Batas resolusi alam semesta: mengapa kita mungkin tidak pernah memiliki pandangan yang sempurna dari galaksi jauh

Anda dapat membuat keluar titik di bagian bawah tanda tanya ini? Bagaimana jika Anda berdiri beberapa meter? Detail terbaik mata manusia rata-rata bisa membedakan adalah tentang ukuran berhenti penuh dilihat pada jarak satu meter. Ini disebut "resolusi". Resolusi terbaik untuk sistem optik - seperti mata - kira-kira diberikan oleh rasio panjang gelombang cahaya yang Anda lihat dan ukuran aperture yang cahaya melewati.

Dalam astronomi, resolusi bekerja sama. Hal ini menjelaskan mengapa kita membangun teleskop semakin besar: tidak hanya dapat teleskop besar mengumpulkan lebih banyak cahaya dan karena itu melihat lebih jauh, semakin besar aperture teleskop, pada prinsipnya lebih baik gambar.

Tapi sekarang sebuah studi baru telah menyarankan bahwa alam semesta sebenarnya memiliki batas resolusi yang mendasar, yang berarti tidak peduli seberapa besar kita membangun teleskop kita tidak akan melihat galaksi paling jauh dengan jelas seperti yang kita inginkan.

Masalahnya dengan teleskop

Terbesar teleskop cahaya tampak di Bumi, seperti Teleskop Sangat Besar dan teleskop Keck, memiliki cermin sekitar sepuluh meter dengan diameter, dan ada sekarang berencana untuk membangun teleskop dengan diameter 30m ke 40m (disebut Teleskop Sangat Besar) . Tapi ada masalah: jika cahaya dari suatu objek (baik itu lilin, lampu jalan atau bintang) yang terganggu perjalanannya dari sumber ke deteksi, maka kita tidak akan pernah mampu menghasilkan gambar setajam maksimum teoritis, tidak peduli seberapa besar kita membuat aperture.

Cermin primer besar dari James Webb Telescope.

Kita tahu cahaya dapat bermain trik pada kami. Pernah melihat di bagian bawah kolam renang dan melihat ubin tampak riak dan menari? Atau menaruh sedotan ke dalam segelas air dan melihat itu tampaknya "istirahat" antara udara dan cairan? Cahaya perjalanan ke teleskop kita dari ruang harus melewati suasana bergolak, dan ini menyebabkan masalah bagi para astronom.

Seperti satu set paralel yang sempurna dari gelombang laut menghadapi karang tenggelam, atmosfer mengganggu propagasi gelombang '. Untuk gelombang elektromagnetik - cahaya - ini memiliki efek gambar kabur. Kecuali kita kompensasi untuk itu, itu berarti kita tidak pernah mencapai resolusi maksimum teoritis untuk teleskop. Menempatkan teleskop di luar angkasa, di atas atmosfer, merupakan salah satu solusi, tapi mahal. "Optik adaptif" adalah satu lagi, tapi secara teknis menantang.

Busa kuantum

Studi baru, dipresentasikan pada Astronomical Union Majelis Umum Internasional tahun ini, membuat prediksi tentang sifat ruang menggunakan dunia yang aneh fisika kuantum. Ini berpendapat bahwa sifat ruang-waktu pada tingkat kuantum dapat menimbulkan semacam "batas resolusi mendasar" dari kosmos, berarti mungkin ada alasan untuk khawatir tentang bagaimana jelas teleskop masa depan akan dapat melihat yang paling galaksi jauh.

Idenya adalah sebagai berikut. Menurut mekanika kuantum, pada terkecil sisik, yang dikenal sebagai skala Planck, beberapa 10-35 m (ya, itu titik desimal dengan 34 angka nol setelah sebelum Anda sampai ke satu), ruang digambarkan sebagai "berbusa". Pada mereka skala kecil, fisika kuantum memprediksi bahwa alam semesta menggelegak dengan apa yang disebut "partikel virtual" yang muncul menjadi ada dan kemudian dengan cepat memusnahkan satu sama lain - sesuatu yang terlihat terus-menerus dalam eksperimen fisika partikel. Namun, untuk singkat saat-saat partikel-partikel tersebut memiliki energi dan karena itu - menurut persamaan terkenal E = mc2 - massa.

Setiap massa, tidak peduli seberapa kecil, diprediksi warp ruang-waktu. Ini adalah deskripsi gravitasi Einstein. Contoh paling dramatis dari fenomena ini di alam adalah dalam lensa gravitasi galaksi jauh oleh cluster besar. Foton - partikel cahaya - perjalanan melalui seperti berbusa ruang-waktu akan terpengaruh oleh fluktuasi tersebut dalam cara yang mirip dengan cahaya melewati atmosfer kita tebal dan bergolak.

Tentu saja, efeknya kecil - hampir diabaikan. Tapi foton yang dipancarkan dari galaksi yang jauh membuat perjalanan di seluruh alam semesta telah melakukan perjalanan jauh. Pada perjalanan ini, tak terhitung jumlahnya "fase gangguan" yang disebabkan oleh sifat berbusa ruang-waktu mungkin bertambah. Sekarang, prediksi adalah bahwa efek ini lebih kecil dari bahkan gambar yang terbaik saat ini kami bisa membuat dengan teleskop terbaik. Tapi - jika teori itu benar - maka kabur kosmik ini mungkin tampak dalam gambar galaksi jauh yang dibuat oleh teleskop generasi berikutnya. Ini termasuk penerus Hubble James Webb Space Telescope, karena untuk diluncurkan pada tahun 2018.

Namun, ada sejauh ini tidak ada teori yang diterima menyatukan pandangan Einstein gravitasi dengan mekanika kuantum - yang merupakan salah satu tujuan utama fisika modern - jadi kami harus mengambil prediksi ini dengan sejumput garam. Bahkan jika itu benar, efeknya akan hanya benar-benar membuat frustasi untuk kelompok astrofisikawan mempelajari struktur rinci dari galaksi paling jauh.

Apa yang menarik adalah implikasi bahwa tidak peduli seberapa besar kita membuat teleskop kita di Bumi atau di luar angkasa, ada batas resolusi alami fundamental alam semesta di luar yang kita tidak bisa menyelidiki, lahir dari proses kuantum, namun diwujudkan dalam skala kosmologis. Seperti konspirasi kosmik, beberapa rahasia alam dapat selamanya tersembunyi.

Thanks theconversation.com.