Eksperimen 16 Tahun Untuk Menantang Teori Einstein, Hasilnya?

[Sains Box] Eksperimen 16 Tahun Untuk Menantang Teori Einstein, Hasilnya?

Sebuah tim internasional telah menempatkan teori Einstein melalui penelitian dengan bantuan sistem pulsar ganda dan 16 tahun pengujian yang ketat.

Menggunakan teleskop dari seluruh dunia, termasuk Australia dengan teleskop radio Murriyang CSIRO, di Parkes, mereka menemukan bahwa teori relativitas umum Einstein – yang awalnya diterbitkan pada tahun 1915 – masih berlaku sampai sekarang.

Tapi apa itu relativitas umum? Singkatnya, ini adalah deskripsi gravitasi yang digunakan dalam fisika modern; properti geometris ruang dan waktu juga dikenal sebagai ruang-waktu empat dimensi. Namun, sementara menjadi teori paling sederhana yang konsisten dengan data eksperimen pada ukuran ruang, relativitas umum tidak dapat didamaikan dengan hukum fisika kuantum pada skala terkecil dari alam semesta kita.

Baca Juga:

Teleskop radio CSIRO Parkes di malam hari. (CSIRO/A. Cherney)---------
Menurut anggota tim peneliti Dr Dick Manchester – seorang rekan di badan antariksa nasional Australia dan CSIRO – hasil ini membantu menyempurnakan pemahaman kita tentang alam semesta.

"Teori relativitas umum menjelaskan bagaimana gravitasi bekerja pada skala besar di alam semesta, tetapi ia rusak pada skala atom di mana mekanika kuantum berkuasa," kata Manchester.

"Kami perlu menemukan cara untuk menguji teori Einstein pada skala menengah, untuk melihat apakah itu masih berlaku. Untungnya, laboratorium kosmis yang tepat, yang dikenal sebagai pulsar ganda, ditemukan menggunakan teleskop Parkes pada tahun 2003."

"Pengamatan kami terhadap pulsar ganda selama 16 tahun terakhir terbukti sangat konsisten dengan teori relativitas umum Einstein – tepatnya 99,99 persen," katanya.

Tapi bagaimana mereka melakukannya?

Sistem pulsar biner pertama – SR B1913+16 – diidentifikasi pada tahun 1975, tetapi keduanya dan yang ditemukan kemudian terdiri dari pulsar dan bintang yang mengorbit satu sama lain. Sistem pulsar ganda – PSR J0737-3039A/B – terlihat pada tahun 2003 dan tetap menjadi satu-satunya sistem yang masih ditemukan yang berisi dua pulsar dalam orbit biner, yang menawarkan kesempatan langka untuk menguji relativitas umum.

Sistem pulsar ganda bertindak seperti jam dengan jarum detik yang terus berdetak. Dua pulsar yang mengorbit – bintang neutron padat – menciptakan medan gravitasi yang sangat kuat dan memancarkan gelombang radio pada interval waktu yang teratur (jarum kedua, dalam analogi ini). Mereka juga memiliki waktu rotasi yang sangat stabil dan sangat cepat.

Bintang-bintang dalam sistem pulsar ganda menyelesaikan orbit setiap 2,5 jam, dengan satu pulsar berputar 45 kali setiap detik sementara yang lain berputar hanya 2,8 kali per detik.

Kedua pulsar diprediksi akan bertabrakan dalam waktu 85 juta tahun karena, menurut relativitas umum, percepatan ekstrim dalam sistem meregangkan struktur ruang-waktu dan mengirimkan riak yang akan memperlambatnya. Namun dengan skala waktu yang begitu lama kehilangan energi ini sulit dideteksi.

Untungnya, detak seperti jam dari gelombang radio yang berasal dari pulsar yang berputar adalah alat yang sempurna untuk melacak perubahan kecil ini. Pulsar dengan rotasi stabil memungkinkan pengukuran variasi sangat kecil dalam waktu kedatangan kutu tersebut untuk menguji teori gravitasi.

Anggota tim peneliti Associate Professor Adam Deller, dari Swinburne University of Technology dan ARC Center of Excellence for Gravitational Waves (OzGrav), menjelaskan bahwa kutu ini membutuhkan waktu sekitar 2.400 tahun untuk mencapai Bumi.

"Kami memodelkan waktu kedatangan tepat lebih dari 20 miliar detak jam ini selama 16 tahun," kata Deller.

"Itu masih belum cukup untuk memberi tahu kita seberapa jauh bintang-bintang itu, dan kita perlu tahu itu untuk menguji relativitas umum."

Ilustrasi pulsar ganda PSR J0737−3039A/B. (Michael Kramer/MPIfRA)---------
Dengan menambahkan data dari Very Long Baseline Array – jaringan teleskop yang tersebar di seluruh dunia – tim peneliti dapat menemukan goyangan kecil di posisi bintang setiap tahun, yang dapat digunakan untuk menentukan jarak mereka dari Bumi.

Mungkin mengecewakan para peneliti, hasil akhirnya menunjukkan bahwa teori Einstein berlaku: hasilnya 99,99% sesuai dengan prediksi relativitas umum.

Sistem pulsar ganda tetap menjadi alat unik untuk menguji teori gravitasi, dan tim berencana untuk terus menggunakannya untuk menyodok teori Einstein.

"Kami akan kembali di masa depan menggunakan teleskop radio baru dan analisis data baru dengan harapan dapat menemukan kelemahan dalam relativitas umum yang akan membawa kami ke teori gravitasi yang lebih baik lagi," kata Deller.

*******