Fisika Kuantum untuk Orang Biasa: Apakah Realitas itu Nyata?

Prakata

Artikel berikut merupakan terjemahan penulis dari

Quantum physics for regular people: Is reality even real?

Oleh Tristan Greene pada 13 September 2019 

di EVERGREEN.

Segala sesuatu yang Anda asumsikan tentang alam semesta, hukum yang mengaturnya, dan bagaimana realitas objektif bekerja mungkin salah. Apa yang naik tidak harus turun, tidak ada alasan logis mengapa kita tidak dapat melakukan perjalanan melalui waktu, dan ada kemungkinan yang cukup bagus bahwa Anda ada sebagai salah satu dari doppelganger (kembaran) yang jumlahnya tak terbatas yang tersebar di alam semesta paralel.

Itu bukanlah logika pemadat atau penggunaan fiksi ilmiah sebagai proxy untuk sains nyata - itu sebenarnya hanyalah beberapa interpretasi yang cukup jinak dari mekanika kuantum.

Mekanika kuantum adalah teori terpadu yang ditetapkan untuk menjembatani perbedaan antara fisika klasik (jenis yang mengikuti Hukum Newton), dan fisika kuantum (jenis yang mengikuti hukum yang tidak kita pahami). Para ilmuwan telah menghabiskan sekitar satu abad terakhir ini mencoba untuk mencari tahu mengapa kedua dunia tampaknya tidak cocok jika dikaitkan dengan apa sebenarnya "realitas".

Misalnya, dalam dunia klasik yang kita yakini kita tinggali, kita tahu bahwa sebuah benda yang bergerak dalam garis lurus dengan kecepatan 100 km/jam akan menempuh jarak 100 km dalam satu jam; kejadian yang sama dalam keberulangan. Jika gaya luar bekerja pada objek, kita dapat menghitung laju perjalanan baru dengan relatif mudah. Jika kita mengetahui kecepatan benda dan posisi benda, kita bisa menentukan di mana ia akan berada di masa depan.

Mekanika kuantum tidak terlalu peduli dengan waktu. Bergantung pada bagaimana Anda menafsirkan temuan ilmiah dan bukti empiris dalam konstruksi mekanika kuantum, waktu merupakan konstruksi yang sangat berubah-ubah. Karena partikel subatom tidak hanya bertindak seperti objek biasa - mereka juga bertindak seperti gelombang - kita tidak dapat membuat penentuan yang sama tentang objek dari waktu ke waktu pada skala kuantum seperti yang kita lakukan pada skala klasik.

Kita tidak dapat mengetahui posisi dan kecepatan objek kuantum pada saat yang sama karena, dalam mekanika kuantum, semua hasil bisa sama-sama mungkin. Ini bisa membingungkan ketika Anda menghadapi kemungkinan yang tak terbatas, jadi mari kita bagi menjadi dua: di sini dan bukan di sini.

Sekarang Anda adalah Anda dan hal-hal yang Anda lihat sepertinya ada. Layar di depan Anda itu nyata, sejauh yang Anda tahu. Tetapi perspektif klasik Anda membatasi pemahaman Anda tentang realitas pada hal-hal yang dapat Anda rasakan, alami, dan serumpun. Menurut Interpretasi Copenhagen tentang mekanika kuantum, layar itu hanya ada di sini karena Anda mengamatinya. 

Tak terhitung posisi bentuk-gelombang suatu objek yang dapat diambil adalah seperti prediksi tanpa format yang menunggu seseorang seperti Anda datang, melakukan pengukuran (hanya dengan mengamati), dan menyebabkan alam semesta menampilkan realitas objek tersebut. Pada dasarnya Anda adalah Tuhan; Anda menentukan apa yang nyata berdasarkan keberadaan dan pengamatan Anda.

Mungkin Anda tidak ingin percaya bahwa Anda adalah tuhan. Mungkin Anda lebih nyaman dengan gagasan tentang kenyataan yang nyata terlepas dari apakah orang-orang ada untuk mengamatinya atau tidak. Masuk akal kan? Itu pada dasarnya adalah interpretasi de Broglie-Bohm (Pilot Wave). 

Penafsiran ini bersifat deterministik - dikatakan bahwa segala sesuatu akan menjadi seperti apa akhirnya dan tidak pernah ada ambiguitas tentangnya. Tidak membutuhkan pengamat, jadi dalam model ini keberadaan kita tidak ada gunanya. Masa bodo.

Mungkin itu sebabnya interpretasi lain, teori Banyak Dunia, kembali populer. Teori Banyak Dunia adalah kebalikan dari Pilot Wave satu: dikatakan bahwa setiap kemungkinan adalah nyata dan terwujud di alam semesta yang tak terbatas. Anda hidup di alam semesta ini, mati di alam lain, Ricky di alam berikutnya, dan Morty di alam semesta keempat. Semua hal tidak hanya mungkin, tetapi pasti dalam kenyataan dengan alam semesta tak terbatas.

Dan itu membawa kita ke favorit saya: hal yang mengatakan "kamu bukan Tuhan, saya." Saya sedang mengacu pada Teori Ensemble. Yang ini mengatakan bahwa segala sesuatu mungkin, tetapi hanya satu hasil yang akan terwujud.

Alam semesta itu sendiri menyiapkan kemungkinan sistemik dalam jumlah tak terbatas - rangkaian peristiwa yang akan mengarah pada realitas akhirnya - dan membuatnya tetap tersembunyi sampai pengamat (yaitu saya) membuat pengukuran. Ini seperti alam semesta adalah restoran dengan menu yang memiliki item tak terbatas yang selalu disiapkan, dan dengan senang hati melayani saya mana pun yang saya inginkan pada saat tertentu.

Padahal, saya kira itu bisa jadi alam semesta Anda dan saya hanya objek yang cukup beruntung untuk diamati. Kalau begitu, terima kasih!

Ada interpretasi lain, tetapi ini adalah yang paling luas dan populer di dunia fisika. Perlu disebutkan bahwa, meskipun teori-teori ini benar-benar aneh, mereka juga mewakili pengetahuan kolektif yang berhasil ditemukan oleh para ilmuwan paling cerdas dan paling gigih dari spesies kita selama berabad-abad penelitian.

Tidak ada teori sederhana dan membosankan yang menghubungkan dunia kuantum dan klasik dengan cara yang sesukses (dan tahan terhadap kekakuan ilmiah) seperti mekanika kuantum dan sekaligus banyak interpretasinya.