Misteri Inti Fisika—Hanya Matematika yang Dapat Memecahkannya


“Ini benar-benar membosankan, karena Anda telah menggambarkan bidang yang sepi tanpa interaksi dengan apa pun, jadi ini sedikit latihan akademis,” kata Rejzner.

Tapi Anda bisa membuatnya lebih menarik. Fisikawan meningkatkan interaksi, mencoba mempertahankan kontrol matematis gambar saat mereka membuat interaksi lebih kuat.

Pendekatan ini disebut QFT perturbative, dalam arti bahwa Anda mengizinkan perubahan kecil, atau gangguan, di bidang bebas. Anda dapat menerapkan perspektif perturbatif ke teori medan kuantum yang mirip dengan teori bebas. Ini juga sangat berguna untuk memverifikasi eksperimen. “Anda mendapatkan akurasi yang luar biasa, kesepakatan eksperimental yang luar biasa,” kata Rejzner.

Tetapi jika Anda terus membuat interaksi menjadi lebih kuat, pendekatan yang mengganggu pada akhirnya akan menjadi terlalu panas. Alih-alih menghasilkan perhitungan yang semakin akurat yang mendekati alam semesta fisik nyata, itu menjadi semakin tidak akurat. Hal ini menunjukkan bahwa meskipun metode gangguan adalah panduan yang berguna untuk eksperimen, pada akhirnya ini bukanlah cara yang tepat untuk mencoba dan mendeskripsikan alam semesta: Ini secara praktis berguna, tetapi secara teoritis goyah.

“Kami tidak tahu bagaimana menambahkan semuanya dan mendapatkan sesuatu yang masuk akal,” kata Gaiotto.

Skema pendekatan lain mencoba menyelinap pada teori medan kuantum lengkap dengan cara lain. Secara teori, medan kuantum berisi informasi yang sangat halus. Untuk memasak bidang ini, fisikawan mulai dengan kisi, atau kisi, dan membatasi pengukuran ke tempat di mana garis kisi saling bersilangan. Jadi, alih-alih dapat mengukur medan kuantum di mana-mana, pada awalnya Anda hanya dapat mengukurnya di tempat-tempat tertentu dengan jarak yang tetap.

Dari sana, fisikawan meningkatkan resolusi kisi, menarik benang lebih dekat untuk menciptakan tenunan yang lebih halus. Saat diperketat, jumlah titik di mana Anda dapat melakukan pengukuran meningkat, mendekati gagasan ideal tentang bidang di mana Anda dapat melakukan pengukuran di mana-mana.

“Jarak antar titik menjadi sangat kecil, dan hal seperti itu menjadi medan kontinu,” kata Seiberg. Dalam istilah matematika, mereka mengatakan medan kuantum kontinum adalah batas kisi pengencang.

Matematikawan terbiasa bekerja dengan batasan dan tahu bagaimana menetapkan bahwa batasan tertentu benar-benar ada. Misalnya, mereka telah membuktikan bahwa limit barisan tak hingga 1/2 + 1/4 + 1/8 +1/16 … adalah 1. Fisikawan ingin membuktikan bahwa medan kuantum adalah limit dari prosedur kisi ini. Mereka hanya tidak tahu caranya.

“Tidak begitu jelas bagaimana mengambil batas itu dan apa artinya secara matematis,” kata Moore.

Fisikawan tidak meragukan bahwa kisi yang mengencang bergerak menuju gagasan ideal tentang medan kuantum. Kecocokan yang dekat antara prediksi QFT dan hasil eksperimen sangat menunjukkan bahwa itulah masalahnya.

“Tidak diragukan lagi bahwa semua batasan ini benar-benar ada, karena keberhasilan teori medan kuantum benar-benar menakjubkan,” kata Seiberg. Tetapi memiliki bukti kuat bahwa sesuatu itu benar dan membuktikan secara meyakinkan bahwa itu adalah dua hal yang berbeda.

Ini adalah tingkat ketidaktepatan yang tidak sejalan dengan teori fisika hebat lainnya yang ingin digantikan oleh QFT. Hukum gerak Isaac Newton, mekanika kuantum, teori relativitas khusus dan umum Albert Einstein—semuanya hanyalah bagian dari cerita besar yang ingin diceritakan QFT, tetapi tidak seperti QFT, semuanya dapat ditulis dalam istilah matematika yang tepat.

“Teori medan kuantum muncul sebagai bahasa fenomena fisik yang hampir universal, tetapi dalam bentuk matematika yang buruk,” kata Dijkgraaf. Dan untuk beberapa fisikawan, itu adalah alasan untuk berhenti.

“Jika full house bertumpu pada konsep inti ini yang tidak dipahami secara matematis, mengapa Anda begitu yakin ini menggambarkan dunia? Itu mempertajam seluruh masalah,” kata Dijkgraaf.

Agitator Luar

Bahkan dalam keadaan tidak lengkap ini, QFT telah mendorong sejumlah penemuan matematika penting. Pola umum interaksi adalah bahwa fisikawan yang menggunakan QFT tersandung pada perhitungan mengejutkan yang kemudian coba dijelaskan oleh matematikawan.

“Ini adalah mesin penghasil ide,” kata Tong.

Diposting oleh : joker123