19 Juni 2024

Eddington, Dirac dan kemungkinan bahwa, pada kenyataannya, konstanta fundamental tidak dapat diubah

4 min read

«Ada dua jenis konstanta: nyata dan nyata. Konstanta semu dihasilkan hanya dengan memasukkan satuan sembarang, namun dapat dihilangkan. Konstanta real adalah bilangan real yang Tuhan pasti memilih secara sewenang-wenang ketika dia berkenan menciptakan dunia ini.” Kutipan ini diambil dari salah satu surat yang dikirimkan Albert Einstein kepada mantan murid dan rekannya Ilse Rosenthal-Schneider, dan kutipan ini mencerminkan dengan baik peran konstanta universal dalam teori fisika saat ini.

Cela peut vous intéresser : Kanada, dengan alasan potensi bahaya, memperingatkan wisatawan LGBTQ akan risiko yang ada di AS

Dalam bidang sains, konstanta fisika adalah nilai yang diperoleh dengan besaran tertentu yang terlibat dalam proses fisika yang memiliki karakteristik mendasar: konstanta tersebut tidak berubah seiring berjalannya waktu. Nilai ini dinyatakan dalam satuan tertentu yang ditetapkan dalam suatu sistem satuan yang dapat berubah seiring waktu dan perkembangan ilmu pengetahuan. Saat ini kita menggunakan Sistem Satuan Internasional yang dibuat pada tahun 1960, namun sepanjang sejarah besaran fisik yang sama tidak selalu dijelaskan menggunakan satuan yang sama.

Cela peut vous intéresser : Essa e-bike é simples e prática — e é tudo que você precisa saber

Konstanta yang akan kita bahas dalam artikel ini, konstanta fundamental, berkaitan erat dengan fenomena alam yang esensial. Para ilmuwan telah berhasil mengukurnya dengan lebih presisi seiring dengan berkembangnya ilmu pengetahuan, namun secara paradoks, tidak ada satupun yang mampu menjelaskannya. dari mana nilai itu berasal dari satu konstanta fundamental. Besaran ini bahkan tidak dapat dihitung dari nilai konstanta lainnya.

Karakter misterius dari konstanta fundamental berawal dari ketidakmampuan kita untuk sepenuhnya memahami proses fisik di mana konstanta tersebut terlibat. Seperti yang saya sebutkan beberapa baris di atas, para ilmuwan telah mampu mengukurnya, dan mereka melakukannya dengan semakin presisi, namun tidak ada yang tahu dari mana asalnya. Mengapa mereka memiliki nilai itu dan bukan nilai lainnya?

Beberapa konstanta fundamental Yang kita semua kenal sampai batas tertentu adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa, muatan dasar, dan konstanta gravitasi dan Planck, tetapi ada juga yang lain. Banyak lainnya. Dalam tabel ini kami hanya mengumpulkan beberapa di antaranya:

Konstan

simbol

bernilai

satuan

gravitasi

G.

6.67384 (80) 10⁻¹¹

m³kg⁻¹s⁻²

kecepatan cahaya dalam ruang hampa

C

299 792 458

ms⁻¹

konstanta planck

H

6.62606957 (29) 10⁻³⁴

J

muatan dasar

Dan

1.602176565 (35) 10⁻¹⁹

C.

konstanta magnet

μ₀

4π 10⁻⁷

NA⁻²

konstanta listrik

ε₀

1/µ₀c²

Fm⁻¹

massa elektron

mₑ

9.10938291 (40) 10⁻³¹

kg

massa proton

mₚ

1.672621777 (74) 10⁻²⁷

kg

Konstanta Avogadro

T(A)

6.02214129 (27) 10²³

mol⁻¹

Konstanta Boltzmann

Apa

1.3806488 (13) 10⁻²³

JK⁻¹

Eddington, Dirac dan kecurigaan yang membayangi konstanta universal

Ahli astrofisika Inggris Arthur Stanley Eddington memberikan kontribusi yang sangat penting terhadap perkembangan ilmu pengetahuan selama paruh pertama abad ke-20. Salah satunya, dan mungkin yang paling dikenal oleh masyarakat non-spesialis, adalah verifikasi eksperimental Teori Relativitas Umum yang diterbitkan Einstein empat tahun sebelumnya berkat pengamatannya terhadap gerhana matahari 29 Mei 1919.

Selama karir profesionalnya, Eddington memainkan banyak gaya, dan salah satunya terkait erat dengan subjek yang sedang kita bicarakan. Ilmuwan ini yakin bahwa teori fisika yang lengkap seharusnya mampu menjelaskan asal mula konstanta fundamental. Ia menganggap bahwa mengukurnya, mengetahui nilainya, tidaklah cukup, dan matematika juga memberi kita alat yang kita perlukan untuk memahami asal muasalnya.

Banyak fisikawan lain pada masanya berbagi ketidakpuasan mereka sehubungan dengan keingintahuan untuk mengungkap asal mula konstanta fundamental, namun mereka berpendapat bahwa untuk mengetahuinya diperlukan pemahaman yang lebih baik tentang proses alami di mana konstanta tersebut terlibat. Namun, Eddington memutuskan untuk menggunakan matematika untuk menunjukkan mengapa konstanta memiliki nilai tersebut dan bukan nilai lainnya.

Pada awalnya rekan-rekannya, termasuk Einstein sendiri, memandang bukti-buktinya dengan rasa ingin tahu dan rasa hormat, namun mereka segera menyadari bahwa Eddington menggunakan konstruksi matematika yang tidak masuk akal dan penalaran yang sangat tidak jelas. entah bagaimana aku bermain dengan angka dengan cara yang artifisial sampai dia mampu menduga apa yang ingin dia tunjukkan. Sedikit demi sedikit minat komunitas ilmiah terhadap bagian karyanya ini mulai memudar, namun hal ini mendorong akademisi lain untuk bertanya-tanya tentang sifat sebenarnya dari konstanta fundamental.

Dalam artikelnya pada tahun 1937, Dirac menunjukkan kemungkinan bahwa konstanta gravitasi universal telah bervariasi seiring berjalannya waktu.

Matematikawan dan insinyur Inggris Paul Dirac adalah salah satunya. Ia mengamati bahwa banyak konstanta fundamental digambarkan dengan bilangan yang sangat besar dan di antara keduanya terdapat hubungan tertentu. Ada semacam konsistensi di antara keduanya, yang membuatnya menduga bahwa pasti ada hubungan matematis sederhana untuk menjelaskannya. Salah satu dari sekian banyak hubungan yang ia jelajahi menuntunnya untuk membandingkan ukuran alam semesta tampak, yang sangat besar, dan ukuran elektron, yang sangat kecil.

Namun kesimpulannya yang paling katarsis bukanlah itu. Analisisnya membawanya untuk menerbitkan sebuah artikel pada tahun 1937 di jurnal ilmiah bergengsi Nature, di mana ia menunjukkan kemungkinan bahwa konstanta gravitasi universal akan berubah seiring waktu. Apa yang dikemukakan Dirac adalah mungkin konstanta universal tidaklah sama selama hampir 14 miliar tahun keberadaan alam semesta.

Pendekatannya mengusulkan untuk melihat hukum fisika dari perspektif yang berbeda, mungkin pemersatu. Hal ini bahkan memungkinkan kita untuk melihat sekilas bahwa kehidupan hanya mungkin terjadi di alam semesta di mana konstanta fundamental telah memperoleh nilai yang sama dengan alam semesta kita. Awalnya Dirac tidak dianggap serius, namun lambat laun beberapa rekannya menyadari bahwa penjelasannya begitu elegan sehingga patut diperhatikan. Dan lebih dari delapan dekade kemudian, karyanya di bidang ini terus menjadi sumber inspirasi bagi ratusan ilmuwan di seluruh dunia.

Di | Kita mempunyai petunjuk pertama mengenai “kekuatan kelima” di alam semesta. Dan implikasinya sangat buruk bagi fisika.

Gambar Sampul | Arek Socha di Pixabay

Daftar Pustaka | ‘Kuliah Feynman tentang Fisika’Richard Feynman, Matthew Sands dan Robert Leighton | ‘Konstanta universal’Yesus Navarro | ‘Konstanta Dasar dalam Matematika & Fisika: Apakah itu kode universal?’Shahin A. Shayan