Memahami Konstanta Kosmologi

Cosmological constant

 

Main article: Cosmological constant

For more details on this topic, see Equation of state (cosmology).

The simplest explanation for dark energy is that it is simply the "cost of having space": that is, a volume of space has some intrinsic, fundamental energy. This is the cosmological constant, sometimes called Lambda (hence Lambda-CDM model) after the Greek letter Λ, the symbol used to mathematically represent this quantity. 

Since energy and mass are related by E = mc², Einstein's theory of general relativity predicts that it will have a gravitational effect. It is sometimes called a vacuum energy because it is the energy density of empty vacuum. In fact, most theories of particle physics predict vacuum fluctuations that would give the vacuum this sort of energy. 

This is related to the Casimir Effect, in which there is a small suction into regions where virtual particles are geometrically inhibited from forming (e.g. between plates with tiny separation). 

The cosmological constant is estimated by cosmologists to be on the order of 10⁻²⁹g/cm³, or about 10⁻¹²⁰ in reduced Planck units. However, particle physics predicts a natural value of 1 in reduced Planck units, a large discrepancy which is still lacking in explanation.

The cosmological constant has negative pressure equal to its energy density and so causes the expansion of the universe to accelerate. The reason why a cosmological constant has negative pressure can be seen from classical thermodynamics; Energy must be lost from inside a container to do work on the container.

A change in volume dV requires work done equal to a change of energy −p dV, where p is the pressure. But the amount of energy in a box of vacuum energy actually increases when the volume increases (dV is positive), because the energy is equal to ρV, where ρ (rho) is the energy density of the cosmological constant. Therefore, p is negative and, in fact, p = −ρ.

A major outstanding problem is that most quantum field theories predict a huge cosmological constant from the energy of the quantum vacuum, more than 100 orders of magnitude too large. This would need to be cancelled almost, but not exactly, by an equally large term of the opposite sign. 

Some supersymmetric theories require a cosmological constant that is exactly zero, which does not help. The present scientific consensus amounts to extrapolating the empirical evidence where it is relevant to predictions, and fine-tuning theories until a more elegant solution is found. Philosophically, our most elegant solution may be to say that if things were different, we would not be here to observe anything — the anthropic principle.

Technically, this amounts to checking theories against macroscopic observations. Unfortunately, as the known error-margin in the constant predicts the fate of the universe more than its present state, many such "deeper" questions remain unknown.

Another problem arises with inclusion of the cosmic constant in the standard model: i.e., the appearance of solutions with regions of discontinuities (see classification of discontinuities for three examples) at low matter density.

Discontinuity also affects the past sign of the pressure assigned to the cosmic constant, changing from the current negative pressure to attractive, as one looks back towards the early Universe. 

A systematic, model-independent evaluation of the supernovae data supporting inclusion of the cosmic constant in the standard model indicates these data suffer systematic error. The supernovae data are not overwhelming evidence for an accelerating Universe expansion which may be simply gliding.

A numerical evaluation of WMAP and supernovae data for evidence that our local group exists in a local void with poor matter density compared to other locations, uncovered possible conflict in the analysis used to support the cosmic constant.

These findings should be considered shortcomings of the standard model, but only when a term for vacuum energy is included.

In spite of its problems, the cosmological constant is in many respects the most economical solution to the problem of cosmic acceleration. One number successfully explains a multitude of observations. Thus, the current standard model of cosmology, the Lambda-CDM model, includes the cosmological constant as an essential feature.

Sumber:

Wikipedia

Kunjungi Juga:

Central Research for Dark Energy & Dark Matter

GAYA

Gaya-gaya di Alam

"Jika kita bergetar dan tertarik oleh seseorang percayalah itu bukan Gravitasi"

-Arip-

Gaya-gaya fundamental

Berbagai macam gaya yang diamati di alam dapat dijelaskan lewat 4 interaksi dasar yang terjadi antara partikel-partikel elementer:

1. Gaya gravitasi
2. Gaya elektromagnetik
3. Gaya nuklir kuat (juga dinamakan gaya hadronik)
4. Gaya nuklir lemah


Gaya gravitasi antara bumi dan sebuah benda di dekat permukaan bumi adalah berat benda.

Gaya gravitasi yang dikerjakan oleh Matahari pada bumi dan planet-planet lain bertanggung jawab untuk mempertahankan planet-planet dalam orbitnya mengelilingi Matahari.

Demikian pula, gaya gravitasi yang dikerjakan oleh Bumi pada bulan, menjaga Bulan dalam orbitnya yang mendekati lingkaran mengelilingi bumi.

Gaya gravitasi yang dikerjakan oleh bulan dan matahari pada lautan di bumi bertanggung jawab terhadap peristiwa pasang surut.

Gaya elektromagnetik mencakup gaya-gaya listrik dan gaya magnetik.

Sebuah contoh yang terkenal tentang gaya listrik adalah tarikan antara potongan-potongan kertas kecil dan sisir yang telah diberi muatan listrik dengan digosokan pada rambut.

Walaupun gaya magnetik yang terkenal antara sebuah magnet dan benda-benda besi tampaknya sangat berbeda dari gaya listrik, namun sebetulnya gaya magnetik muncul bila muatan listrik dalam keadaan bergerak.

Gaya elektromagnetik antara partikel elementer yang bermuatan sangat lebih besar daripada gaya gravitasi di antara partikel elementer sehingga gaya gravitasi dapat hampir selalu diabaikan.

Sebagai contoh, gaya tolak elektrostatik antara dua proton berorde 10^36 (Sepuluh pangkat 36) kali tarikan gravitasi antara dua proton.

Gaya nuklir kuat terjadi antara partikel-partikel elementer yang dinamakan hadron, yang di dalamnya termasuk proton dan neutron, unsur pokok inti atom.

Gaya ini bertanggung jawab untuk mengikat inti atom menjadi satu.

Sebagai contoh, kedua proton dalam atom helium terikat lewat gaya nuklir yang kuat, yang lebih dari mengimbangi tolakan elektrostatika proton.

Namun, gaya nuklir kuat mempunyai jangkauan sangat pendek. Gaya ini berkurang dengan cepat bersamaan dengan pemisahan partikel-partikel, dan dapat diabaikan jika partikel-partikel terpisah sejauh beberapa diameter nuklir.

Gaya nuklir lemah, yang juga mempunyai jangkauan pendek, terjadi antara elektron dan proton atau neutron.

Gaya inilah yang bertanggung jawab untuk sejenis peluruhan radioaktif tertentu yang dinamakan peluruhan beta.

Gaya-gaya fundamental bekerja di antara partikel-partikel yang terpisah dalam ruang.

Konsep ini dihubungkan dengan aksi pada jarak.

Newton menganggap, aksi pada suatu jarak sebagai suatu cacat dalam teori gravitasinya, tetapi beliau menolak memberikan hipotesis lain.

Dan akhirnya Prof. Newton menuliskan hal berikut ini:

Sir Isaac Newton, surat ketiga kepada Bentley (25 Februari 1692). J. Dodsley, London, 1756.

Tidaklah dapat dibayangkan bahwa benda mati, bahan kasar, tanpa perantara sesuatu yang lain, yang bukan materi, bekerja pada dan mempengaruhi benda lain tanpa saling kontak.

Seperti yang terjadi bila pengertian Gravitasi dalam pengertian Epicurus, adalah penting dan inheren di dalamnya.

Ini adalah satu sebab mengapa saya menginginkan Anda tidak menganggap swadaya gravitasi berasal dari saya.

Bahwa gravitasi haruslah swadaya, inheren dan penting bagi bahan, agar satu benda dapat bekerja pada benda lain pada suatu jarak lewat ruang hampa, tanpa perantaraan apa pun yang lain, oleh dan lewat aksi mereka dan gaya dapat diteruskan dari satu ke yang lainnya.

Untuk saya suatu kemustahilan yang demikian besarnya sehingga saya percaya tidak ada orang yang mempunyai kemampuan berpikir yang baik dalam masalah filosofi dapat jatuh kedalamnya.


Sumber:
Prof. Paul A. Tipler, Ph.D.
Professor of Physics, University of California at Berkeley.
Unduh Buku Physics:  http://www.jalurcepat.com/vzoq6p9r9nin/Physics__5_Ed._-_Paul_A._Tipler.pdf.htm

Bintang Neutron dan Teori String di dalam Laboratorium

“Imagination is more important than knowledge. For knowledge is limited to all we now know and understand, while imagination embraces the entire world, and all there ever will be to know and understand.”

~ Albert Einstein~

Tired of the Endless Science Mysteries?

"No doubt you have noticed the ever-growing science mysteries: "Dark Matter", "Dark Energy", "Superstrings", "Hidden Dimensions", "Parallel Universes", "Quantum Paradoxes", "Relativistic Mysteries", "Time Travel", "Virtual Particles", multiple theories of gravity, frequent "anomalies" .. and the list goes on."
~The Final Theory~

-459 Fahrenheit

Hasil baru ini juga memberi wawasan eksperimental pada prediksi teori string, kontruksi matematis yang menyatukan dunia klasik gravitasi dengan fisika kuantum.

Dengan menggunakan laser yang mengandung beberapa atom ultra-dingin, sebuah tim ilmuwan mengukur viskositas (kekentalan) atau kerekatan dari gas yang sering dianggap sebagai keadaan keenam materi.

Pengukuran ini memverifikasi bahwa gas bisa digunakan sebagai “model skala” materi eksotis, seperti superkonduktor bersuhu super-tinggi, materi nuklir bintang neutron, dan bahkan keadaan mikrodetik materi yang tercipta setelah Big Bang.

Hasil ini juga memungkinkan pengujian eksperimental bagi teori string di masa depan.

Fisikawan Duke, John Thomas, melakukan pengukuran viskositas dengan menggunakan gas Fermi ultra-dingin dari atom lithium-6 yang terperangkap dalam mangkuk berukuran milimeter, yang tercipta dari sinar laser. Ketika didinginkan dan diletakkan di dalam medan magnet yang berukuran tepat, atom berinteraksi sama kuatnya dengan hukum mekanika kuantum. Gas yang berinteraksi sangat kuat ini menunjukkan “sifat yang luar biasa”, hampir seperti aliran fluida tanpa gesekan, kata Thomas.

Laporan tim ini muncul dalam Science edisi 10 Desember. Dalam kondisi ultra-dingin, sifat gas telah ditetapkan oleh pengatur universal, atau skala panjang alam, seperti skala pada gambar seorang arsitek. Pengatur untuk gas atom adalah jarak rata-rata di antara atom.

Menurut fisika kuantum, jarak ini menentukan semua skala alam lainnya, seperti skala untuk energi, temperatur dan viskositas, membuatkan gas ultra-dingin suatu model skala untuk hal eksotis lainnya. Thomas mengatakan bahwa ia dan yang lainnya telah memverifikasi gas sebagai model skala universal untuk sifat-sifat seperti temperatur, tapi ini adalah pertama kalinya mereka menguji skala untuk viskositas, yang kebetulan menjadi kepentingan tertentu bagi para ilmuwan saat ini.

Thomas pertama-tama mengukur viskositas gas pada beberapa milyar derajat Kelvin, atau -459 derajat Fahrenheit. Mematikan perangkap yang membatasi gas, dan kemudian menangkapnya kembali agar jari-jari gas Fermi bergetar. Osilasinya, yang disebut modus bernapas, menyerupai goyangan sepotong jelly.

Semakin lama getaran berlangsung, semakin rendah viskositasnya. Pada suhu yang sedikit lebih tinggi, sepersejuta derajat Kelvin, para peneliti mengamati seberapa cepat gas berubah dari bentuk cerutu hingga menjadi sepotong kue setelah dibebaskan dari perangkap. Perubahannya menjadi lebih lambat dalam bentuk yang tingkat kekentalan lebih tinggi.

Hasil ini “sangat penting khususnya untuk bidang fisika materi terkondensasi dan superkonduktivitas bertemperatur tinggi,” kata Kathy Levin, seorang ahli teori di Universitas Chicago, yang tidak terlibat dalam penelitian ini.

Dia mengatakan bahwa viskositas gas Fermi mirip dengan konduktivitas suatu superfluida, yang mengalir dengan tanpa resisten. “Fluiditas sempurna” ini juga terobservasi dalam dunia materi terkondensasi, terutama pada material yang digunakan untuk membuat superkonduktor bertemperatur tinggi.

Data baru, terutama pada temperatur rendah, “tampaknya cukup konsisten” dengan prediksi tentang bagaimana superkonduktor seharusnya mengalir, kata Levin.

Gas Fermi yang digunakan sebagai model skala ini juga penting untuk mempelajari elemen alam semesta di mana para ilmuwan tidak dapat menyelidikinya di dalam laboratorium, kata fisikawan Duke, Berndt Mueller. Bahkan, potongan bintang neutron yang sangat kecil, bintang mati yang belum menjadi lubang hitam, akan seberat miliaran ton di Bumi dan terlalu padat untuk dipelajari.

Bagaimanapun juga, data yang menunjukkan sifat universal gas Fermi memungkinkan para fisikawan menghitung skalanya dari atom lithium-6 jarak demi jarak di antara neutron dalam bintang-bintang ini. Pengukuran yang dilakukan pada gas Fermi kemudian dapat digunakan untuk menentukan energi alam beserta sifat-sifat lainnya pada bintang-bintang ini, yang dapat dibandingkan dengan berbagai prediksi teori.

Perhitungan serupa bisa dilakukan pada plasma quark-gluon, keadaan materi yang tercipta hanya mikrodetik setelah Big Bang dan kini sedang dipelajari di akselerator partikel seperti Large Hadron Collider di Jenewa.

Thomas mengatakan bahwa hasil baru ini juga memberi wawasan eksperimental pada prediksi yang dibuat dengan menggunakan teori string, kontruksi matematis yang menyatukan dunia klasik gravitasi dengan fisika kuantum.

Teori string telah memberikan batas bawah bagi rasio viskositas atau aliran fluida ke entropi, atau disorder, dalam sebuah sistem yang berinteraksi kuat. Percobaan terbaru ini mengukur sifat-sifat pada gas Fermi dan menunjukkan bahwa gas minimum adalah di antara empat dan lima kali batas bawah teoretisi string.

“Pengukuran ini tidak menguji teori string secara langsung,” kata Thomas, mencatat beberapa peringatan – batas bawah diperoleh untuk sistem energi tinggi, di mana teori relativitas Einstein sangatlah penting, sedangkan eksperimen gas Fermi mempelajari gas rendah energi.

Jika teori string membuat perhitungan baru yang khusus untuk gas Fermi, maka para ilmuwan akan mampu membuat pengujian eksperimental yang tepat pada teori tersebut dengan peralatan yang tidak lebih besar dari sebuah desktop.

Sumber artikel: Fahrenheit -459: Neutron Stars and String Theory in a Lab
(dukenews.duke.edu)

Kredit: Duke University

Informasi lebih lanjut: C. Cao, E. Elliott, J. Joseph, H. Wu, J. Petricka, T. Schäfer, and J. E. Thomas. Universal Quantum Viscosity in a Unitary Fermi Gas. Science, 2010; DOI: 10.1126/science.1195219

Sumber: Fisika Net

1. http://superstringtheory.com/
2. http://www.theoryofeverything.net/