Oleh: Jan Ambj�rn, Jerzy Jurkiewicz, dan Renate Loll
(Sumber: Scientific American, Juli 2008, hal. 42-49)

Sebuah pendekatan baru terhadap persoalan tua gravitasi quantum kembali ke pangkal masalah dan memperlihatkan bagaimana blok-blok penyusun ruang dan waktu menyatukan diri.







Teori superstring sering digambarkan sebagai kandidat utama untuk mengisi peran ini, tapi ia belum menyediakan jawaban untuk pertanyaan-pertanyaan mendesak ini. Justru, menuruti logika internalnya sendiri, ia menyingkap lapisan bahan dan hubungan baru dan eksotis yang lebih rumit lagi di antara mereka, menghasilkan keanekaragaman kemungkinan hasil yang membingungkan.

Selama beberapa dekade belakangan, kolaborasi kami telah mengembangkan sebuah alternatif menjanjikan untuk jalan fisika teoritis yang banyak dilalui ini. Ia mengikuti resep yang hampir sederhana: ambil beberapa bahan amat dasar, racik mereka menurut prinsip-prinsip quantum yang dikenal (tak ada yang eksotis), aduk dengan baik, biarkan mengendapdan Anda telah menciptakan ruangwaktu quantum. Proses ini cukup sederhana untuk disimulasikan pada sebuah laptop.
Dalam kalimat lain, jika kita menganggap ruangwaktu hampa sebagai suatu zat imateril, yang terdiri dari banyak kepingan kecil tak berstruktur, dan jika kita kemudian membiarkan blok-blok penyusun mikroskopis ini saling berinteraksi menurut aturan sederhana yang didikte oleh teori gravitasi dan teori quantum, mereka secara spontan akan menyusun diri mereka menjadi kesatuan yang, dalam banyak hal, mirip dengan alam semesta teramati punya kita. Serupa dengan cara molekul-molekul merangkai diri menjadi benda padat tak berbentuk dan terdiri dari kristal.

Kalau begitu, ruang waktu mungkin lebih mirip hidangan goreng-aduk sederhana daripada kue perkimpoian yang rumit. Selain itu, tak seperti pendekatan lain menuju gravitasi quantum, resep kami sangat tegap. Saat kami mengubah-ubah detail dalam simulasi kami, hasilnya hampir tidak berubah. Ketegapan ini memberi alasan untuk percaya bahwa kami berada di jalur yang benar. Seandainya hasilnya betul-betul sensitif terhadap letak penaruhan tiap keping ansambel besar ini, kami bisa menghasilkan banyak bentuk ganjil, yang masing-masing secara apriori sama mungkinnya untuk terjadisehingga kami akan kehilangan semua kekuatan penjelasan tentang mengapa alam semesta mesti begini.

Mekanisme merangkai-diri dan mengatur-diri serupa terdapat pada fisika, biologi, dan bidang sains lain. Contoh menawan adalah perilaku sekawanan besar burung, misalnya burung jalak Eropa. Tiap burung berinteraksi hanya dengan sejumlah kecil burung di dekatnya; tak ada pemimpin yang memberitahu mereka apa yang harus dilakukan. Tapi kawanan tersebut masih terbentuk dan bergerak sebagai kesatuan. Kawanan itu memiliki atribut kolektif, atau timbul, yang tidak terlihat pada perilaku masing-masing burung.

Sejarah Singkat Gravitasi Quantum
Upaya-upaya masa lalu untuk menjelaskan struktur quantum ruangwaktu sebagai proses ketimbulan hanya berhasil secara terbatas. Mereka berakar dari gravitasi quantum Euclidean, sebuah program riset yang diprakarsai di akhir 1970-an dan dipopulerkan melalui buku best-seller karya fisikawan Stephen Hawking, A Brief History of Time. Ia didasarkan pada prinsip fundamental dari mekanika quantum: superposisi. Objek apapun, baik objek klasik ataupun quantum, berada dalam status tertentumencirikan posisi dan kecepatannya, misalnya. Tapi sementara status objek klasik bisa digambarkan lewat set bilangan unik, status objek quantum jauh lebih kaya. Yaitu jumlah, atau superposisi, semua kemungkinan status klasik.

Teori-teori Gravitasi Quantum

Contoh

Dengan resep ini, seseorang dapat mengkomputasi probabilitas penemuan elektron dalam rentang posisi atau kecepatan tertentu dari jalur lurus yang kita sangkakan jika elektron mengikuti hukum mekanika klasik. Yang membuat perilaku partikel menjadi mekanis quantum adalah penyimpangan dari sebuah trayektori tajam, disebut fluktuasi quantum. Semakin kecil ukuran sistem fisikalnya, semakin penting fluktuasi quantumnya.

Gravitasi quantum Euclidean menerapkan prinsip superposisi pada keseluruhan alam semesta. Dalam kasus ini, superposisi bukan terdiri dari berbagai jalur partikel melainkan berbagai cara alam semesta keseluruhan berkembang seiring wakturincinya, berbagai kemungkinan bentuk ruangwaktu. Untuk mempermudah persoalan, fisikawan tipikalnya hanya mempertimbangkan bentuk dan ukuran umum ruangwaktu, ketimbang setiap perubahan bentuk yang mungkin [lihat Quantum Cosmology and the Creation of the Universe, tulisan Jonathan J. Halliwell, Scientific American, Desember 1991].

Gravitasi quantum Euclidean membuat lompatan teknis besar selama tahun 1980-an dan 1990-an dengan perkembangan simulasi komputer canggih. Model-model ini merepresentasikan geometri ruangwaktu melengkung memakai blok-blok penyusun kecil, yang, untuk mudahnya, dianggap segitiga. Mesh-mesh segitiga bisa secara efisien mendekati/menyerupai permukaan melengkung, dan ini merupakan alasan mengapa mereka sering dipakai dalam animasi komputer. Untuk ruangwaktu, blok-blok penyusun elementer adalah generalisasi segitiga empat-dimensi, disebut four-simplices (empat-simpleks). Sebagaimana perekatan segitiga pada tepi-tepinya yang menciptakan permukaan melengkung dua-dimensi, perekatan empat-simpleks sepanjang muka mereka (yang sebetulnya merupakan tetrahedron tiga-dimensi) bisa menghasilkan ruangwaktu empat-dimensi.