikut, di mana setiap langkah penyatuan mengarah satu tingkat ke atas:
Dalam grafik ini, unifikasi elektro-lemah terjadi pada sekitar 100 GeV, unifikasi besar diprediksi terjadi pada 1016 GeV, dan penyatuan kekuatan GUT dengan gravitasi diharapkan pada energi Planck, kira-kira 1019 GeV.
Beberapa Grand Unified Theories (GUTs) telah diusulkan untuk menyatukan elektromagnetisme dan kekuatan lemah dan kuat. Penyatuan besar akan menyiratkan adanya kekuatan elektronuklir; diharapkan untuk diatur pada energi orde 1016 GeV, jauh lebih besar dari pada yang bisa dicapai oleh akselerator partikel berbasis Bumi yang mungkin. Meskipun GUTs yang paling sederhana telah dikesampingkan secara eksperimental, gagasan umum, terutama ketika dikaitkan dengan supersimetri, tetap menjadi kandidat favorit dalam komunitas fisika teoretis. Supersymmetric GUT tampaknya masuk akal tidak hanya untuk "keindahan" teoritis mereka, tetapi karena mereka secara alami menghasilkan materi gelap dalam jumlah besar, dan karena kekuatan inflasi mungkin terkait dengan fisika GUT (meskipun tampaknya tidak membentuk bagian yang tak terhindarkan dari teori) . Namun, GUT jelas bukan jawaban akhir; kedua model standar saat ini dan semua GUT yang diusulkan adalah teori medan kuantum yang membutuhkan teknik problematik renormalisasi untuk menghasilkan jawaban yang masuk akal. Ini biasanya dianggap sebagai tanda bahwa ini hanya teori medan yang efektif, menghilangkan fenomena krusial hanya relevan pada energi yang sangat tinggi.[2]
Langkah terakhir dalam grafik membutuhkan penyelesaian pemisahan antara mekanika kuantum dan gravitasi, sering disamakan dengan relativitas umum. Banyak peneliti memusatkan upaya mereka pada langkah spesifik ini; Namun demikian, tidak ada teori gravitasi kuantum yang diterima - dan dengan demikian tidak ada teori yang diterima tentang semuanya - telah muncul. Biasanya diasumsikan bahwa ToE juga akan menyelesaikan masalah sisa GUT.
Selain menjelaskan kekuatan yang tercantum dalam grafik, ToE juga dapat menjelaskan status setidaknya dua kekuatan kandidat yang disarankan oleh kosmologi modern: gaya inflasi dan energi gelap. Lebih jauh, eksperimen kosmologis juga menunjukkan keberadaan materi gelap, yang konon terdiri dari partikel-partikel fundamental di luar skema model standar. Namun, keberadaan gaya dan partikel ini belum terbukti.
b. Teori Dawai dan Teori M
Sejak tahun 1990-an, beberapa fisikawan percaya bahwa teori M 11-dimensi, yang dijelaskan dalam beberapa batasan oleh salah satu dari lima teori superstring yang mengganggu, dan di lain oleh supergravitasi supersimetrik 11-dimensi maksimum, adalah teori dari segalanya. Namun, tidak ada konsensus yang luas tentang masalah ini.
Sifat mengejutkan dari Teori dawai / teori M adalah bahwa dimensi tambahan diperlukan untuk konsistensi teori. Dalam hal ini, teori dawai dapat dilihat sebagai membangun wawasan teori Kaluza-Klein, di mana disadari bahwa penerapan relativitas umum ke alam semesta lima-dimensi (dengan salah satunya kecil dan meringkuk) [diperlukan klarifikasi] terlihat dari perspektif empat dimensi seperti relativitas umum biasa bersama dengan elektrodinamika Maxwell. Hal ini memberikan kepercayaan kepada gagasan tentang pengukur dan interaksi gravitasi, dan untuk dimensi tambahan, tetapi tidak membahas persyaratan eksperimental yang rinci. Properti penting lainnya dari teori dawai adalah supersimetrinya, yang bersama dengan dimensi ekstra adalah dua proposal utama untuk menyelesaikan masalah hierarki model standar, yang (kira-kira) pertanyaan mengapa gravitasi jauh lebih lemah dari pada gaya lainnya. Solusi ekstra-dimensi melibatkan memungkinkan gravitasi untuk menyebar ke dimensi lain sambil menjaga gaya lain terbatas pada ruang-waktu empat dimensi, sebuah ide yang telah direalisasikan dengan mekanisme string eksplisit.[15]
Zome model dari sistem akar E8, diproyeksikan ke dalam tiga ruang, dan diwakili oleh simpul dari 421 politop
Penelitian teori dawai telah didorong oleh berbagai faktor teoretis dan eksperimental. Di sisi eksperimental, isi partikel dari model standar yang dilengkapi dengan massa neutrino cocok menjadi representasi spinor SO (10), subkelompok E8 yang secara rutin muncul dalam teori dawai, seperti dalam teori dawai heterotik [16] atau (kadang-kadang ekuivalen) dalam teori F.[17] Teori dawai memiliki mekanisme yang dapat menjelaskan mengapa fermion datang dalam tiga generasi hierarkis, dan menjelaskan tingkat pencampuran antara generasi quark.[18] Di sisi teoritis, telah mulai membahas beberapa pertanyaan kunci dalam gravitasi kuantum, seperti menyelesaikan paradoks informasi lubang hitam, menghitung entropi lubang hitam yang benar [19] dan memungkinkan proses perubahan topologi.[20] Hal ini juga menyebabkan banyak wawasan dalam matematika murni dan dalam teori pengukur yang dipasangkan secara umum karena dualitas Gauge / Dawai.
Pada akhir 1990-an, tercatat bahwa satu rintangan utama dalam upaya ini adalah bahwa jumlah alam semesta empat-dimensi yang mungkin sangat besar. Dimensi kecil yang "meringkuk" dapat dipadatkan dalam sejumlah besar cara yang berbeda (satu perkiraan 10500) yang masing-masing mengarah ke sifat yang berbeda untuk partikel energi rendah dan gaya. Rangkaian model ini dikenal sebagai lanskap teori dawai [5]: 347
Salah satu solusi yang diusulkan adalah bahwa banyak atau semua kemungkinan ini diwujudkan dalam satu atau sejumlah besar alam semesta, tetapi hanya sebagian kecil saja yang bisa dihuni. Oleh karena itu, apa yang biasanya kita bayangkan sebagai konstanta fundamental alam semesta pada akhirnya adalah hasil dari prinsip antropis dari pada didikte oleh teori. Ini telah menyebabkan kritik terhadap teori dawai, [21] dengan alasan bahwa ia tidak dapat membuat prediksi berguna (yaitu, asli, dapat dipalsukan, dan dapat diverifikasi) dan menganggapnya sebagai pseudosains. Lainnya tidak setuju, [22] dan teori dawai tetap menjadi topik investigasi yang sangat aktif dalam teori fisika.
c. Loop Gravitasi Kuantum
Penelitian saat ini pada loop gravitasi kuantum pada akhirnya dapat memainkan peran mendasar dalam ToE, tetapi itu bukan tujuan utamanya.[23] Juga loop gravitasi kuantum memperkenalkan batas bawah pada skala panjang yang mungkin.
Preon diprediksi ada 2 tipe, 1 bermuatan positif 0,1666 dan yang lainnya bermuatan negatif 0,1666
Ada klaim baru-baru ini bahwa loop gravitasi kuantum mungkin dapat mereproduksi fitur menyerupai Model Standar. Sejauh ini hanya generasi pertama fermion (lepton dan quark) dengan sifat paritas yang benar telah dimodelkan oleh Sundance Bilson-Thompson (fisikawan partikel teoritis berkebangsaan Australia) menggunakan preons yang merupakan kepang ruang-waktu sebagai blok bangunan.[24] Namun, tidak ada derivasi dari Lagrangian yang akan menggambarkan interaksi partikel-partikel tersebut, juga tidak mungkin untuk menunjukkan bahwa partikel-partikel tersebut adalah fermion, atau bahwa kelompok pengukur atau interaksi dari Model Standar direalisasikan. Pemanfaatan konsep komputasi kuantum memungkinkan untuk menunjukkan bahwa partikel mampu bertahan dari fluktuasi kuantum.[25]
Model ini mengarah pada interpretasi muatan listrik dan warna sebagai kuantitas topologi (listrik sebagai nomor dan chirality tikungan dilakukan pada pita individu dan warna sebagai varian memutar seperti untuk muatan listrik tetap).
Makalah asli Bilson-Thompson menyarankan bahwa fermion generasi yang lebih tinggi dapat diwakili oleh kepangan yang lebih rumit, meskipun konstruksi eksplisit dari struktur ini tidak diberikan. Muatan listrik, warna, dan sifat paritas fermion seperti itu akan muncul dengan cara yang sama seperti pada generasi pertama. Model ini secara umum digeneralisasikan untuk jumlah generasi yang tak terbatas dan untuk boson gaya lemah (tetapi tidak untuk foton atau gluon) dalam makalah tahun 2008 oleh Bilson-Thompson, Hackett, Kauffman dan Smolin.[26]
d. Upaya Lain
Perkembangan terakhir adalah teori sistem fermion kausal,[27] memberikan dua teori fisik saat ini (teori relativitas umum dan teori medan kuantum) sebagai pembatas kasus. Upaya terakhir disebut Set Kausal.
Seperti beberapa pendekatan yang disebutkan di atas, tujuan langsungnya tidak harus mencapai ToE tetapi terutama teori kerja gravitasi kuantum, yang akhirnya mungkin termasuk model standar dan menjadi kandidat untuk ToE. Prinsip dasarnya adalah bahwa ruang-waktu secara mendasar bersifat diskrit dan bahwa peristiwa ruang-waktu terkait dengan urutan parsial. Urutan parsial ini memiliki makna fisik dari hubungan sebab-akibat antara peristiwa ruang-waktu masa lalu yang berbeda di masa lalu dan masa depan.
Sistem akar E8, dengan masing-masing root ditugaskan ke eld partikel dasar.
Di luar upaya yang disebutkan sebelumnya ada proposal E8 Garrett Lisi. Teori ini memberikan upaya untuk mengidentifikasi relativitas umum dan model standar dalam kelompok Aljabar Lie E8. Teori ini tidak memberikan prosedur kuantisasi baru dan penulis menyarankan kuantifikasinya mungkin mengikuti pendekatan Loop Gravitasi Kuantum yang disebutkan di atas.[28]
Triangulasi dinamik kausal tidak mengasumsikan arena yang sudah ada sebelumnya (ruang dimensi), melainkan mencoba menunjukkan bagaimana ruang-waktu kain itu sendiri berevolusi. Model Untai Christoph Schiller mencoba untuk memperhitungkan simetri pengukur Model Standar fisika partikel, U (1) × SU (2) × SU (3), dengan tiga gerakan Reidemeister dari teori simpul dengan menyamakan setiap partikel dasar dengan yang berbeda kusut satu, dua, atau tiga helai (selektif simpul utama panjang atau kurva tanpa jahitan, kusut rasional, atau kusut jalinan masing-masing). Upaya lain mungkin terkait dengan ER = EPR, sebuah dugaan dalam fisika yang menyatakan bahwa partikel terjerat dihubungkan oleh lubang cacing/wormhole (atau jembatan Einstein-Rosen).[29]
Saat ini, tidak ada kandidat teori dari segala sesuatu yang mencakup model standar fisika partikel dan relativitas umum. Sebagai contoh, tidak ada teori kandidat yang mampu menghitung konstanta struktur halus atau massa elektron. Sebagian besar fisikawan partikel mengharapkan bahwa hasil dari percobaan yang sedang berlangsung - pencarian partikel baru pada akselerator partikel besar dan materi gelap - diperlukan untuk memberikan masukan lebih lanjut untuk ToE.
3. FILOSOFI
Implikasi filosofis dari ToE fisik sering diperdebatkan. Sebagai contoh, jika fisikisme filosofis benar, ToE fisik akan bertepatan dengan teori filosofis dari segalanya.
Gaya "membangun sistem" metafisika mencoba menjawab semua pertanyaan penting dengan cara yang koheren, memberikan gambaran lengkap tentang dunia. Aristoteles adalah filsuf pertama dan paling terkemuka yang telah mencoba sistem komprehensif seperti itu dalam Metafisika. Sementara Aristoteles membuat kontribusi penting untuk semua ilmu pengetahuan dalam hal metode logika dan prinsip pertama kausalitasnya, ia kemudian dibohongi oleh filsuf Pencerahan modern masa depan.
Seperti Immanuel Kant yang mengkritiknya karena gagasannya tentang Tuhan sebagai penyebab pertama. Isaac Newton dan Matematis Principles of Natural Philosophy-nya merupakan upaya paling menyeluruh yang mencakup semua teori hingga abad ke-20 dan Teori Relativitas Umum Albert Einstein. Setelah David Hume menyerang metode induktif yang digunakan dalam semua sains, Idealis Jerman seperti Kant dan G.W.F. Hegel - dan banyak reaksi filosofis yang mereka terinspirasi - mengambil keputusan yang diputuskan dari filsafat alam dan ilmu-ilmu fisik dan berfokus pada isu-isu persepsi, kognisi, kesadaran, dan akhirnya bahasa.
4. ARGUMEN YANG MENENTANG
a. Teorema Ketidaklengkapan Gödel
Sejumlah sarjana mengklaim bahwa teorema ketidaklengkapan Gödel menunjukkan setiap upaya untuk membangun ToE pasti gagal. Teorema Gödel, secara informal menyatakan, menegaskan bahwa setiap teori formal cukup ekspresif untuk fakta-fakta aritmatika dasar untuk diungkapkan dan cukup kuat bagi mereka untuk dibuktikan tidak konsisten (baik pernyataan maupun penolakannya dapat diturunkan dari aksioma-nya) atau tidak lengkap, dalam merasakan bahwa ada pernyataan yang benar yang tidak dapat diturunkan dalam teori formal.
Stanley Jaki, dalam bukunya 1966 The Relevance of Physics, menunjukkan bahwa, karena setiap "teori tentang segala sesuatu" pasti akan menjadi teori matematika non-trivial yang konsisten, itu pasti tidak lengkap. Dia mengklaim bahwa malapetaka ini mencari teori deterministik dari segala sesuatu. [30]
Freeman Dyson telah menyatakan bahwa "teorema Gödel menyiratkan bahwa matematika murni tidak pernah habis. Tidak peduli berapa banyak masalah yang kita selesaikan, akan selalu ada masalah lain yang tidak dapat dipecahkan dalam aturan yang ada. [...] Karena teorema Gödel, fisika tidak akan habis-habis juga. Hukum fisika adalah seperangkat aturan terbatas, dan termasuk aturan untuk melakukan matematika, sehingga teorema Gödel berlaku untuk mereka. "[31]
Stephen Hawking di NASA StarChild Learning Center, 1980-an
Stephen Hawking awalnya percaya pada Teori Segalanya tetapi, setelah mempertimbangkan Teorema Gödel, menyimpulkan bahwa yang satu tidak dapat diperoleh: "Beberapa orang akan sangat kecewa jika tidak ada teori pamungkas, yang dapat dirumuskan sebagai sejumlah prinsip yang terbatas. Saya pernah menjadi anggota kamp itu, tetapi saya berubah pikiran. "[32]
Jürgen Schmidhuber (1997) menentang pandangan ini; ia menunjukkan bahwa teorema Gödel tidak relevan untuk fisika komputasi. [33] Pada tahun 2000, Schmidhuber secara eksplisit membangun alam semesta komputasi-terbatas, deterministik yang pseudo-randomness berdasarkan pada masalah yang tidak dapat ditentukan, Gödel-like halting sangat sulit untuk dideteksi tetapi sama sekali tidak mencegah ToE formal dapat dijelaskan oleh sangat sedikit bit informasi.
Kritik terkait ditawarkan oleh Solomon Feferman, [34] salah satunya. Douglas S. Robertson menawarkan permainan kehidupan Conway sebagai contoh: [35] Aturan dasarnya sederhana dan lengkap, tetapi ada pertanyaan formal tentang perilaku permainan. Secara analog, mungkin (atau mungkin tidak) untuk sepenuhnya menyatakan aturan fisika yang mendasarinya dengan sejumlah hukum yang terdefinisi dengan baik, tetapi ada sedikit keraguan bahwa ada pertanyaan tentang perilaku sistem fisik yang secara formal tidak dapat diputuskan pada dasar dari hukum-hukum yang mendasarinya.
Karena sebagian besar fisikawan akan mempertimbangkan pernyataan dari aturan yang mendasarinya untuk mencukupi sebagai definisi dari "teori segalanya", sebagian besar fisikawan berpendapat bahwa Teorema Gödel tidak berarti bahwa ToE tidak dapat eksis. Di sisi lain, para cendekiawan yang memohon Teorema Gödel muncul, setidaknya dalam beberapa kasus, untuk tidak mengacu pada aturan yang mendasarinya, tetapi untuk memahami perilaku semua sistem fisik, seperti ketika Hawking menyebutkan mengatur blok ke dalam empat persegi panjang, memutar perhitungan bilangan prima menjadi pertanyaan fisik. [32] Perbedaan definisi ini dapat menjelaskan beberapa ketidaksepakatan di antara para peneliti.
b. Batas fundamental dalam akurasi
Tidak ada teori fisik hingga saat ini yang diyakini akurat. Alih-alih, fisika telah berjalan dengan serangkaian "perkiraan berurutan" yang memungkinkan prediksi yang lebih akurat terhadap fenomena yang lebih luas dan lebih luas. Beberapa fisikawan percaya bahwa itu adalah kesalahan untuk mengacaukan model teoritis dengan sifat sebenarnya dari kenyataan, dan berpendapat bahwa rangkaian perkiraan tidak akan pernah berakhir dalam "kebenaran". Einstein sendiri menyatakan pandangan ini pada kesempatan. [36] Mengikuti pandangan ini, kita mungkin berharap teori tentang segala sesuatu yang secara mandiri menggabungkan semua gaya yang dikenal saat ini, tetapi kita seharusnya tidak mengharapkannya menjadi jawaban akhir.
Di sisi lain, sering diklaim bahwa, meskipun tampaknya semakin kompleks matematika setiap teori baru, dalam arti mendalam terkait dengan simetri pengukur yang mendasari mereka dan jumlah konstanta fisik tanpa dimensi, teori menjadi lebih sederhana. Jika ini kasusnya, proses penyederhanaan tidak dapat berlanjut tanpa batas.
c. Kurangnya hukum dasar
Ada perdebatan filosofis dalam komunitas fisika, apakah teori segalanya pantas disebut hukum dasar alam semesta. [14]:Chp 2 Satu pandangan adalah posisi reduksionis keras bahwa ToE adalah hukum fundamental dan bahwa semua teori lain yang berlaku di alam semesta adalah konsekuensi dari ToE. Pandangan lain adalah bahwa hukum-hukum yang muncul, yang mengatur perilaku sistem yang kompleks, harus dilihat sebagai fundamental yang sama. Contoh hukum yang muncul adalah hukum termodinamika kedua dan teori seleksi alam. Para pendukung kemunculannya berpendapat bahwa hukum-hukum yang muncul, terutama yang menggambarkan sistem kompleks atau hidup tidak bergantung pada hukum tingkat rendah dan mikroskopis. Dalam pandangan ini, hukum yang muncul sama fundamentalnya dengan ToE.
Perdebatan tidak membuat titik yang diperjuangkan menjadi jelas. Mungkin satu-satunya masalah yang dipertaruhkan adalah hak untuk menerapkan istilah status-tinggi "mendasar" untuk masing-masing subjek penelitian. Perdebatan terkenal tentang ini terjadi antara Steven Weinberg dan Philip Anderson
d. Mustahil menjadi "segalanya"
Meskipun nama "teori segalanya" menunjukkan determinisme dari kutipan Laplace, ini memberikan kesan yang sangat menyesatkan. Determinisme frustrasi oleh sifat probabilistik dari prediksi mekanika kuantum, oleh kepekaan ekstrem terhadap kondisi awal yang mengarah ke kekacauan matematika, oleh keterbatasan karena cakrawala peristiwa, dan oleh kesulitan matematika ekstrem menerapkan teori. Dengan demikian, meskipun model standar fisika partikel "pada prinsipnya" memprediksi hampir semua fenomena non-gravitasi yang dikenal, dalam praktiknya hanya beberapa hasil kuantitatif yang diturunkan dari teori penuh (mis., Massa dari beberapa hadron yang paling sederhana), dan hasil ini (terutama massa partikel yang paling relevan untuk fisika energi rendah) kurang akurat dari pada pengukuran eksperimental yang ada. ToE hampir pasti akan lebih sulit untuk menerapkan prediksi hasil eksperimen, dan dengan demikian mungkin penggunaannya terbatas.
Motif untuk mencari ToE, terlepas dari kepuasan intelektual murni menyelesaikan pencarian berabad-abad, adalah bahwa contoh sebelumnya dari penyatuan telah meramalkan fenomena baru, beberapa di antaranya (misalnya, generator listrik) telah terbukti sangat praktis pentingnya. Dan seperti dalam contoh-contoh penyatuan sebelumnya, ToE mungkin akan memungkinkan kita untuk secara yakin mendefinisikan domain validitas dan kesalahan sisa dari pendekatan energi rendah ke teori penuh.
e. Jumlah lapisan bawang yang tak terbatas
Frank Close secara teratur berpendapat bahwa lapisan alam mungkin seperti lapisan bawang, dan bahwa jumlah lapisan mungkin tidak terbatas. [37] Ini akan menyiratkan urutan teori fisik yang tak terbatas. Argumen ini tidak diterima secara universal, karena tidak jelas bahwa infinity adalah konsep yang berlaku untuk fondasi alam.
f. Ketidak-mungkinan perhitungan
Weinberg [14] : 5 menunjukkan bahwa menghitung gerakan yang tepat dari proyektil yang sebenarnya di atmosfer Bumi adalah mustahil. Jadi bagaimana kita tahu kita memiliki teori yang memadai untuk menggambarkan gerakan proyektil? Weinberg menyarankan agar kita mengetahui prinsip-prinsip (hukum gerak dan gravitasi Newton) yang bekerja "cukup baik" untuk contoh-contoh sederhana, seperti gerak planet-planet dalam ruang kosong.
Steven Weinberg di Festival Buku Texas 2010
Prinsip-prinsip ini telah bekerja dengan sangat baik pada contoh-contoh sederhana yang dapat kita yakini akan bekerja untuk contoh yang lebih kompleks. Sebagai contoh, meskipun relativitas umum termasuk persamaan yang tidak memiliki solusi pasti, itu diterima secara luas sebagai teori yang valid karena semua persamaannya dengan solusi yang tepat telah diverifikasi secara eksperimental. Demikian juga, ToE harus bekerja untuk berbagai contoh sederhana sedemikian rupa sehingga kita dapat cukup yakin itu akan bekerja untuk setiap situasi dalam fisika.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Stephen W. Hawking. 2006. The Theory of Everything: The Origin and Fate of the Universe. Phoenix Books; Special Anniv.
[2] Carlip, Steven. 2001. "Quantum Gravity: a Progress Report". Reports on Progress in Physics 64 (8): 885.
[3] Ellis, John. 2002. "Physics gets physical (correspondence)". Nature 415 (6875): 957.
[4] Ellis, John. 1986. "The Superstring: Theory of Everything, or of Nothing?". Nature 323 (6089): 595–598.
[5] Chris Impey. 2012. How It Began: A Time-Traveler's Guide to the Universe. W. W. Norton.
[6] William E. Burns. 2001. The Scientific Revolution: An Encyclopedia. ABC-CLIO.
[7] Newton, Sir Isaac. 1729. The Mathematical Principles of Natural Philosophy. II. p. 255.
[8] Sean Carroll. 2010. From Eternity to Here: The Quest for the Ultimate Theory of Time. Penguin Group US.
[9] Faraday, M. 1850. Experimental Researches in Electricity. Twenty-Fourth Series. On the Possible Relation of Gravity to Electricity. Abstracts of the Papers Communicated to the Royal Society of London. 5: 994–995.
[10] Gorban, Alexander N.; Karlin, Ilya. 2013. Hilbert's 6th Problem: Exact and approximate hydrodynamic manifolds for kinetic equations. Bulletin of the American Mathematical Society. 51 (2): 187.
[11] Dirac, P.A.M. 1929. Quantum mechanics of many-electron systems. Proceedings of the Royal Society of London A. 123 (792): 714.
[12] Majer, Ulric. Tilman Sauer. 2004. Hilbert's 'World Equations' and His Vision of a Unified Science. Einstein Studies Vol. 11 259-276.
[13] Abraham Pais. 1982. Subtle is the Lord : The Science and the Life of Albert Einstein: The Science and the Life of Albert Einstein. Oxford University Press.
[14] Steven Weinberg. 1993. Dreams of a Final Theory: The Scientist's Search for the Ultimate Laws of Nature. Knopf Doubleday Publishing Group.
[15] Holloway, M. 2005. The Beauty of Branes. Scientific American. Scientific American. 293 (4): 38.
[16] Nilles, Hans Peter; Ramos-Sánchez, Saúl; Ratz, Michael; Vaudrevange, Patrick K. S. 2008. From strings to the MSSM. The European Physical Journal C. 59 (2): 249.
[17] Beasley, Chris; Heckman, Jonathan J; Vafa, Cumrun. 2009. GUTs and exceptional branes in F-theory — I. Journal of High Energy Physics. 2009: 058.
[18] Heckman, Jonathan J.; Vafa, Cumrun. 2008. Flavor Hierarchy from F-theory. Nuclear Physics B. 837: 137–151.
[19] Strominger, Andrew; Vafa, Cumrun. 1996. Microscopic origin of the Bekenstein-Hawking entropy. Physics Letters B. 379: 99.
[20] Greene, Brian R.; Morrison, David R.; Strominger, Andrew. 1995. Black hole condensation and the unification of string vacua. Nuclear Physics B. 451: 109.
[21] Smolin, Lee. 2006. The Trouble With Physics: The Rise of String Theory, the Fall of a Science, and What Comes Next. Houghton Mifflin.
[22] Duff, M. J. 2011. String and M-Theory: Answering the Critics. Foundations of Physics. 43: 182.
[23] Potter, Franklin. 2005. Leptons And Quarks In A Discrete Spacetime. Frank Potter's Science Gems.
[24] Bilson-Thompson, Sundance O.; Markopoulou, Fotini; Smolin, Lee. 2007. Quantum gravity and the standard model. Classical and Quantum Gravity. 24 (16): 3975–3994.
[25] Castelvecchi, Davide; Valerie Jamieson. 2006. You are made of space-time. New Scientist (2564).
[26] Sundance Bilson-Thompson; Jonathan Hackett; Lou Kauffman; Lee Smolin. 2008. Particle Identifications from Symmetries of Braided Ribbon Network Invariants. arXiv:0804.0037
[27] F. Finster; J. Kleiner. 2015. Causal fermion systems as a candidate for a unified physical theory. Journal of Physics: Conference Series. 626 (2015): 012020.
[28] A. G. Lisi. 2007. An Exceptionally Simple Theory of Everything. arXiv:0711.0770
[29] Staff. 2016. This New Equation Could Unite The Two Biggest Theories in Physics. futurism.com.
[30] Jaki, S.L. 1966. The Relevance of Physics. Chicago Press. pp. 127–130.
[31] Freeman Dyson, NYRB, May 13, 2004
[32] Stephen Hawking. 2002. Gödel and the end of physics. http://www.damtp.cam.ac.uk
[33] Schmidhuber, Jürgen. 1997. A Computer Scientist's View of Life, the Universe, and Everything. Lecture Notes in Computer Science. Springer. pp. 201–208.
[34] Feferman, Solomon. 2006. The nature and significance of Gödel's incompleteness theorems. Institute for Advanced Study.
[35] Robertson, Douglas S. 2007. Goedel's Theorem, the Theory of Everything, and the Future of Science and Mathematics. Complexity. 5 (5): 22–27.
[36] Einstein, letter to Felix Klein, 1917. On determinism and approximations. Quoted in Pais (1982), Ch. 17.
[37] Close, Frank. 2006. The New Cosmic Onion: Quarks and the Nature of the Universe. CRC Press; Revised Edition.
Komentar berhasil disembunyikan.