Kerusakan Kuantum Menulis Ulang Hukum Sebab dan Akibat


Alice dan Bob, bintang dari begitu banyak eksperimen pikiran, sedang memasak makan malam ketika terjadi kecelakaan. Alice secara tidak sengaja menjatuhkan piring; suara itu mengejutkan Bob, yang membakar dirinya sendiri di atas kompor dan berteriak. Dalam versi lain dari kejadian, Bob membakar dirinya sendiri dan berteriak, menyebabkan Alice menjatuhkan piring.

Selama dekade terakhir, fisikawan kuantum telah mengeksplorasi implikasi dari kesadaran yang aneh: Pada prinsipnya, kedua versi cerita dapat terjadi sekaligus. Artinya, peristiwa dapat terjadi dalam urutan kausal tak terbatas, di mana “A menyebabkan B” dan “B menyebabkan A” secara bersamaan benar.

“Kedengarannya keterlaluan,” Časlav Brukner mengakui, fisikawan dari Universitas Wina.

Kemungkinan mengikuti dari fenomena kuantum yang dikenal sebagai superposisi, di mana partikel mempertahankan semua kemungkinan realitas secara bersamaan sampai saat mereka diukur. Di laboratorium di Austria, Cina, Australia, dan tempat lain, fisikawan mengamati urutan sebab akibat yang tidak pasti dengan meletakkan partikel cahaya (disebut foton) dalam superposisi dua keadaan. Mereka kemudian menundukkan satu cabang superposisi ke proses A diikuti oleh proses B, dan menundukkan cabang lainnya ke B diikuti oleh A. Dalam prosedur ini, yang dikenal sebagai sakelar kuantum, hasil A memengaruhi apa yang terjadi di B, dan sebaliknya; foton mengalami kedua tatanan kausal secara bersamaan.

Selama lima tahun terakhir, komunitas fisikawan kuantum yang berkembang telah menerapkan sakelar kuantum dalam eksperimen meja dan mengeksplorasi keuntungan yang ditawarkan oleh tatanan kausal tak terbatas untuk komputasi dan komunikasi kuantum. Ini “benar-benar sesuatu yang dapat berguna dalam kehidupan sehari-hari,” kata Giulia Rubino, seorang peneliti di Universitas Bristol yang memimpin demonstrasi eksperimental pertama sakelar kuantum pada tahun 2017.

Tetapi penggunaan praktis dari fenomena tersebut hanya membuat implikasi yang dalam menjadi lebih akut.

Fisikawan telah lama merasakan bahwa gambaran biasa dari peristiwa yang terjadi sebagai rangkaian sebab dan akibat tidak menangkap sifat fundamental dari benda-benda. Mereka mengatakan perspektif kausal ini mungkin harus pergi jika kita pernah mencari tahu asal usul gravitasi, ruang dan waktu kuantum. Tetapi hingga saat ini, tidak banyak gagasan tentang bagaimana fisika pasca-kausal dapat bekerja. “Banyak orang berpikir bahwa kausalitas sangat mendasar dalam pemahaman kita tentang dunia sehingga jika kita melemahkan gagasan ini, kita tidak akan dapat membuat teori yang koheren dan bermakna,” kata Brukner, yang merupakan salah satu pemimpin dalam studi kausalitas tak terbatas.

Itu berubah ketika fisikawan merenungkan eksperimen sakelar kuantum baru, serta eksperimen pemikiran terkait di mana Alice dan Bob menghadapi ketidakpastian kausal yang diciptakan oleh sifat gravitasi quantum. Akuntansi untuk skenario ini telah memaksa para peneliti untuk mengembangkan formalisme matematika dan cara berpikir baru. Dengan kerangka kerja yang muncul, “kita bisa membuat prediksi tanpa sebab-akibat yang terdefinisi dengan baik,” kata Brukner.

Korelasi, Bukan Penyebab

Kemajuan telah tumbuh lebih cepat baru-baru ini, tetapi banyak praktisi melacak asal usul garis serangan pada masalah gravitasi kuantum ini hingga 16 tahun yang lalu oleh Lucien Hardy, fisikawan teoretis Inggris-Kanada di Perimeter Institute for Theoretical Physics di Waterloo, Kanada. “Dalam kasus saya,” kata Brukner, “semuanya dimulai dengan makalah Lucien Hardy.”

Hardy terkenal pada saat itu karena mengambil pendekatan konseptual yang dipopulerkan oleh Albert Einstein dan menerapkannya pada mekanika kuantum.

Einstein merevolusi fisika bukan dengan memikirkan tentang apa yang ada di dunia, tetapi dengan mempertimbangkan apa yang mungkin dapat diukur oleh individu. Secara khusus, dia membayangkan orang-orang di kereta yang sedang bergerak membuat pengukuran dengan penggaris dan jam. Dengan menggunakan pendekatan “operasional” ini, dia dapat menyimpulkan bahwa ruang dan waktu haruslah relatif.

Lucien Hardy memulai studi tentang kausalitas tak terbatas sebagai rute untuk memahami sifat quantum gravitasi.Foto: Gabriela Secara / Perimeter Institute for Theoretical Physics

Pada tahun 2001, Hardy menerapkan pendekatan yang sama pada mekanika kuantum. Dia merekonstruksi semua teori kuantum mulai dari lima aksioma operasional.

Dia kemudian mulai menerapkannya pada masalah yang lebih besar: masalah berusia 80 tahun tentang bagaimana merekonsiliasi mekanika kuantum dan relativitas umum, teori epik gravitasi Einstein. “Saya didorong oleh gagasan ini bahwa mungkin cara berpikir operasional tentang teori kuantum dapat diterapkan pada gravitasi kuantum,” kata Hardy kepada saya melalui Zoom musim dingin ini.

Pertanyaan operasionalnya adalah: Dalam gravitasi kuantum, pada prinsipnya apa yang dapat kita amati? Hardy memikirkan fakta bahwa mekanika kuantum dan relativitas umum masing-masing memiliki ciri radikal. Mekanika kuantum terkenal tidak pasti; superposisinya memungkinkan kemungkinan-kemungkinan yang serentak. Relativitas umum, sementara itu, menunjukkan bahwa ruang dan waktu dapat dibentuk. Dalam teori Einstein, objek masif seperti Bumi meregangkan “metrik” ruang-waktu — pada dasarnya jarak antara tanda pagar pada penggaris, dan durasi antara detak jam. Misalnya, semakin dekat Anda ke objek besar, semakin lambat jam Anda berdetak. Metrik tersebut kemudian menentukan “kerucut cahaya” dari peristiwa terdekat — wilayah ruang-waktu yang dapat dipengaruhi peristiwa tersebut.

Diposting oleh : joker123