"Ini adalah paradoks kembar untuk 'anak tunggal'
kuantum, dan membutuhkan relativitas umum serta mekanika kuantum.
Interaksi antara kedua teori ini belum pernah diselidiki dalam
percobaan."
Penyatuan mekanika kuantum dan relativitas
umum Einstein merupakan salah satu pertanyaan yang paling menarik dan
masih terbuka dalam fisika modern. Dalam relativitas umum, gabungan
teori gravitasi, ruang dan waktu memberikan prediksi-prediksi yang
menjadi bukti jelas pada skala kosmik bintang dan galaksi. Di sisi lain,
efek kuantum bersifat rapuh dan biasanya terobservasi pada skala kecil,
misalnya ketika mempertimbangkan partikel tunggal dan atom. Itulah
mengapa sangat sulit untuk menguji interaksi antara mekanika kuantum dan
relativitas umum.
Kini, fisikawan teoritis yang dipimpin Prof.
Caslav Brukner dari Universitas Wina mengusulkan suatu eksperimen baru
yang dapat mengamati ketumpangtindihan dari kedua teori tersebut. Fokus
pekerjaan ini adalah mengukur konsep waktu relativistik umum pada skala
kuantum. Temuan ini dipublikasikan minggu ini dalam Nature
Communications.
Salah satu prediksi kontraintuitif
relativitas umum Einstein adalah gravitasi mendistorsi aliran waktu.
Teori ini memprediksi bahwa jam berdetak lebih lambat di dekat objek
yang besar dan berdetak semakin cepat saat semakin menjauh dari massa.
Efek ini menghasilkan “paradoks kembar”: jika salah satu kembar bergerak
keluar untuk tinggal di ketinggian yang lebih tinggi, maka usianya akan
lebih cepat dari usia kembar lain yang tetap tinggal di darat. Efek ini
telah tepat diverifikasi dalam percobaan klasik, namun tidak dalam
hubungannya dengan efek kuantum, yang merupakan tujuan dari percobaan
baru yang diusulkan kali ini.
Kelompok peneliti Wina ingin
mengeksploitasi kemungkinan yang luar biasa bahwa sebuah partikel
kuantum tunggal dapat kehilangan properti klasiknya dalam memiliki
posisi yang didefinisikan dengan baik, atau sebagaimana yang diutarakan
dalam istilah mekanik kuantum: ia dapat berada dalam “superposisi”. Hal
ini memungkinkan untuk efek seperti-gelombang, yang disebut
interferensi, dengan sebuah partikel tunggal. Namun, jika posisi
partikel diukur, atau bahkan jika secara prinsip dapat diketahui, maka
efek ini menghilang. Dengan kata lain, tidak mungkin mengamati
interferensi dan sekaligus mengetahui posisi partikel. Hubungan antara
informasi dan interferensi merupakan contoh komplementaritas kuantum –
prinsip yang diusulkan oleh Niels Bohr.
Usulan eksperimental yang
sekarang dipublikasikan dalam Nature Communications ini
menggabungkan prinsip tersebut dengan “paradoks kembar” dari relativitas
umum.
Tim riset Universitas Wina beranggapan bahwa sebuah jam
tunggal (partikel dengan perkembangan derajat kebebasan internal seperti
spin) dibawa dalam superposisi dari dua lokasi – yang satu lebih dekat
dan yang yang satunya lagi lebih jauh dari permukaan bumi.
Berdasarkan
relativitas umum, jam berdetak pada tingkat yang berbeda pada dua
lokasi, dalam cara yang sama seperti dua kembar yang berbeda usia. Tapi
karena waktu yang diukur dengan jam mengungkapkan informasi di mana jam
itu terletak, interferensi dan sifat-gelombang jam menjadi menghilang.
“Ini
adalah paradoks kembar untuk ‘anak tunggal’ kuantum, dan membutuhkan
relativitas umum serta mekanika kuantum. Interaksi antara kedua teori
ini belum pernah diselidiki dalam percobaan,” kata Magdalena Zych,
penulis utama makalah dan anggota Program Doktor CoQuS Wina. Dengan
demikian, ini merupakan usulan pertama untuk percobaan yang memungkinkan
pengujian gagasan waktu relativistik umum dalam hubungannya dengan
komplementaritas kuantum.
Kredit: Universitas Wina
Jurnal: M. Zych, F. Costa, I. Pikovski, C. Brukner. Quantum interferometric visibility as a witness of general relativistic proper time. Nature Communications, 18 October 2011. DOI: 10.1038/ncomms1498
Jurnal: M. Zych, F. Costa, I. Pikovski, C. Brukner. Quantum interferometric visibility as a witness of general relativistic proper time. Nature Communications, 18 October 2011. DOI: 10.1038/ncomms1498
