Apakah Kita Hidup dalam Sebuah Hologram?

Sebuah korespondensi antara konsep dalam teori fisika dapat membuka jalan untuk menafsirkan Alam Semesta kita dalam dimensi yang lebih sedikit.
Kredit: Kevin Gill/Flickr - CC BY-SA 2.0

Pada akhir tahun 1990-an, para fisikawan teoritis menemukan hubungan luar biasa antara dua konsep yang tampaknya tidak terkait dalam teori fisika. Hubungan itu hampir bersifat teknis, tapi kemungkinan memiliki konsekuensi luas untuk memahami tentang gravitasi dan bahkan Alam Semesta itu sendiri.

Untuk menggambarkan hubungan ini, kita akan memulainya dari sebuah lubang hitam. Para periset telah menemukan bahwa ketika satu bit informasi memasuki lubang hitam, maka luas permukaannya meningkat dalam jumlah yang sangat tepat: yaitu dalam satuan dasar panjang Planck (sama dengan 1,6 x 10^ ^-35 meter, ukuran yang sangat kecil).

Pada awalnya, mungkin tidak akan begitu menarik sekadar mengetahui bahwa lubang hitam semakin membesar saat materi atau energi jatuh ke dalamnya, tapi yang mengejutkan di sini adalah peningkatan tersebut terjadi di area permukaan, bukan pada volume, yang tumbuh sebanding dengan informasi yang terhisap, dan sama sekali tidak seperti objek-objek lainnya di Alam Semesta. Untuk sebagian besar objek yang kita anggap familiar, jika “mengkonsumsi” satu bit informasi, maka volumenya akan bertambah satu unit, dan hanya sebagian kecil terjadi peningkatan di area permukaannya. Tapi, situasinya terbalik dengan lubang hitam. Hal ini seperti informasi tersebut tidak berada di dalam lubang hitam, melainkan hanya menempel di permukaannya.

Dengan demikian, lubang hitam yang adalah sebuah objek tiga dimensi di Alam Semesta tiga dimensi kita, dapat sepenuhnya diwakili oleh permukaan dua dimensi saja. Dan begitulah cara kerja teori hologram.

Sebuah hologram lubang hitam

Hologram adalah representasi dari sebuah sistem yang menggunakan dimensi yang lebih sedikit dan masih dapat dikemas dalam semua informasi dari sistem aslinya. Sebagai contoh, kita hidup dalam tiga dimensi (spasial). Saat berpose untuk selfie, kamera merekam representasi dua dimensi wajah Anda, namun tidak menangkap seluruh informasi. Ketika Anda kemudian memeriksa gambar dan memilih filter, maka Anda tidak dapat, misalnya, melihat bagian belakang kepala Anda, tidak peduli bagaimanapun Anda memutar gambar.

Namun, sebuah hologram akan dapat menyimpan semua informasi tersebut. Meskipun hologram merupakan representasi dua dimensi, Anda akan tetap bisa memeriksanya dari sudut tiga dimensi.

Menggambarkan lubang hitam sebagai sebuah hologram dapat memberikan solusi terhadap apa yang disebut sebagai paradoks informasi lubang hitam, teka-teki ketika informasi tersebut masuk saat materi dikonsumsi oleh lubang hitam. Tapi, itu topik dari artikel lain. Konsep lubang hitam sebagai hologram juga merupakan sebuah contoh bagus untuk mempermudah Anda saat kita melakukan lompatan besar, yaitu untuk mempertimbangkan keseluruhan Alam Semesta.

Hidup dalam batas Alam Semesta

Korespondensi antara cabang fisika yang tampaknya tidak terkait yang saya sampaikan pada awal bagian ini adalah aplikasi dari salah satu teknik holografik yang disebut sebagai AdS-CFT.

AdS adalah singkatan dari “anti-de Sitter,” sebuah solusi khusus untuk relativitas umum Einstein yang menggambarkan Alam Semesta yang benar-benar kosong dengan kelengkungan spasial negatif, atau menurut saya adalah Alam Semesta yang membosankan: tidak mengandung materi atau energi, dengan garis-garis paralel yang nantinya menyimpang karena geometri dasar. Meskipun kemungkinan tidak menggambarkan Alam Semesta tempat kita tinggal, setidaknya secara singkat seperti itulah Alam Semesta, dan model Alam Semesta yang agak hambar ini memiliki sifat matematis yang diperlukan untuk membuat hubungan yang dibutuhkan oleh para teoretikus.

Sisi lain dari korespondensi adalah kerangka kerja yang disebut teori medan konformal. Fisika teoretis sangat buruk dengan teori medan; ia adalah palu yang digunakan oleh para ilmuwan untuk memalu banyak palu kuantum, yang digunakan untuk menggambarkan tiga dari empat kekuatan alam. Elektromagnetisme, kekuatan nuklir yang kuat dan kekuatan nuklir yang lemah semuanya memiliki deskripsi teori medan, dan dalam setengah abad terakhir, kita memiliki banyak penerapan untuk menggunakannya.

Sekarang setelah kita menghilangkan definisi, mari menggali secara lebih dalam mengapa hubungan ini sangat penting.

Katakanlah Anda mencoba memecahkan masalah yang sangat sulit, seperti gravitasi kuantum, menggunakan teori string, yang merupakan usaha untuk menjelaskan semua kekuatan fundamental dan partikel di Alam Semesta dalam hal getaran string yang kecil. Memecahkan permasalahan ini menggunakan teori string sangatlah sulit, dan hinga kini tidak ada yang dapat menemukan solusi untuknya meskipun telah mencoba selama beberapa dekade. Korespondensi AdS-CFT memberi tahu kita bahwa kita mungkin dapat menggunakan teknik holografik untuk dapat menjelaskan gambaran tentang Alam Semesta.

Bukannya mencoba memecahkan gravitasi kuantum di Alam Semesta tiga dimensi, AdS-CFT memungkinkan kita untuk beralih ke masalah yang sama rumitnya tentang batas Alam Semesta, yaitu a) hanya dua dimensi, dan b) tidak mengandung gravitasi.

Itu benar: Tidak ada gravitasi di batas Alam Semesta. Matematika untuk teori string yang hampir tidak mungkin dilakukan bisa diganti dengan seperangkat persamaan teori medan yang sangat sulit. Kemudian, barulah Anda dapat menemukan solusi untuk masalah Anda di sana, tanpa dihalangi oleh gravitasi, dan membawa solusi Anda kembali ke Alam Semesta tiga dimensi normal kemudian membuat prediksi.

Tidak semudah dalam jalan pintas

Ini terdengar seperti ide bagus, sebuah cara untuk mencurangi alam dengan mengabaikan gravitasi. Dan, bahkan kemungkinan bisa berubah sebagai cara cerdas untuk “memecahkan” gravitasi kuantum. Tapi seperti saat ini, terdapat hal-hal yang rumit. Pertama, kita tidak tinggal di Alam Semesta anti-de Sitter. Alam semesta kita penuh dengan materi, radiasi dan energi gelap, dan memiliki geometri datar yang hampir sempurna. Apakah ada korespondensi serupa yang bekerja di Alam Semesta kita yang sebenarnya? Mungkin, dan para teoretikus terus bekerja keras untuk menemukannya.

Kedua, “batas” yang diambil untuk korespondensi AdS-CFT adalah horizon kosmologis, yaitu batas dari apa yang dapat kita lihat di Alam Semesta teramati. Boleh-boleh saja, kecuali bahwa kita hidup dalam sebuah ruang dan waktu yang dinamis dengan kosmos yang terus berkembang, maka batas tersebut akan selalu berubah, sesuatu yang tidak ditangani dengan baik dalam teori hologram saat ini.

Terakhir, ketika Anda melakukan lompatan dari Alam Semesta anti-de Sitter yang sepenuhnya dijelaskan ke model batas lebih sederhana yang teori medan konformal berlaku, rangkaian persamaan baru hanya bisa dipecahkan secara prinsip, dan akan sangat sulit dipecahkan. Jadi, hanya karena Anda mengabaikan gravitasi tidak berarti Anda berhasil keluar dari permalahan.

Tinggal di sebuah hologram

Jadi, apakah kita tinggal di hologram? Bahkan jika segala hal terkait AdS-CFT terbukti bermanfaat untuk memecahkan gravitasi kuantum, dan jika kita dapat menemukan cara untuk membuat teknik ini relevan untuk Alam Semesta tempat kita tinggal, hal itu tidak berarti bahwa kita sebenarnya tinggal di sebuah hologram. Adalah sebuah kesalahan membuat lompatan dari “AdS-CFT yang menyediakan cara praktis untuk memecahkan masalah gravitasi” ke “Alam Semesta kita dengan gravitasi dalam tiga dimensi yang adalah sebuah ilusi, dan kita benar-benar hidup dalam batas dua dimensi tanpa gravitasi.”

Rancangan matematis sepenting apapun tidak harus mendikte pandangan kita tentang sifat dasar realitas. Jika prinsip holografik berguna untuk memecahkan masalah, tidak berarti kita hidup dalam sebuah hologram. Dan, bahkan jika kita tinggal di sebuah hologram, kita juga belum tentu bisa membedakannya.

Ditulis oleh: Paul Sutter, astrofisikawan, www.space.com

Paul Sutter adalah seorang astrofisikawan di Universitas Negeri Ohio dan ilmuwan utama di pusat sains COSI. Sutter juga merupakan pemandu acara dalam program Ask a Spaceman and Space Radio, dan juga memimpin AstroToursdi seluruh dunia. Sutter menyumbangkan artikel ini kepada Expert Voices Space.com: Op-Ed & Insights.

Sumber: Are We Living in a Hologram?

#terimakasihgoogle

Share this post