Alam semesta bayibisakah kamu membuat alam semesta di laboratorium?

Para fisikawan telah mengkaji apa yang dibutuhkan untuk membuat alam semesta. Riset nyata di balik akhir Cosmos Era "Alam semesta bayi", dari Farhi dan Guth hingga inflasi.

Bisakah kita menciptakan alam semesta baru di laboratorium? Edward Farhi dan Alan Guth meneliti pertanyaan ini dengan serius pada 1987, dan pada 1990 Farhi, Guth, dan Jemal Guven melangkah lebih jauh. Kesimpulannya: relativitas umum mengizinkan segumpal kecil vakum palsu mengembang menjadi "alam semesta bayi" yang terputus secara kausal dari alam semesta kita, tetapi dalam fisika klasik titik awalnya harus berupa singularitas, dan terobosan kuantum mungkin bisa menghindarinya. Benar-benar membuat alam semesta bayi dan membentuk konstanta fisikanya adalah fiksi.

Halaman ini lebih dulu menjelaskan cara membuka akhir ini, lalu riset nyata di balik “Pabrik kosmik”, kemudian perkembangan teori pengembangan dan inflasi, supaya kamu paham mengapa fisikawan sampai mempertimbangkan "membuat alam semesta".

Cara membukanya

  • Petunjuk: Saksikan dulu alam semesta ini mati, baru putuskan apakah akan membuat yang baru.
  • Syarat: Saksikan dulu akhir “Peluruhan proton”. Lalu buka “Pabrik kosmik” dan saksikan akhir alam semesta.
  • Hadiah: Kamu bisa menulis kalimat pembuka untuk alam semesta berikutnya dan menulis ulang satu konstanta fisika secara gratis (hanya untuk alam semesta berikutnya).

Simpul “Pabrik kosmik” mengatakan bahwa sebuah alam semesta harus mati sebelum yang baru mendapat gilirannya.

Riset nyata: syarat membuat alam semesta

  • 1987: Farhi dan Guth meneliti apakah alam semesta baru bisa dibuat di laboratorium. Relativitas umum mengizinkan segumpal kecil vakum palsu mengembang menjadi "alam semesta bayi" yang terputus secara kausal dari alam semesta kita, tetapi dalam fisika klasik titik awalnya harus berupa singularitas.
  • 1990: Bersama Guven, mereka mengusulkan bahwa terobosan kuantum mungkin bisa menghindarinya.

Mengapa fisikawan berani memikirkannya

Teori pengembangan kosmik, selangkah demi selangkah, menyediakan konsep yang dibutuhkan "membuat alam semesta".

  • Friedmann menurunkan dari relativitas umum bahwa alam semesta bisa mengembang atau menyusut, tujuh tahun sebelum bukti pengamatan muncul (Friedmann, Zeitschrift für Physik, 1922).
  • Lemaître secara mandiri mengusulkan bahwa alam semesta mengembang, dan kemudian membayangkan bahwa ia bermula dari sebuah "atom purba", bentuk awal teori Big Bang (Lemaître, Annales de la Société Scientifique de Bruxelles, 1927).
  • Makin jauh sebuah galaksi dari kita, makin cepat ia menjauh. Alam semesta tidak statis (Hubble, PNAS, 1929).
  • Guth mengusulkan bahwa alam semesta awal mengalami pengembangan eksponensial, menjelaskan sekaligus mengapa alam semesta begitu datar dan suhunya nyaris sama di mana-mana (Guth, Physical Review D, 1981).
  • Andrei Linde memperbaiki masalah bagaimana inflasi bisa berakhir dengan mulus, membuat teori inflasi benar-benar bisa dipakai (Linde, Physics Letters B, 1982).

Perlu dicatat bahwa Guth yang meneliti alam semesta bayi adalah Guth yang sama yang mengusulkan inflasi.

Alam semesta tersusun dari apa

Dengan memakai supernova jauh sebagai "lilin standar", para astronom menemukan bahwa pengembangan alam semesta sedang dipercepat, dan energi gelap pun muncul di panggung. Karya ini meraih Hadiah Nobel 2011 (Riess dkk., The Astronomical Journal, 1998). Tim lain secara mandiri sampai pada kesimpulan yang sama (Perlmutter dkk., The Astrophysical Journal, 1999). Satelit Planck memberikan parameter kosmologi paling presisi sejauh ini: umur sekitar 13,8 miliar tahun, dan materi biasa hanya sekitar 5% (Kolaborasi Planck, Astronomy & Astrophysics, 2020).

Higgs mengusulkan medan yang mengisi seluruh ruang dan memberi massa pada partikel (Higgs, Physical Review Letters, 1964), dan Large Hadron Collider menemukan partikel baru pada sekitar 125 GeV, mengonfirmasi ramalan yang menunggu selama 48 tahun (Kolaborasi ATLAS, Physics Letters B, 2012). Hadiah dalam game yang memungkinkan kamu menulis ulang satu konstanta fisika adalah fiksi.

Akhir alam semesta

Nasib alam semesta triliunan tahun ke depan dan sesudahnya: bintang-bintang padam, proton mungkin meluruh, dan lubang hitam akhirnya menguap (Adams dan Laughlin, Reviews of Modern Physics, 1997). Ini menggemakan petunjuk "saksikan dulu alam semesta ini mati".

Fiksi game, bukan nyata

Benar-benar membuat alam semesta bayi dan membentuk konstanta fisikanya adalah fiksi. The Last Question (1956) karya Asimov bercerita tentang orang-orang yang, generasi demi generasi, bertanya kepada komputer yang makin kuat apakah naiknya entropi bisa dibalik. Setiap kali ia menjawab "data tidak cukup untuk jawaban yang bermakna", sampai saat terakhir alam semesta. Latar ilmiahnya begini: hukum kedua termodinamika tidak punya pengecualian yang diketahui, dan kematian panas alam semesta adalah salah satu prediksi arus utama.

Ingin membaca aslinya? Cari judul-judul ini

  • Friedmann (1922): "Über die Krümmung des Raumes", kira-kira "Tentang kelengkungan ruang"
  • Guth (1981): "Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems"
  • Linde (1982): "A new inflationary universe scenario"
  • Higgs (1964): "Broken symmetries and the masses of gauge bosons"
  • Adams dan Laughlin (1997): "A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects"

Dasar nyata

  • Farhi dan Guth pada 1987, serta Farhi, Guth, dan Guven pada 1990, secara serius meneliti kondisi fisika untuk membuat alam semesta di laboratorium.

  • Pabrik kosmik: Pada 1987 Farhi dan Guth meneliti apakah alam semesta baru bisa dibuat di laboratorium. Relativitas umum mengizinkan gumpalan kecil vakum palsu memuai menjadi “alam semesta bayi” yang terputus secara kausal dari kita, tetapi dalam fisika klasik titik awalnya harus berupa singularitas. Pada 1990 mereka bersama Guven mengusulkan bahwa penerowongan kuantum mungkin bisa menghindarinya.

  • The Last Question (Isaac Asimov, 1956), sainsnya: hukum kedua termodinamika belum diketahui punya pengecualian; kematian panas adalah salah satu prediksi terkemuka untuk alam semesta.

Riset terkait

Studi-studi ini berkaitan dengan topik ini tetapi bukan bukti langsung untuk halaman ini.

  • Alam semesta sedang mengembang: Hubble menemukan bahwa makin jauh sebuah galaksi, makin cepat ia menjauh. Alam semesta tidak statis; ia mengembang.

    Sumber: Hubble, PNAS 1929, "A relation between distance and radial velocity among extra-galactic nebulae"

  • Alam semesta Friedmann: Friedmann menurunkan dari relativitas umum bahwa alam semesta bisa mengembang atau menyusut, tujuh tahun sebelum ada bukti pengamatan.

    Sumber: Friedmann, Zeitschrift für Physik 1922, "Über die Krümmung des Raumes"

  • Atom primordial: Lemaître secara mandiri mengusulkan bahwa alam semesta mengembang, dan kemudian membayangkannya bermula sebagai “atom primordial”, cikal bakal teori Dentuman Besar.

    Sumber: Lemaître, Annales de la Société Scientifique de Bruxelles 1927, "Un Univers homogène de masse constante et de rayon croissant"

  • Alam semesta inflasioner: Guth mengusulkan bahwa alam semesta awal mengalami pengembangan eksponensial, yang sekaligus menjelaskan mengapa ia begitu datar dan suhunya hampir sama di mana-mana.

    Sumber: Guth, Physical Review D 1981, "Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems"

  • Inflasi baru: Linde memperbaiki masalah bagaimana inflasi bisa berakhir mulus, sehingga teori inflasi benar-benar bisa dipakai.

    Sumber: Linde, Physics Letters B 1982, "A new inflationary universe scenario"

  • Pengembangan yang dipercepat: Memakai supernova jauh sebagai “lilin standar”, mereka menemukan pengembangan alam semesta makin cepat. Energi gelap masuk ke dalam gambaran, dan karya ini meraih Hadiah Nobel 2011.

    Sumber: Riess et al., The Astronomical Journal 1998, "Observational evidence from supernovae for an accelerating universe and a cosmological constant"

  • 42 supernova: Tim lain secara mandiri sampai pada kesimpulan yang sama: ada energi di alam semesta yang mendorong pengembangan yang dipercepat.

    Sumber: Perlmutter et al., The Astrophysical Journal 1999, "Measurements of Omega and Lambda from 42 high-redshift supernovae"

  • Resep alam semesta: Satelit Planck memberikan parameter kosmologi paling tepat sejauh ini: usia sekitar 13,8 miliar tahun, dengan materi biasa hanya sekitar 5%.

    Sumber: Planck Collaboration, Astronomy & Astrophysics 2020, "Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters"

  • Asal massa: Higgs mengusulkan sebuah medan yang memenuhi ruang dan memberi massa pada partikel, serta memprediksi partikel baru.

    Sumber: Higgs, Physical Review Letters 1964, "Broken symmetries and the masses of gauge bosons"

  • Menemukan partikel Higgs: Large Hadron Collider menemukan partikel baru pada sekitar 125 GeV, mengonfirmasi prediksi yang dibuat 48 tahun sebelumnya.

    Sumber: ATLAS Collaboration, Physics Letters B 2012, "Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC"

  • Bab terakhir alam semesta: Menghitung nasib alam semesta selama triliunan tahun dan seterusnya: bintang padam, proton mungkin meluruh, dan lubang hitam akhirnya menguap.

    Sumber: Adams & Laughlin, Reviews of Modern Physics 1997, "A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects"

Fiksi game (rekaan)

  • Benar-benar membangun alam semesta bayi dan memengaruhi konstanta fisikanya adalah fiksi.
  • Simpul "Pabrik kosmik": Sebuah alam semesta harus mati sebelum yang baru mendapat gilirannya.
  • Ringkasan novel The Last Question: Generasi demi generasi, orang bertanya kepada komputer yang makin perkasa apakah peningkatan entropi bisa dibalik. Setiap kali ia menjawab "data tidak cukup", sampai saat terakhir alam semesta.
Lihat di game