Kristal Ruangwaktu Diusulkan dengan Menempatkan Ruang dan Waktu pada Pijakan yang Sama

Seorang ilmuwan Penn State yang mempelajari struktur kristal telah mengembangkan rumus matematika baru yang dapat memecahkan masalah berusia puluhan tahun dalam memahami ruangwaktu, struktur alam semesta yang diusulkan dalam teori relativitas Einstein.

"Relativitas memberi tahu kita bahwa ruang dan waktu dapat bercampur untuk membentuk satu kesatuan yang disebut ruang-waktu, yang empat dimensi: tiga sumbu ruang dan satu sumbu waktu," kata Venkatraman Gopalan, profesor ilmu material dan teknik dan fisika di Penn State. "Namun, sesuatu tentang sumbu waktu menonjol seperti ibu jari yang sakit.".

Gambar: cdn.idntimes.com

Agar perhitungan bekerja dalam relativitas, para ilmuwan harus memasukkan tanda negatif pada nilai waktu yang tidak harus mereka tempatkan pada nilai ruang. Fisikawan telah belajar untuk bekerja dengan nilai-nilai negatif, tetapi itu berarti bahwa ruang-waktu tidak dapat ditangani dengan menggunakan geometri Euclidean tradisional dan sebaliknya harus dilihat dengan geometri hiperbolik yang lebih kompleks.

Gopalan mengembangkan pendekatan matematika dua langkah yang memungkinkan perbedaan antara ruang dan waktu menjadi kabur, menghilangkan masalah tanda negatif, berfungsi sebagai jembatan antara dua geometri.

"Selama lebih dari 100 tahun, telah ada upaya untuk menempatkan ruang dan waktu pada pijakan yang sama," kata Gopalan. "Tapi itu benar-benar tidak terjadi karena tanda minus ini. Penelitian ini menghilangkan masalah itu setidaknya dalam relativitas khusus. Ruang dan waktu benar-benar berada pada pijakan yang sama dalam pekerjaan ini." Makalah, yang diterbitkan hari ini (27 Mei) di jurnal Acta Crystallographica A , disertai dengan komentar di mana dua fisikawan menulis bahwa pendekatan Gopalan mungkin memegang kunci untuk menyatukan mekanika kuantum dan gravitasi, dua bidang dasar fisika yang belum sepenuhnya bersatu.

"Gagasan Gopalan tentang kristal ruangwaktu relativistik umum dan cara mendapatkannya sangat kuat dan luas," kata Martin Bojowald, profesor fisika di Penn State. "Penelitian ini, sebagian, menyajikan pendekatan baru untuk masalah dalam fisika yang tetap belum terselesaikan selama beberapa dekade."

Selain memberikan pendekatan baru untuk menghubungkan ruang-waktu dengan geometri tradisional, penelitian ini memiliki implikasi untuk mengembangkan struktur baru dengan sifat eksotis, yang dikenal sebagai kristal ruangwaktu.

Kristal mengandung susunan atom yang berulang, dan dalam beberapa tahun terakhir para ilmuwan telah mengeksplorasi konsep kristal waktu, di mana keadaan materi berubah dan berulang dalam waktu juga, seperti tarian. Namun, waktu terputus dari ruang dalam formulasi tersebut. Metode yang dikembangkan oleh Gopalan akan memungkinkan kelas baru kristal ruang-waktu untuk dieksplorasi, di mana ruang dan waktu dapat bercampur.

"Kemungkinan ini dapat mengantarkan kelas metamaterial yang sama sekali baru dengan sifat eksotis yang tidak tersedia di alam, selain memahami atribut fundamental dari sejumlah sistem dinamis," kata Avadh Saxena, fisikawan di Los Alamos National Laboratory.

Metode Gopalan melibatkan pencampuran dua pengamatan terpisah dari peristiwa yang sama. Blending terjadi ketika dua pengamat bertukar koordinat waktu tetapi tetap menjaga koordinat ruang mereka sendiri. Dengan langkah matematis tambahan yang disebut renormalisasi, ini mengarah pada "ruang-waktu campuran yang dinormalisasi kembali."

"Misalnya saya di darat dan Anda terbang di stasiun luar angkasa, dan kita berdua mengamati peristiwa seperti komet yang lewat," kata Gopalan. "Anda membuat pengukuran Anda kapan dan di mana Anda melihatnya, dan saya membuat ukuran saya dari peristiwa yang sama, dan kemudian kita membandingkan catatan. Saya kemudian mengadopsi pengukuran waktu Anda sebagai milik saya, tetapi saya mempertahankan ukuran ruang komet asli saya. Anda pada gilirannya mengadopsi pengukuran waktu saya sebagai milik Anda, tetapi pertahankan pengukuran ruang komet Anda sendiri. Dari sudut pandang matematis, jika kita melakukan pencampuran pengukuran ini, tanda minus yang mengganggu akan hilang.

National Science Foundation mendanai penelitian ini.