Pencarian teori segalanya, yang dapat ditelusuri kembali ke masa sebelum Archimedes dan dikembangkan secara signifikan pada abad terakhir melalui teori relativitas umum dan mekanika kuantum Albert Einstein, telah menemui tantangan besar karena penjelasan mereka tentang gravitasi yang saling bertentangan. Penelitian inovatif Kent Yagi di Universitas Virginia, memanfaatkan kecerdasan buatan dan didukung oleh hibah CAREER bergengsi dari National Science Foundation, bertujuan untuk menjembatani kesenjangan ini, menawarkan wawasan baru mengenai gravitasi dan kekuatan fundamental alam semesta, sekaligus meningkatkan pendidikan STEM melalui komunitas dan jangkauan pendidikan. (Konsep Artis). Kredit: SciTechDaily.com
Jauh sebelum Archimedes menyatakan bahwa semua fenomena yang dapat kita amati dapat dipahami melalui prinsip-prinsip dasar, manusia telah membayangkan kemungkinan adanya teori segalanya. Selama satu abad terakhir, fisikawan semakin dekat untuk mengungkap misteri ini. Teori relativitas umum Albert Einstein memberikan dasar yang kuat untuk memahami kosmos dalam skala besar, sementara mekanika kuantum memungkinkan kita memahami cara kerjanya pada tingkat subatom. Masalahnya adalah kedua sistem tidak sepakat mengenai cara kerja gravitasi.
Terobosan dalam Mengamati Alam Semesta
Salah satu aspek dari teori relativitas umum Einstein adalah bahwa objek yang bergerak di ruang angkasa menghasilkan gelombang, seperti perahu yang bergerak di air, namun gelombang tersebut diciptakan oleh planet, bintang dan galaksi, atau bahkan lubang hitam yang dapat menciptakan gravitasi terkuat. bidang yang memungkinkan, jumlahnya masih sangat kecil. Akibatnya, hampir seratus tahun setelah Einstein pertama kali mempublikasikan gagasannya gelombang gravitasi bahwa sarana teknologi untuk mengamatinya telah dikembangkan. Pada tahun 2015, sebuah program yang dikenal sebagai LIGOatau Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory, salah satu proyek terbesar yang pernah didanai oleh NSF, mendeteksi gelombang gravitasi untuk pertama kalinya, yang menghasilkan Hadiah Nobel Fisika bagi para pemimpin proyek tersebut.
“Penemuan ini merupakan salah satu momen terpenting dalam fisika dalam seratus tahun terakhir,” kata Yagi.
Dan seiring dengan kemajuan teknologi yang dibutuhkan untuk mengamati fenomena subatom, kapasitas komputasi yang diperlukan untuk memproses sejumlah besar data yang dikumpulkan para astronom tentang alam semesta juga semakin maju. Selain itu, perkembangan baru di pembelajaran mesin dan kecerdasan buatan dalam beberapa tahun terakhir memungkinkan para ilmuwan untuk membuat dan menguji model matematika kompleks yang menggambarkan fenomena yang mereka amati dengan kecepatan yang tidak terbayangkan.
Yagi mempelajari gelombang gravitasi masif yang dihasilkan oleh sepasang lubang hitam dan bintang neutron biner – salah satu objek terpadat di alam semesta yang 1013 kali lebih kuat daripada magnet kulkas pada umumnya, menurut Yagi – dan dia menggunakan fenomena tersebut untuk menguji teori Einstein tentang gravitasi dan menyelidiki hukum dasar fisika nuklir, mencari informasi yang akan membantu menyelesaikan keterputusan antara teori Einstein dan mekanika kuantum.
Pendanaan dan Penjangkauan Pendidikan
Hibah CAREER, yang akan memberikan pendanaan sebesar $400,000 ke Kolese selama lima tahun ke depan, akan menciptakan peluang bagi mahasiswa pascasarjana saat ini dan masa depan yang tertarik untuk mengembangkan dan menerapkan algoritma pembelajaran mesin yang akan membantu menjelaskan dan memprediksi pengamatan gelombang gravitasi dan memberi kita pemahaman yang lebih mendalam. memahami perilaku gravitasi.
Setelah algoritme komputasi disempurnakan – sebuah proses yang akan memakan waktu hanya beberapa minggu – Yagi mengatakan timnya akan dapat memproses data yang dikumpulkan oleh LIGO untuk menguji teori Einstein seratus kali lebih cepat.
“Dan jumlah ruang yang bisa kita cari untuk data tersebut akan bertambah sepuluh kali lipat,” kata Yagi.
Salah satu persyaratan penghargaan CAREER adalah penerima juga memasukkan proyek pendidikan dan penjangkauan komunitas ke dalam pekerjaan mereka, dan sebagian dari dana tersebut akan menciptakan lapangan kerja bagi mahasiswa sarjana yang akan bekerja dengan Yagi untuk mengembangkan perangkat lunak pendidikan bagi siswa sekolah menengah yang tertarik pada fisika, yang mana , Yagi berharap, akan menginspirasi generasi ilmuwan pemenang hadiah Nobel berikutnya.
Tantangan Pembuktian Teori
Seberapa dekat hal ini membawa kita pada teori segalanya?
“Masih banyak masalah yang harus diselesaikan,” kata Yagi. “Saya berharap saya akan melihatnya dalam hidup saya, tapi saya tidak ingin terlalu optimis.”
“Membuktikan sebuah teori hampir mustahil,” jelas Yagi. “Akan selalu ada kesalahan pengukuran dalam eksperimen apa pun, tapi kami akan terus mencoba melihat apakah kami menemukan bukti yang menyangkal relativitas umum. Pada saat yang sama, kami terus menemukan betapa indah dan benarnya hal itu.”
Karya Yagi dan perhatian yang diterimanya mendapat pujian dari rekan-rekan dan pemimpinnya di UVA.
“Ada dorongan yang sangat besar baru-baru ini untuk lebih memahami gelombang gravitasi tidak hanya sebagai prediksi atau konsep teoretis tetapi juga agar dapat mendeteksinya secara langsung, kata Phil Arras, ketua Departemen Astronomi UVA. “Upaya ini telah membuka jendela baru mengenai alam semesta dan memberi kita cara baru untuk menguji teori kita tentang bagaimana bintang berevolusi. Penelitian Kent sangat penting untuk memahami hal tersebut.”
Despina Louca, ketua Departemen Fisika UVA menyebut Yagi sebagai astrofisikawan yang sangat dihormati dengan portofolio penelitian yang luas.
“Kent adalah seorang pendidik yang menarik dan mentor yang banyak dicari, yang karyanya telah memberikan dampak luar biasa di beberapa disiplin ilmu fisika,” tambah Louca. “Dia membuka jalan untuk menggunakan pembelajaran mesin untuk menguji relativitas umum sambil mengeksplorasi sifat astrofisika bintang neutron, dan karyanya dengan siswa UVA dalam membuat game online yang mengintegrasikan penelitian dan pendidikan akan menginspirasi generasi muda di seluruh dunia.”
