Teori gravitasi kuantum (quantum gravity) adalah sebuah nama untuk teori yang sampai sekarang belum terwujud, yang seyogyanya mengawinkan teori kuantum dengan teori relativitas (yaitu teori tentang ruang-waktu dan gravitasi) dalam satu framework : one unified theory, atau theory of everything, atau terserah anda sebut apa namanya. Kedua teori ini adalah pilar utama fisika modern, dan keduanya berhasil dalam domainnya masing-masing dan telah teruji dengan berbagi eksperimen : fisika kuantum berhasil dalam menjelaskan atom, partikel elementer, dan fenomena mikro lainnya; sedangkan fisika relativitas berhasil menjelaskan gravitasi, kosmologi, dan fenomena makro lainnya. Keduanya membawa sudut pandang yang revolusioner mengenai realita: teori relativitas merubah pandangan mengenai ruang dan waktu, sedangkan teori kuantum merubah pandangan mengenai pengamat dan yang diamati. Tak heran jika banyak orang yang memberikan timeline bahwa fisika modern adalah fisika setelah ditemukannya teori relativitas dan kuantum, dan fisika klasik adalah fisika sebelumnya. Namun keduanya cukup berbeda dan usaha untuk menyatukannya belum berhasil sampai saat ini. Bisa dikatakan bahwa teori kuantum gravitasi adalah "holy grail" dari fisika teori.

Untuk memahami sedikit dari kedua teori tersebut, ada baiknya kita membandingkan fisika relativitas dan kuantum dengan fisika klasik (fisika Newton).

Pertama, kita tinjau fisika relativitas. Dalam fisika klasik, kita menganggap ruang dan waktu sebagai latar yang tetap (fixed background), yaitu seperti panggung atau arena, di mana partikel-partikel menari di atasnya. Dengan sudut pandang itu, kita bisa membuat model geometri yang tetap untuk ruang dan waktu, lalu setelahnya kita bisa merumuskan persamaan untuk mengambarkan dinamika dari partikel-partikel, dan ruang-waktu bersifat absolut, tidak terpengaruh oleh gerakan partikel-partikel. Mungkin gambaran seperti ini yang sekilas bisa kita terima berdasarkan intuisi dan pengalaman sehari-hari. Namun teori relativitas membuktikan bahwa sudut pandang itu adalah salah, dan teori relativitas telah diuji melalui eksperimen. Menurut teori relativitas, ruang-waktu adalah dinamis. Geometri ruang-waktu tidaklah statis, tetapi bergantung pada distribusi materi dan energi. Jadi sudut pandang teori relativitas adalah bahwa ruang-waktu adalah relasional, bukan absolut. Dalam fisika klasik, seandainya semua materi dihilangkan dari alam semesta, akan tertingal sebuah ruang-waktu yang absolut. Tetapi dalam fisika relativitas, jika semua materi dihilangkan, tidak ada yang tersisa - tidak ada ruang-waktu jika tidak ada materi. Ruang-waktu tidaklah eksis dengan sendirinya, tapi ruang-waktu adalah network dari hubungan dan perubahan. Jadi pelajaran utama dari teori relativitas adalah bahwa teori fisika haruslah bebas latar (background independent), yaitu bahwa teori fisika tidak didefinisikan dalam latar ruang-waktu yang statis seperti dalam fisika klasik.

Sekarang, kita tinjau fisika kuantum. Dalam fisika klasik, deskripsi sebuah partikel atau sebuah sistem dapat diberikan dengan pasti, dan pengukuran besaran yang diamati (observable) dapat dilakukan secara pasti, dan secara prinsip keadaan sistem tidak terpengaruh oleh proses pengukuran. Namun dalam fisika kuantum, keadaan sistem dan pengamatan tidaklah demikian, karena ada dua prinsip utama dalam fisika kuantum yang terasa asing bila ditinjau dari kacamata fisika klasik. Misalkan kita ingin mengambarkan sebuah sistem dalam keadan kuantum. Misalkan sistemnya adalah gas dalam kotak, maka keadaannya terdiri dari posisi dan kecepatan masing-masing molekul gas. Namun, ada kendala tertentu dalam mengambarkan sebuah sistem kuantum, yaitu prinsip ketidakpastian Heisenberg, yang mengatakan bahwa terdapat pasangan observables yang tidak bisa diamati keduanya secara akurat : jika salah satu akurasinya bertambah, maka yang lainnya akurasinya berkurang. Misalnya posisi dan kecepatan adalah pasangan observables demikian. Jadi misalnya state kita hanya bisa mengandung posisi eksak atau kecepatan eksak, tetapi tidak keduanya.
Satu hal lagi yang cukup membingungkan dalam teori kuantum, adalah prinsip superposisi. Misalkan sistem kita dapat berada dalam dua keadan yang berbeda : keadaan A dan keadaan B. Prinsip superposisi menyatakan bahwa sistem itu dapat juga berada dalam kombinasi antara A dan B. Jadi keadaan kuantum kita adalah superposisi dari A dan B : a x A + b x B, di mana a dan b adalah bilangan. Keadaan superposisi a x A + b x B jelas memiliki sifat-sifat yang berbeda dengan keadan A dan B. Dan jika kita melakukan pengukuran, jelas kita tidak akan mengamati keadan superposisi tadi - yang kita amati adalah entah A atau B : kita akan mengamati A dengan peluang a^2, dan B dengan peluang b^2. Dalam fisika klasik kita selalu mengambarkan keadaan sistem dalam keadaan pasti, dan melakukan pengukuran juga besaran yang pasti. Namun dalam fisika kuantum, apa yang kita amati berbeda dengan apa yang sebenarnya. Realita kuantum seperti inilah yang agak sulit untuk dicerna, sehingga sampai sekarang pun belum ada satu interpretasi kuantum yang bisa diterima oleh semua orang. Mungkin sebuah contoh yang paling populer adalah sebuah eksperimen pikiran (bukan eksperimen sebenarnya loh ) : paradoks kucing Schrodinger ( lihat misalnya http://en.wikipedia.org/wiki/Schrodingers_cat ).

Jadi teori relativitas memberikan sudut pandang baru mengenai ruang-waktu, namun sayangnya teori relativitas masih mengikuti fisika klasik dalam memandang realita dan pengamatan.
Begitu juga teori kuantum memberikan sudut pandang baru mengenai pengamat dan yang diamati, namun sayangnya teori kuantum masih mengunakan latar ruang-waktu statis seperti fisika klasik.

Mungkin anda mengusulkan : bagaimana kalau teori relativitas kita modifikasi sehingga memasukkan konsep kuantum mengenai pengamatan, atau bagaimana kalau teori kuantum kita modifikasi sehingga memasukkan konsep bebas-latar dari teori relativitas?
Secara tradisional, memang ada dua jalan utama dalam riset mewujudkan teori kuantum gravitasi. Yang pertama berakar dari teori relativitas, yaitu loop quantum gravity atau canonical quantum gravity. Yang kedua berakar dari teori kuantum (atau teori medan kuantum), yaitu string theory (atu M-theory). Kedua jalan ini pendekatannya memang berbeda, walaupun keduanya setuju bahwa dalam skala kecil (sangat sangat kecil, yaitu sekitar 10^-33cm) ruang-waktu tidak lagi mulus seperti yang kita amati pada skala besar. Tentunya ada juga jalan lain yang tidak mengikuti jalan-jalan tradisional tadi, misalnya twistor theory, non-commutative geometry, topos theory, dan lain sebagainya.

Tentunya sebaik apa puh teori, dia tidak akan beridir dengan kokoh tanpa didukung oleh eksperimen. Sampai sekarang belum ada eksperimen yang bisa membenarkan atau menyalahkan teori-teori gravitasi kuantum, walaupun ada beberapa proposal yang kelihatannya cukup mungkin untuk dilaksanakan.

Ulasan yang menarik neh. Thanks dah sharing vid

Aneh banget yahh sebenernya, dua teori besar dalam fisika modern, teori kuantum dan teori relativitas, dua-duanya sukses tapi bertentangan satu sama lain... kok bisa?

Mo nanya, sampai saat ini, dah sejauh apa pemahaman orang tentang quantum gravity? maksudnya, proposal siapa dan bagaimana yang "paling dekat" tentang teori ini?

menurut jurnal Time machines and quantum theory, general relativity mungkin adalah theory of everything itu sendiri.



Download (format PDF) Time machines and quantum theory

@mr. zero

mau bacaan tambahan tentang kuantum gak? ini dua blog yang bertarung sampai mati

http://www.math.columbia.edu/~woit/wordpress/ versus http://motls.blogspot.com/

ya Ampun...kak Masterdavy...dari dulu pe sekarang bahasannya bikin kepala may puyeng...tapi kayaknya hanya may aja nih yg puyeng...yang lain pada semangat..aduh! dasar may salah posting kali ya...

fitri ikutan yah 

Teori kuantum yang dikembangkan oleh Erwin Schrodinger dan Werner Heisenberg, dan teori relativitas khusus yang dibangun oleh Albert Einstein pada permulaan abad ke-20 dapat dipandang sebagai dua teori fisika yang sangat revolusioner. Kedua teori itu telah memperkenalkan perubahan yang sangat drastis ke dalam konsepsi kita mengenai alam semesta beserta semua fenomena atau peristiwa yang terjadi di dalamnya. Pemakaian kedua teori ini telah terbukti sangat ampuh untuk menjelaskan berbagai masalah fisika fundamental yang belum terpecahkan sampai akhir abad ke-19.

Teori medan kuantum (quantum field theory) yang merupakan gabungan dari teori teori kuantum dengan teori relativitas khusus telah berhasil menjelaskan banyak sekali proses yang melibatkan partikel elementer. Teori ini, yang dirumuskan sebagai sebuah teori medan gauge (gauge field theory) memungkinkan para ilmuwan fisika untuk memahami ketiga interaksi fundamental yang menentukan perilaku partikel-partikel elementer, yakni interaksi elektromagnetik (electromagnetic interaction), interaksi lemah (weak interaction), dan interaksi kuat (strong interaction).

 Hasil-hasil yang sangat mengagumkan yang dicapai oleh teori medan gauge ini adalah sebagai berikut:

   1. Penemuan arus netral lemah (weak neutral current).
   2. Penjelasan mengenai terbentuknya massa partikel elementer melalui perusakan simetri secara spontan (spontaneously broken symmetry).
   3. Pembangunan sebuah model unifikasi dari interaksi elektromagnetik dengan interaksi lemah oleh Glashow, Weinberg dan Salam (GWS mode). Model unifikasi ini dikenal sebagai model electroweak (electroweak model).
   4. Pembangunan berbagai model teori unifikasi agung (grand unified theory / GUT) yang menggabungkan ketiga interaksi fundamental tersebut.
   5. Membuka kemungkinan untuk membangun sebuah teori medan kuantum yang menggabungkan fermion dan boson yang dikenal sebagai teori supersimetri.
   6. Pembangunan model supersimetri unifikasi agung sebagai sebuah teori medan gauge local yang memasukkan gravitasi. Model ini dikenal sebagai model supergravitasi.

Teori kuantum dan teori relativitas khusus tersebut tidak memperhitungkan pengaruh medan gravitasi dalam semua proses fisika. Untuk menjelaskan pengaruh medan gravitasi itu maka pada tahun 1911, Einstein membangun sebuah teori gravitasi baru yang dinamakan teori relativitas umum (general theory of relativity).

Dalam teori relativitas khusus dan dalam teori relativitas umum, arti dari jarak diantara dua benda dalam sebuah ruang berdimensi tiga seperti yang biasa kita pahami harus digeneralisasi ke dalam sebuah interval dalam sebuah ruang-waktu berdimensi empat. Interval ini dinamakan juga metrik dari ruang-waktu itu karena bentuk dari interval ini ditentukan oleh komponen-komponen dari sebuah tensor metrik yang nilainya bergantung pada materi yang terdapat dalam ruang-waktu tersebut.

Dalam teori relativitas umum, interval ruang-waktu itu adalah sebuah pemecahan dari persamaan medan gravitasi Einstein di luar sebuah distribusi materi. Interval dari sebuah ruang-waktu dalam teori relativitas umum selalu mempunyai sebuah singularitas. Singularitas ini mengindikasikan keberadaan sebuah benda yang sangat massif yang dinamakan lubang hitam (black hole). Benda yang berperilaku menyerupai sebuah lubang hitam tetapi dengan arah waktu yang dibalikkan (time reversed black hole) dinamakan sebuah lubang putih (white hole). Persamaan medan gravitasi Einstein mengandung sebuah konstanta kosmologi yang sampai sekarang masih menimbulkan berbagai macam kontroversi. Teori relativitas umum inilah yang mendasari semua model kosmologi relativistik yang menjelaskan struktur dari sebuah alam semesta berskala besar.

Berdasarkan sejumlah besar hasil observasi yang didapatkan sampai sekarang, maka disimpulkan bahwa alam semesta ini bersifat homogen dan isotropik. Walaupun banyak sekali model kosmologi relativistik yang telah dikembangkan para ilmuwan fisika sampai sekarang, menurut catatan sejarah perkembangannya, semua model tersebut diilhami oleh model-model kosmologi homogen yang mula-mula dibangun oleh Eistein, de Sitter dan Friedmann.

Model kosmologi Einstein yang dikembangkan pada 1916 adalah sebuah model kosmologi untuk sebuah struktur ruang-waktu yang statis dan yang mempunyai kelengkungan positip yang konstan. Model ini kemudian dimodifikasi setelah Hubble menemukan bahwa alam semesta ini bukan statis tatapi terus mengembang.

Model kosmologi de Sitter yang dikembangkan pada 1917 adalah sebuah model kosmologi untuk sebuah struktur ruang-waktu tanpa materi dan mempunyai kelengkungan negatip yang konstan. Perlu dicatat bahwa de Sitter adalah ilmuwan pertama yang membuktikan bahwa materi tidak diperlukan untuk menghasilkan kelengkungan dari ruang-waktu.

Model kosmologi Friedmann yang dibangun pada 1922 dapat dipandang sebagai sebuah model yang berada di antara model kosmologi Einstein dan model kosmologi de Sitter.

Alam semesta yang bersifat homogen dan isotropik yang paling sering dianalisis mempunyai struktur geometri yang dinyatakan oleh metrik Robertson-Walker. Metrik ini adalah sebuah pemecahan dari persamaan medan Einstein vakum dengan memilih konstanta kosmologi yang besarnya sama dengan nol. Kelahiran alam semesta seperti ini selalu diawali oleh sebuah dentuman besar (big-bang) yang terjadi pada waktu Planck, t = 10-43 detik. Metrik ini mengandung sebuah faktor skala yang dapat digunakan untuk menghitung kecepatan ekspansi dari alam semesta yang biasanya dikenal sebagai konstanta Hubble. Metrik ini juga mengandung sebuah indeks kelengkungan yang akan menentukan apakah alam semesta itu merupakan sebuah alam semesta terbuka, alam semesta datar, atau alam semesta tertutup. Hasil-hasil perhitungan menunjukkan bahwa masing-masing alam semesta ini mempunyai umur yang ordenya 10 miliar tahun. Einstein sendiri yakin bahwa alam semesta ini adalah sebuah alam semesta yang tertutup.

GUT adalah satu-satunya teori yang memungkinkan kita untuk menelusuri kembali sejarah alam semesta semenjak kelahirannya pada waktu Planck.

Pada waktu kelahiran alam semesta, besarnya temperatur adalah 1032 derajat Kelvin dan segala sesuatu terdapat dalam bentuk radiasi. Pada waktu-waktu yang selanjutnya, terjadi perusakan simetri yang menghasilkan massa.

baca2 ginian jadi teringat masa SMA...
skrg mah udah "berpaling" <-- jadi cuma bisa ngjunk deh....

@fitrie
Hallo, fitrie!