8/12/2011

Mencari Dimensi Lain

Mencari Dimensi Lain


Pengertian dimensi
Ketika kita menjelaskan ukuran sebuah objek atau ruangan, kita menggunakan tiga bilangan yaitu panjang, lebar dan tinggi yang berbeda antara satu objek dengan objek lainnya. Ini adalah salah satu cara untuk melihat bahwa ruangan adalah tiga dimensi. Contoh lain adalah kita memerlukan tiga bilangan untuk mengetahui dengan tepat posisi suatu benda di permukaan Bumi yaitu longitude, latitude dan ketinggian dari permukaan laut. Ini adalah argumen lain untuk menyatakan bahwa ruang adalah tiga dimensi seperti yang kita lihat.
Ketika ahli matematika atau fisika membicarakan tentang dimensi, maksudnya adalah
beberapa koordinat independen yang dibutuhkan untuk mengetahui suatu titik dalam ruang. Biasanya untuk diberikan label (x,y,z), dengan z biasanya menunjukkan arah ketinggian.
Salah satu penemuan terbesar pada awal fisika klasik adalah kemiripan antara gaya gravitasi dengan elektrostatis. Gaya gravitasi antara 2 benda dan gaya elektrostatis antara 2 muatan telah diketahui berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara 2 benda atau muatan tersebut. Jadi, jika r adalah jarak suatu benda di permukaan bumi dengan pusat Bumi maka gaya gravitasi Bumi yang bekerja pada benda akan bervariasi sebanding dengan r-2,
Jumlah koordinat pada persamaan matematika mudah berkembang di atas kertas. Ketika persamaan gravitasi dan elektrostatis diselesaikan dengan ruang sebanyak D dimensi (secara matematis), maka gaya akan bervariasi terhadap jarak yaitu r1-D. Perhitungan ini memberikan jawaban yang tepat ketika D = 3 (yang menyatakan ruang tiga dimensi). Hal ini merupakan cara yang menarik bagi ahli fisika untuk melakukan pengukuran jumlah dimensi ruang. Mereka dapat melihat pada gaya gravitasi dan meletakkan batasan-batasan kuatitatif pada sifat-sifat aneh yang mungkin dapat muncul dari dimensi lain.
Jika ruang tiga dimensi konsisten dengan fisika gravitasi dan interior ruangan, lalu mengapa kelihatan lebih dekat dengan hukum gaya? Jawabannya adalah karena ada beberapa cara dimensi ruang lain dapat tak tedeteksi atau sangat sulit sekali dideteksi di dunia kita.
Mengapa waktu adalah sebuah dimensi?
Menurut Newton, waktu adalah universal untuk semua objek, tidak tergantung dari geraknya relatif dengan yang lain. Pernyataan ini tetap bertahan sampai Einstein menyatakan lain karena tidak konsisten dengan perambatan cahaya sebagai radiasi elektromagnetik.
Teori relativitas khusus Einstein memperlakukan waktu sebagai koordinat dalam kesatuan geometri ruang dan waktu. Jika waktu adalah koordinat maka bukan tiga koordinat untuk menyatakan sebuah titik dalam ruang melainkan empat koordinat untuk menyatakan sebuah peristiwa dalam ruang. Oleh karena itu dapat dikatakan ruang dan waktu memiliki 4 dimensi yang biasanya dinyatakan dengan (t,x,y,z). Relativitas khusus adalah sebuah teori perkiraan yang cukup tepat ketika mengabaikan gaya gravitasi dan percepatan pengamat dalam sebuah sistem. Teori lengkap Einstein tentang ruang dan waktu disebut teori relativitas umum yang menyatakan konsep empat dimensi ruang waktu dan dikembangkan menjadi ruang waktu yang melengkung ketika berada disekitar massa dan energi.
Dari pandangan matematika, teori relativitas khusus dan umum dapat dengan mudah dikembangkan menjadi dimensi ruang yang lebih tinggi. Ketika kita memiliki sebannyak D dimensi ruang dan 1 dimensi waktu maka dapat dikatakan ada d = D+1 dimensi ruang dan waktu. Persamaan-persamaan gerak dapat diselesaikan dan diklasifikasikan dalam d dimensi hanya seperti empat dimensi ruang dan waktu. Kenapa ada dimensi lain?
Sebenarnya tidaklah sulit untuk untuk membuat dimensi yang lebih tinggi dengan menggunakan persamaan Einstein. Namun pertanyaannya adalah mengapa jadi susah? Karena ahli fisika memimpikan sebuah teori tunggal sebuah kerangka persamaan matematis yang meliputi seluruh gaya-gaya fundamental dan satuan materi dapat dijelaskan bersama dalam sebuah sifat dan konsisten dengan pengamatan sekarang dan di masa depan. Memiliki dimensi ruang lain membuat hal tersebut mungkin dalam menyusun teori semacam itu.
Dimensi lain pada “String Theory”
Teori Superstring memungkinkan untuk menyatukan seluruh gaya-gaya fundamental namun teori ini memerlukan 10 dimensi ruang dan waktu atau keadaan kuantum jelek yang disebut hantu yaitu probabilitas negatif (tidak memiliki arti fisis) muncul sebagai bagian dari spektrum. Sekarang yang menjadi permasalahan pada teori string 10 dimensi ini adalah bagaimana untuk memperoleh dunia 4 dimensi seperti yang kita ketahui diluar dari teori ini?
Sejauh ini ada dua usulan:
  1. Mengabaikan dimensi lain menjadi sesuatu yang sangat kecil namun tidak mempengaruhi ruangnya sendiri. Hal ini disebut penyusutan Kaluza Klein.
  2. Membuat dimensi lain sangat besar tapi memaksa seluruh materi dan gravitasi untuk menyebar ke dalam tiga dimensi sub ruang yang disebut tiga Brane. Sebagai analogi, layar komputer dapat dikatakan dua Brane dari ruang tiga dimensi. Tipe teori ini disebut Braneworlds.
Beberapa penganut teori string memiliki ide lebih lanjut dalam menjelaskan misteri gravitasi yang telah membingungkan ahli fisika yaitu mengapa gravitasi sangat lemah bila dibandingkan dengan gaya-gaya fundamental lainnya. Apakah partikel pembawanya, graviton, benar-benar ada? Lalu dimana?. Idenya adalah kita tidak merasakan efek gravitasi total dalam kehidupan sehari-hari. Gravitasi muncul lemah karena gayanya dibagi dengan dimensi-dimensi lain. Untuk menentukan apakah ide ini hanya imajinasi belaka atau merupakan lompatan pemahaman maka diperlukan bukti-bukti eksperimen. Namun bagaimana melakukannya?
Eksperimen energi tinggi dapat membuka dimensi yang tidak terlihat sehingga cukup untuk memperbolehkan partikel berpindah antara ruang 3 dimesi biasa ke dimensi lainnya. Hal in dapat menjadi petunjuk mengapa sebuah partikel hilang tiba-tiba ke sebuah dimensi tersembunyi atau kemunculan yang tak terduga sebuah partikel dalam sebuah eksperimen.

Partikel Baru Temuan Eksperimen Fisika, Eksperimen fisika menunjukkan keberadaan partikel baru



Hasil prestisius eksperimen fisika Fermilab yang melibatkan seorang profesor Universitas Michigan nampaknya mengkonfirmasi penemuan aneh 20 tahun yang memberi petunjuk keberadaan sebuah partikel dasar baru yaitu aspek ke empat neutrino.
Hasil baru tersebut lebih jauh menjelaskan suatu pelanggaran simetri fundamental alam semesta yang menyatakan bahwa partikel-partikel antimateri berkelakuan dengan cara yang sama seperti materi-materi penyeimbangnya. Demikian seperti yang dilansir oleh Physorg pada tanggal 2 November 2010. 
Neutrino adalah partikel dasar netral yang dihasilkan dalam penguraian radioaktif partikel lain. "Aspek" yang diketahui dari neutrino merupakan penyeimbang netral elektron dan kerabat-kerabatnya yang lebih berat yaitu muon dan tau. Tanpa memperhitungkan aspek asal neutrino, partikel-partikel tersebut secara konstan berubah dari satu tipe ke tipe lainnya dalam sebuah fenomena yang disebut "osilasi aspek neutrino".
Sebuah neutrino elektron bisa saja menjadi neutrino muon, kemudian menjadi neutrino elektron lagi. Sebelumnya para ilmuwan meyakini keberadaan tiga aspek neutrino. Dalam Eksperimen Mini Booster Neutrino yang dijuluki MiniBooNE, para peneliti mendeteksi lebih banyak osilasi yang hanya mungkin terjadi jika ada lebih dari tiga aspek.
"Hasil ini mengimplikasikan bahwa ada partikel baru atau kekuatan yang belum kami bayangkan sebelumnya," kata Byron Roe yang merupakan seorang pensiunan terhormat profesor di Bagian Fisika, dan penulis makalah tentang hasil tersebut yang baru dipublikasikan di Physical Review Letters.
"Penjelasan paling sederhana melibatkan penambahan partikel-partikel baru seperti neutrino, atau neutrino steril yang tidak memiliki interaksi normal lemah."
Ketiga tipe neutrino berinteraksi dengan materi utamanya melalui kekuatan nuklir lemah yang membuat mereka sulit dideteksi. Dihipotesikan bahwa aspek ke empat ini tak akan berinteraksi melalui kekuatan lemah tersebut yang membuatnya bahkan lebih sulit untuk ditemukan.
Keberadan neutrino steril bisa membantu menjelaskan komposisi alam semesta, kata William Louis yang merupakan seorang ilmuwan di Los Alamos National Laboratory yang dulunya merupakan mahasiswa doktoral di UM dan dilibatkan dalam eksperimen MiniBooNE.
"Para fisikawan dan astronom sedang mencari neutrino-neutrino steril karena mereka bisa menjelaskan sebagian atau bahkan keseluruhan materi gelap alam semesta," tutur Louis. "Neutrino steril mungkin juga bisa membantu menjelaskan asimetri materi alam semesta, atau mengapa alam semesta itu pada dasarnya terdiri dari materi daripada antimateri."
Eksperimen MiniBooNE yang merupakan suatu kolaborasi antara sekitar 60 peneliti dari berbagai institusi, diselenggarakan di Fermilab untuk mengecek hasil eksperimen Liquid Scintillator Neutrino Detector (LSND) di Los Alamos National Laboratory yang dimulai pada tahun 1990. LSND merupakan yang pertama mendeteksi lebih banyak osilasi neutrino daripada yang diprediksikan oleh model standar.
Hasil permulaan MiniBooNE beberapa tahun lalu yang didasarkan pada data dari sebuah sinar neutrino (sebagai kebalikan dari sinar antineutrino), tidak mendukung hasil LSND. Meskipun demikian, eksperimen LSND dilaksanakan menggunakan sebuah sinar antineutrino, jadi itu merupakan langkah selanjutnya bagi MiniBooNE.
Hasil baru ini didasarkan pada data tiga tahun pertama dari sebuah sinar antineutrino, dan menceritakan cerita lain daripada hasil-hasil sebelumnya. Data sinar antineutrino MiniBooNE memang mendukung penemuan LSND, dan fakta bahwa eksperimen MiniBooNE menghasilkan hasil berbeda bagi antineutrino daripada neutrino, secara khusus mengejutkan para fisikawan.
"Faktanya bahwa kami melihat efek ini pada antineutrino dan bukan pada neutrino membuatnya semakin aneh," ujar Roe. "Hasil ini berarti diperlukan bahkan lebih banyak tambahan serius pada model standar kami daripada yang telah dipikirkan dari hasil pertama LSND."
Hasil tersebut nampaknya melanggar "simetri paritas isi" alam semesta yang menyatakan bahwa hukum fisika berlaku dengan cara yang sama bagi partikel-partikel dan antipartikel penyeimbang mereka. Pelanggaran simetri ini telah terlihat pada beberapa penguraian yang jarang, tapi tidak dengan neutrino, kata Roe.
Walaupun hasil ini secara statistik signifikan dan memang mendukung penemuan LSND, para peneliti fisikawan mengingatkan bahwa mereka membutuhkan hasil pada periode yang lebih lama atau eksperimen tambahan sebelum mereka boleh mendiskualifikasi prediksi model standar.

Bagaimana Lubang Hitam Bekerja dan Mendeteksi Lubang Hitam ?

Kalian mungkin pernah melihat program astronomi di televisi atau membaca artikel majalah tentang lubang hitam. Objek-objek eksotis telah menangkap imajinasi kita sejak mereka diramalkan oleh Einstein Teori Relativitas Umum pada tahun 1915. Apakah lubang hitam? Apakah mereka benar-benar ada? Bagaimana kita bisa menemukan mereka? Pada artikel ini, kita akan memeriksa lubang hitam dan menjawab semua pertanyaan ini! 

Teori Fisika tentang lubang putih

Rumus-rumus relativitas umum memiliki sifat matematika yang menarik: mereka simetri waktu. Itu artinya anda dapat memasukkan nilai apapun ke persamaannya dan membayangkan waktu mengalir mundur bukannya maju, dan kamu bisa mendapatkan jawaban valid lainnya dari rumus tersebut. 
Bila kamu menerapkan aturan ini pada solusi yang menjelaskan lubang hitam, anda akan mendapatkan objek yang disebut lubang putih. Karena lubang hitam adalah daerah ruang dimana segalanya tidak dapat lepas, versi balikan waktu dari lubang hitam adalah daerah ruang dimana segalanya tidak dapat jatuh. Karena lubang hitam hanya menyerap segalanya, maka lubang putih hanya memuntahkan segalanya.

8/11/2011

Kelas Spektra Bintang

Ketika kita menatap bintang di langit malam, kita dihadapkan pada kubah raksasa yang disebut bola langit. Orang yunani kuno membagi bola langit ini ke dalam daerah-daerah yang disebut rasi. Sampai saat ini diketahui ada 88 rasi bintang. Nama-nama rasi ini kebanyakan bersumber dari mitologi Yunani seperti Canis Major, Ursa Minor, Scorpio, dan Orion.

Jembatan Cair, Keajaiban Fisika

Jembatan yang terbuat dari zat cair? Bukan sulap bukan sihir, sebab itu bisa dibuat dengan ilmu fisika. Sebuah tim peneliti dari Austria mendemonstrasikan bahwa kini kita dapat membangun jembatan yang tersusun dari zat cair. Dalam percobaan tersebut, tim ini berhasil memperagakan sebuah jembatan yang tersusun dari air murni yang telah didestilasi tiga kali. Mereka juga menghubungkan celah sepanjang 2,5 centimeter hingga selama 45 menit, seakan melawan pengaruh gaya gravitasi. Sepintas hal ini terdengar seperti sihir, walaupun jelas hanyalah rekayasa fisika. Lantas, apa rahasianya?

8/10/2011

Bisakah Kita Mengenali Black Hole


MUNGKIN tidak ada objek astronomi yang sepopuler lubang hitam (black hole). Di dalam arena diskusi dengan masyarakat luas di setiap kesempatan, pertanyaan mengenai objek eksotik yang satu ini seakan tidak pernah lupa untuk dilontarkan. Siapa sangka, istilah yang pertama kali diberikan oleh John Archibald Wheeler pada 1969 sebagai ganti nama yang terlalu panjang, yaitu completely gravitational collapsed stars, ini menjadi sedemikian akrab di kalangan awam sekalipun?