Metamaterial Membuat Busa Kuantum Ruang dan Waktu Dalam Tabung Reaksi di Laboratorium

Tinuku
News KeSimpulan.com - Fisikawan temukan cara membuat busa kuantum dalam tabung reaksi. Metamaterial harus bisa menciptakan sifat waktu dan ruang pada skala terkecil.

Metamaterial telah direkayasa untuk memanipulasi dan mengarahkan gelombang elektromagnetik dengan cara yang tidak bisa direproduksi dari material alami. Bahan-bahan ini adalah struktur periodik yang dibangun dari komponen elektronik kecil seperti kapasitor dan kabel. Secara individual komponen ini memiliki interaksi ringan dengan melewati gelombang em. Tetapi saat dirakit menjadi sebuah struktur berulang dapat memiliki pengaruh kuat pada cahaya.

Tidak ada keraguan pada metamaterial yang eksotik mulai dari jubah tembus pandang hingga saluran transmisi listrik. Namun salah satu aplikasi yang paling menarik adalah di bidang kosmologi karena, percaya atau tidak, dapat meniru struktur ruang-waktu.

Ada kesamaan erat perjalanan cahaya yang dipengaruhi oleh lengkungan ruang-waktu dan cara tersebut dipengaruhi oleh "ruang" elektromagnetik di dalam metamaterial. Bahkan ada analogi matematika formal di antara hal-hal tersebut. Jadi perilaku foton dalam metamaterial identik dengan perilaku mereka dalam ruang dan waktu.

Hal ini berguna karena memungkinkan para fisikawan menciptakan segala macam benda astrofisika eksotis di laboratorium. Kita telah berbicara tentang lubang hitam pertama yang dibuat menggunakan metamaterial dan melihat bagaimana hal ini seharusnya dapat menciptakan Big Bang dan bahkan seluruh multiverses. Sekarang muncul gagasan eksotis lain. Igor Smolyaninov, fisikawan dari University of Maryland di College Park, menunjukkan cara membuat busa kuantum dalam metamaterial.

Tidak ada yang yakin hukum fisika mengatur ruang-waktu pada skala terkecil yang lebih panjang dari lebar Planck sekitar 10^-35 meter. Perkiraan yang terbaik bahwa mekanika kuantum entah bagaimana harus berlaku. Dan jika hal ini terjadi maka prinsip ketidakpastian Heisenberg harus memainkan peran penting.

Prinsip ini berarti menemukan segala hal tentang ruang pada skala tersebut, menggunakan energi begitu tinggi akan menciptakan sebuah lubang hitam (Inilah mengapa tidak masuk akal untuk memikirkan yang lebih kecil).

Sekarang, lubang hitam bisa eksis karena mekanika kuantum menunjukkan mereka memang ada, terus melompat masuk dan keluar dari keberadaannya dalam skala Planck. "Lubang hitam virtual" ini memberi struktur aneh ruang-waktu tertentu pada skala Planck. Karena ingin menggunakan kata yang lebih sopan maka fisikawan menyebutnya dengan busa kuantum (quantum foam).

Jadi apa yang harus dilakukan dengan metamaterial? Smolyaninov menunjukkan bahwa metamaterial transparan untuk foton dari panjang gelombang tertentu ketika permitivitas dielektrik mereka adalah rekayasa untuk berada di bawah beberapa nilai kritis.

Apakah dalam nilai tersebut? Karena di atas nilai tersebut materi tiba-tiba menjadi buram. Jadi untuk menciptakan sebuah metamaterial di mana permitivitas dielektrik ini pada nilai kritis, maka setiap fluktuasi panas di dalam material harus menaikkan permitivitas, membuat buram materi di daerah itu. Sehingga setiap foton terperangkap dalam wilayah yang akan terjebak.

"Mereka mengalami refleksi internal total di setiap sudut yang datang," kata Smolyaninov.

Oleh karena itu, wilayah analog dari sebuah lubang hitam. Dan fakta bahwa lubang hitam masuk dan keluar dari keberadaan sebagai suhu yang berfluktuasi secara alami, berarti metamaterial berperilaku seperti busa kuantum. Tetapi hal terbaik bahwa efek busa kuantum harus mudah dideteksi.

Smolyaninov mengatakan ada juga sistem yang diketahui menempati wilayah titik kritis antara transparansi dan opacity. Campuran aniline dan cyclohexane di bawah 35 derajat C. Di atas suhu ini, bagaimanapun, cairan campuran membuat daerah permitivitas berbeda.

Efek yang menarik terjadi pada lapisan di antara campuran yang menjadi sepenuhnya buram pada temperatur kritis. Tetapi karena fluktuasi termal, daerah kecil terus-menerus berkedip masuk dan keluar dari opacity, menjebak dan melepaskan cahaya dalam proses.

"Perilaku ini agak mirip dengan perilaku fisik ruang-waktu yang sebenarnya pada skala Planck," kata Smolyaninov.

Dengan kata lain pada suhu kritis ini analog dengan kuantum busa. Smolyninov belum benar-benar melakukan eksperimen tetapi segala hal tampaknya sangat rumit. Fisikawan bisa melakukannya dengan menggunakan tabung tes. Bahkan, Smolyninov mengatakan: "Efek ini tampaknya menjadi besar dan mudah untuk diamati."

Artinya dalam waktu dekat, fisikawan akan memiliki versi alam semesta busa kuantum dan bermain-main kosmologi hanya di laboratorium.

  1. Igor I. Smolyaninov. Virtual Black Holes in Hyperbolic Metamaterials. arXiv:1101.4625v1 [physics.optics] (Submitted on 24 Jan 2011), http://arxiv.org/abs/1101.4625 (Download)
Tinuku Store

No comments:

Post a Comment