Sayangnya, benar-benar menyelesaikan persamaan itu seringkali tidak sesederhana itu. Sebagai contoh, kami memiliki teori yang sangat baik yang menggambarkan partikel dasar yang disebut quark dan gluon, tetapi tidak ada yang dapat menghitung bagaimana mereka bersatu untuk membuat proton. Persamaan tidak dapat diselesaikan dengan metode apa pun yang dikenal. Demikian pula, penggabungan lubang hitam atau bahkan aliran aliran gunung dapat dijelaskan dengan istilah yang sederhana, tetapi sangat sulit untuk mengatakan apa yang akan terjadi dalam kasus tertentu.

Tentu saja, kami tanpa henti mendorong batasan, mencari strategi matematika baru. Namun dalam beberapa tahun terakhir banyak dorongan yang datang bukan dari matematika yang lebih canggih tetapi dari kekuatan komputasi yang lebih banyak.

Ketika perangkat lunak matematika pertama tersedia pada tahun 1980-an, itu tidak melakukan lebih dari sekadar menyelamatkan seseorang yang mencari melalui daftar cetakan integral terpecahkan yang sangat besar. Tapi begitu fisikawan memiliki komputer di ujung jari mereka, mereka menyadari bahwa mereka tidak lagi harus menyelesaikan integral di tempat pertama, mereka hanya bisa memplot solusi.

Pada 1990-an, banyak fisikawan menentang pendekatan "petak saja" ini. Banyak yang tidak terlatih dalam analisis komputer, dan terkadang mereka tidak dapat memberi tahu efek fisik dari pengkodean artefak. Mungkin inilah mengapa saya mengingat banyak seminar di mana hasilnya terdegradasi sebagai “hanya numerik.” Namun selama dua dekade terakhir, sikap ini telah sangat berubah, tidak terkecuali berkat generasi baru fisikawan yang coding-nya merupakan perpanjangan alami dari keterampilan matematika mereka.

Kolom Kuantifikasi
Kolom reguler di mana peneliti teratas mengeksplorasi proses penemuan. Kolumnis bulan ini, Sabine Hossenfelder, adalah seorang fisikawan teoritis yang berbasis di Institut Frankfurt untuk Studi Lanjutan di Frankfurt, Jerman. Dia adalah penulis Lost in Math: Bagaimana Kecantikan Memimpin Fisika Astray.

Lihat semua Kolom Kuantisasi

Dengan demikian, teori fisika sekarang memiliki banyak subdisiplin yang didedikasikan untuk simulasi komputer sistem dunia nyata, studi yang tidak mungkin dilakukan dengan cara lain. Simulasi komputer adalah apa yang sekarang kita gunakan untuk mempelajari pembentukan galaksi dan struktur supergalaktik, untuk menghitung massa partikel yang terdiri dari beberapa quark, untuk mengetahui apa yang terjadi dalam tabrakan inti atom besar, dan untuk memahami siklus matahari, untuk nama tetapi beberapa bidang penelitian yang terutama berbasis komputer.

Langkah selanjutnya dari pergeseran ini dari pemodelan matematika murni sudah ada di jalan: Fisikawan sekarang merancang sistem laboratorium khusus yang mendukung sistem lain yang ingin mereka pahami dengan lebih baik. Mereka mengamati sistem simulasi di laboratorium untuk menarik kesimpulan tentang, dan membuat prediksi untuk, sistem yang diwakilinya.

Contoh terbaik mungkin adalah daerah penelitian yang menggunakan nama "simulasi kuantum." Ini adalah sistem yang terdiri dari berinteraksi, objek komposit, seperti awan atom. Fisikawan memanipulasi interaksi di antara benda-benda ini sehingga sistem menyerupai interaksi di antara partikel yang lebih mendasar. Sebagai contoh, dalam rangkaian elektrodinamika kuantum, peneliti menggunakan sirkuit superkonduktor kecil untuk mensimulasikan atom, dan kemudian mempelajari bagaimana atom-atom buatan berinteraksi dengan foton. Atau di laboratorium di Munich, fisikawan menggunakan superfluid atom ultra-dingin untuk menyelesaikan perdebatan tentang apakah partikel seperti Higgs dapat eksis dalam dua dimensi ruang (jawabannya ya).

Simulasi ini tidak hanya berguna untuk mengatasi rintangan matematika dalam teori yang sudah kita ketahui. Kami juga dapat menggunakannya untuk mengeksplorasi konsekuensi dari teori baru yang belum pernah dipelajari sebelumnya dan yang relevansinya belum kami ketahui.

Ini sangat menarik ketika menyangkut perilaku kuantum ruang dan waktu itu sendiri - area di mana kita masih belum memiliki teori yang baik. Dalam percobaan terbaru, misalnya, Raymond Laflamme, seorang fisikawan di Institute for Quantum Computing di University of Waterloo di Ontario, Kanada, dan kelompoknya menggunakan simulasi kuantum untuk mempelajari apa yang disebut jaringan spin, struktur yang, dalam beberapa teori , merupakan struktur dasar ruang-waktu. Dan Gia Dvali, seorang fisikawan di Universitas Munich, telah mengusulkan suatu cara untuk mensimulasikan pemrosesan informasi lubang hitam dengan gas atom ultra dingin.

Ide serupa sedang dikejar di bidang gravitasi analog, di mana fisikawan menggunakan cairan untuk meniru perilaku partikel di medan gravitasi. Ruang-ruang lubang hitam menarik perhatian, seperti halnya Jeff Steinhauer (masih agak kontroversial) mengklaim telah mengukur radiasi Hawking dalam analog lubang hitam. Tetapi para peneliti juga mempelajari ekspansi cepat dari alam semesta awal, yang disebut "inflasi," dengan analog cairan untuk gravitasi.

Selain itu, fisikawan telah mempelajari partikel fundamental hipotetis dengan mengamati stand-ins yang disebut quasiparticles. Kuasipartikel ini berperilaku seperti partikel fundamental, tetapi mereka muncul dari gerakan kolektif banyak partikel lainnya. Memahami sifat mereka memungkinkan kita untuk belajar lebih banyak