Eksperimen yang baru saja menerima pendanaan dari European Research Council ini dapat menjadi bukti langsung pertama bahwa ruang itu sendiri memiliki struktur—dan struktur tersebut bersifat kuantum
Selama lebih dari seratus tahun, fisika telah hidup dengan kontradiksi yang tersembunyi di intinya. Teori relativitas umum Einstein menggambarkan alam semesta pada skala kosmik dengan keakuratan yang luar biasa—gerak planet, pembiasan cahaya, riak ruang-waktu dari tabrakan lubang hitam. Mekanika kuantum melakukan hal yang sama pada skala terkecil—perilaku partikel, struktur atom, sifat cahaya. Kedua teori tersebut bekerja. Keduanya tidak salah. Namun, keduanya secara fundamental tidak sesuai. Menggabungkan keduanya dianggap sebagai salah satu tantangan terbesar yang belum terpecahkan dalam sains. Hal ini mungkin akan segera berubah.
Beberapa minggu yang lalu, Universitas Cardiff mengumumkan bahwa Profesor Hartmut Grote dari Institut Gravitasi yang baru didirikan telah menerima hibah besar dari European Research Council untuk melakukan eksperimen terobosan dengan satu tujuan: menemukan bukti eksperimental langsung pertama tentang gravitasi kuantum. Gagasan di balik proyek tersebut sama cerdasnya dengan radikal. Ruang-waktu—jaringan alam semesta—mungkin tidak mulus dan kontinu seperti yang dibayangkan Einstein. Ia bisa saja granular, berpiksel. Dibangun dari unit kuantum diskret pada skala yang begitu kecil sehingga belum pernah diukur secara langsung: panjang Planck—jarak sekitar dua puluh tingkat besaran lebih kecil dari sebuah proton. Ini bukanlah piksel yang dapat dilihat. Namun, dalam kondisi yang tepat, teori memprediksi bahwa mereka menciptakan semacam keburaman kuantum—getaran halus yang hampir tidak terasa dalam posisi objek di sekitar kita.
Tim Profesor Grote berencana untuk mendeteksi getaran halus inilah. Menggunakan interferometer laser desktop—perangkat yang begitu presisi sehingga dapat mengukur perubahan panjang kurang dari sepersemiliar bagian dari sebuah atom—mereka akan menggabungkan dua teknologi kuantum mutakhir yang belum pernah digunakan bersama sebelumnya: cahaya terkompresi, yang mengurangi kebisingan kuantum dalam pengukuran laser di luar batasan klasik, dan deteksi foton tunggal, yang memberikan ketepatan yang belum pernah terjadi sebelumnya pada tingkat kebisingan mendekati nol. Eksperimen, yang diberi nama Single Photon Detection Interferometry for Quantum Gravity, secara langsung memanfaatkan teknologi yang dikembangkan untuk LIGO dan Virgo—detektor gelombang gravitasi yang telah membuktikan kemampuan mereka untuk menangkap riak terkecil dalam ruang-waktu dari tabrakan lubang hitam miliaran tahun cahaya dari kita.
“Mengkonfirmasi tanda tangan kuantum ruang-waktu akan menjadi pencapaian monumental. Ini akan mengubah pemahaman kita tentang realitas pada tingkat yang paling mendasar dan membuka arah baru yang sama sekali baru untuk eksplorasi ilmiah. Lebih dari seratus tahun setelah Einstein mengubah pemahaman kita tentang ruang dan waktu, proyek ini dapat membawa kita selangkah lebih dekat untuk menyelesaikan gambaran yang dia mulai. Saya pikir dia akan sangat gembira,” kata Profesor Hartmut Grote dari Universitas Cardiff.
Jika eksperimen berhasil, dampaknya akan melampaui penemuan tunggal. Ruang-waktu terkuantisasi akan mengkonfirmasi bahwa alam semesta tidak terdiri dari medan mulus dan geometri kontinu—melainkan dari sesuatu yang mirip dengan informasi: diskret, dapat dihitung, pada dasarnya kuantum. Ini akan mengkonfirmasi konsep-konsep teoretis yang telah berkembang dengan tenang selama beberapa dekade—dari prinsip holografik hingga gagasan bahwa geometri ruang-waktu muncul dari keterikatan kuantum. Ini akan menyiratkan bahwa apa yang kita sebut realitas fisik—ruang, waktu, materi—bukanlah dasar dari alam semesta. Ini adalah bagaimana informasi kuantum alam semesta terlihat dari sudut pandang kita. Sebagai bonus, eksperimen yang sama ini dapat mendeteksi jejak materi gelap dan gelombang gravitasi primordial, gema dari saat-saat paling awal alam semesta. Sains, seperti yang dikatakan Profesor Grote, tidak selalu mengumumkan dirinya dengan keras. Terkadang ia datang sebagai getaran halus dari seberkas laser di atas meja laboratorium.
