Dua pilar besar fisika modern adalah mekanika kuantum dan relativitas umum. Teori-teori ini menggambarkan fenomena skala kecil dan skala besar, masing-masing. Sementara mekanika kuantum memprediksi bentuk atom hidrogen, relativitas umum menjelaskan sifat-sifat alam semesta yang terlihat pada skala terbesar.
Tujuan lama fisika adalah untuk membangun teori baru yang mencakup skala besar dan kecil dengan cara yang konsisten, menghasilkan apa yang kadang-kadang disebut “teori segalanya”. Jika berhasil, perusahaan ini berjanji akan memberikan dasar baru untuk memahami hukum fisika dan sejarah alam semesta.
Secara historis, fisikawan memandang elektron sebagai partikel titik tetapi dalam teori string mereka dipahami sebagai string bergetar dengan ketebalan nol dan panjang menit. Dalam perkembangan awal teori, entitas fundamental yang dipelajari — materi dan medan — dijelaskan dalam bentuk string mikroskopis. Untuk menyelidiki senar secara langsung, kita akan membutuhkan akselerator yang jauh lebih kuat daripada yang tersedia saat ini.
Beberapa tahun lalu, Large Hadron Collider (LHC) di CERN berhasil mendeteksi Higgs boson, partikel yang memberi massa pada partikel lain. Tetapi bahkan LHC tidak dapat secara langsung “melihat” string yang membentuk partikel. Jadi, praktisi di lapangan sedang mencari indikasi “fisika string”, prediksi teori terpadu yang melampaui mekanika kuantum dan relativitas umum dan yang akan memvalidasi pendekatan umum. Teori string juga memiliki banyak kritikus yang mengecam kurangnya prediksi yang dapat diverifikasi.
Teori string telah menghasilkan beberapa hasil yang indah dalam simbiosis matematika dan fisika. Ide-ide baru terus bermunculan. Penemuan bran — objek yang tidak dikenali sebagai bagian tak terpisahkan dari teori sebelum 1995 — sangat memperkaya isinya. Sebuah titik berhubungan dengan bran-0, string dengan bran-1, dan membran dengan bran-2, dan ada juga bran-bran yang berorde lebih tinggi. Sebuah bran-D seperti penggulung tempat seutas tali dapat ditambatkan. Senar dapat memanjang di antara bran-D dan sifat fisik bran sangat berbeda dari dawai yang pertama kali memulai cerita. Masih belum jelas bagaimana cara terbaik untuk memanfaatkan seluruh isi yang ada untuk membangun teori segala sesuatu yang sulit dipahami.
Validasi dari Langit
Teori string terus memukau mereka yang mempelajarinya. Kita hidup di dunia dengan tiga dimensi ruang dan satu dimensi waktu. Ruangwaktu empat dimensi adalah arena di mana relativitas umum dimainkan. Tetapi teori string membutuhkan dimensi ekstra jika ingin masuk akal secara fisik: teori string supersimetris membutuhkan 10 dimensi. Jika alam semesta memiliki 10 dimensi dan kita hanya melihat tiga, di mana yang hilang? Satu kemungkinan adalah bahwa dimensi “ekstra” sangat kecil sehingga secara efektif tersembunyi dari pandangan.
Kami umumnya menganggap string yang mewakili partikel subatom sangat kecil. Namun, sejarah Semesta mengacaukan pembagian antara skala kecil dan besar. Semesta kita kemungkinan mengalami periode ekspansi cepat pada waktu paling awal, sebuah proses yang disebut inflasi, membentang skala mikroskopis ke makroskopik. Saya berbicara dengan Profesor David Chernoff dari Cornell University, yang mengunjungi UCD. Dia menjelaskan bagaimana para astronom bekerja untuk merancang teknik pengamatan untuk mempelajari konsekuensi inflasi.
Secara kasar, peregangan membentuk jaringan string panjang yang membentang melintasi alam semesta yang terlihat dan loop yang lebih kecil yang berosilasi liar. Kedua peninggalan dari zaman inflasi ini dapat dideteksi: mereka dapat membelokkan cahaya atau menghasilkan medan radiasi latar belakang. Deteksi langsung akan memberikan bukti yang mendukung teori string dan kurangnya deteksi (dalam batas) akan membatasi teori itu sendiri.
Kita mungkin harus menunggu beberapa saat untuk teori baru yang dapat menyatukan model kita saat ini. Ed Witten, salah satu ahli teori string terkemuka, menggambarkannya sebagai “teori abad ke-20 untuk abad ke-21”.