Why our universe might exist on a knife-edge | Gian Giudice

Translator: Hannie Heny Reviewer: Dewi Barnas

So last year, on the Fourth of July,

Jadi tahun lalu, pada tanggal 4 Juli,

experiments at the Large Hadron Collider

percobaan dengan Penumbuk Hadron Raksasa (LHC)

discovered the Higgs boson.

menemukan partikel Higgs boson.

It was a historical day.

Hari itu adalah hari yang bersejarah.

There's no doubt that from now on,

Tidak diragukan lagi bahwa mulai sekarang,

the Fourth of July will be remembered

tanggal 4 Juli akan diingat

not as the day of the Declaration of Independence,

tidak sebagai Hari Kemerdekaan (Amerika),

but as the day of the discovery of the Higgs boson.

tapi sebagai hari ditemukannya partikel Higgs boson.

Well, at least, here at CERN.

Setidaknya, di Badan Pusat Kajian Atom Eropa (CERN) di sini.

But for me, the biggest surprise of that day

Tapi bagi saya, kejutan terbesar pada hari itu

was that there was no big surprise.

adalah tidak adanya kejutan besar.

In the eye of a theoretical physicist,

Dari sudut pandang seorang ahli fisika teoritis,

the Higgs boson is a clever explanation

partikel Higgs boson adalah sebuah penjelasan cerdas

of how some elementary particles gain mass,

tentang bagaimana partikel-partikel dasar mengumpulkan massa,

but it seems a fairly unsatisfactory

tapi sepertinya ini merupakan jawaban yang

and incomplete solution.

tidak begitu memuaskan dan belum lengkap.

Too many questions are left unanswered.

Terlalu banyak pertanyaan yang masih belum terjawab.

The Higgs boson does not share the beauty,

Partikel Higgs boson tidak memiliki keindahan,

the symmetry, the elegance,

simetri, dan keelokan,

of the rest of the elementary particle world.

yang dimiliki partikel dasar dunia lainnya.

For this reason, the majority of theoretical physicists

Karenanya, kebanyakan ahli fisika teoritis

believe that the Higgs boson could not

percaya bahwa partikel Higgs boson belum bisa

be the full story.

menjadi kisah yang lengkap.

We were expecting new particles and new phenomena

Kami mengharapkan kemunculan partikel-partikel baru dan fenomena baru

accompanying the Higgs boson.

bersama dengan partikel Higgs boson.

Instead, so far, the measurements

Sebagai gantinya, sejauh ini pengukuran

coming from the LHC show no signs of new particles

yang berasal dari mesin LHC belum memperlihatkan tanda-tanda adanya partikel baru

or unexpected phenomena.

atau fenomena tak terduga.

Of course, the verdict is not definitive.

Tentu saja, keputusan ini belum final.

In 2015, the LHC will almost double

Pada tahun 2015, mesin LHC akan hampir melipat-gandakan

the energy of the colliding protons,

energi proton yang bertumbukan,

and these more powerful collisions

dan tumbukan yang lebih kuat ini

will allow us to explore further the particle world,

akan membuat kita bisa mengeksplorasi dunia partikel lebih jauh lagi,

and we will certainly learn much more.

dan sudah tentu kita akan belajar lebih banyak lagi.

But for the moment, since we have found

Tapi untuk saat ini, karena kita belum menemukan

no evidence for new phenomena, let us suppose

adanya bukti fenomena baru, mari kita anggap saja

that the particles that we know today,

bahwa partikel yang kita ketahui saat ini,

including the Higgs boson,

termasuk partikel Higgs boson,

are the only elementary particles in nature,

adalah keseluruhan partikel dasar di alam,

even at energies much larger

bahkan pada energi yang jauh lebih besar

than what we have explored so far.

dari yang telah kita eksplorasi sejauh ini.

Let's see where this hypothesis is going to lead us.

Mari kita lihat kemanakah hipotesa ini akan membawa kita.

We will find a surprising and intriguing result

Kita akan menemukan hasil yang mengejutkan dan menarik

about our universe, and to explain my point,

mengenai alam semesta kita, dan untuk menjelaskan maksud saya,

let me first tell you what the Higgs is about,

lebih dulu saya akan memberitahu Anda mengenai partikel Higgs,

and to do so, we have to go back

dan untuk itu, kita harus kembali

to one tenth of a billionth of a second

ke seperpuluhan miliar detik.

after the Big Bang.

setelah Big Bang.

And according to the Higgs theory,

Dan menurut teori Higgs,

at that instant, a dramatic event took place

pada saat itu juga, sebuah kejadian dramatis terjadi

in the universe.

di alam semesta.

Space-time underwent a phase transition.

Ruang dan waktu menjalani transisi fase.

It was something very similar to the phase transition

Sesuatu yang sangat serupa dengan transisi fase

that occurs when water turns into ice

yang terjadi ketika air berubah menjadi es

below zero degrees.

di bawah suhu nol derajat.

But in our case, the phase transition

Tapi dalam kasus ini, transisi fase

is not a change in the way the molecules

bukanlah perubahan atas bagaimana molekul

are arranged inside the material,

tersusun di dalam materi,

but is about a change

tapi perubahan

of the very fabric of space-time.

dari komponen dasar ruang dan waktu.

During this phase transition, empty space

Selama transisi fase ini, ruang hampa

became filled with a substance

menjadi dipenuhi oleh substansi

that we now call Higgs field.

yang sekarang kita sebut medan partikel Higgs.

And this substance may seem invisible to us,

Dan substansi ini mungkin tidak terlihat oleh kita,

but it has a physical reality.

tapi memiliki fisik nyata.

It surrounds us all the time,

Partikel ini mengelilingi kita sepanjang waktu,

just like the air we breathe in this room.

seperti halnya udara yang kita hirup dalam ruangan ini.

And some elementary particles interact

Dan beberapa partikel dasar berinteraksi

with this substance, gaining energy in the process.

dengan substansi ini, mengumpulkan energi dalam prosesnya.

And this intrinsic energy is what we call

Dan energi hakiki inilah yang kita sebut

the mass of a particle,

massa sebuah partikel,

and by discovering the Higgs boson, the LHC

dan dengan menemukan partikel Higgs boson, mesin LHC

has conclusively proved that this substance is real,

secara meyakinkan telah membuktikan bahwa substansi ini nyata,

because it is the stuff the Higgs bosons are made of.

karena inilah bahan yang membentuk partikel Higgs boson.

And this, in a nutshell, is the essence of the Higgs story.

Dan hal ini, ringkasnya, merupakan esensi dari kisah Higgs.

But this story is far more interesting than that.

Tapi kisah ini jauh lebih menarik daripada hal itu.

By studying the Higgs theory,

Dengan mempelajari teori Higgs,

theoretical physicists discovered,

ahli fisika teoritis menemukan,

not through an experiment

bukan melalui sebuah percobaan

but with the power of mathematics,

tapi dengan menggunakan matematika,

that the Higgs field does not necessarily exist

bahwa medan Higgs tidak harus mengambil

only in the form that we observe today.

bentuk yang kita ketahui saat ini.

Just like matter can exist as liquid or solid,

Sama halnya seperti materi yang dapat mengambil bentuk cairan atau benda padat,

so the Higgs field, the substance that fills all space-time,

maka pada medan partikel Higgs, substansi yang memenuhi seluruh ruang dan waktu

could exist in two states.

bisa muncul dalam dua bentuk.

Besides the known Higgs state,

Di samping wujud partikel Higgs yang sudah dikenal,

there could be a second state in which the Higgs field

kemungkinan ada bentuk kedua di mana medan partikel Higgs

is billions and billions times denser

bermilyar-milyar kali lebih padat

than what we observe today,

daripada yang kita amati sekarang,

and the mere existence of another state

dan keberadaan bentuk lain

of the Higgs field poses a potential problem.

dari medan partikel Higgs saja memiliki potensi masalah.

This is because, according to the laws

Ini karena, menurut hukum

of quantum mechanics, it is possible

mekanika kuantum, dimungkinkan

to have transitions between two states,

untuk bertransisi di antara dua kondisi,

even in the presence of an energy barrier

bahkan dengan keberadaan penghalang energi

separating the two states,

yang memisahkan dua kondisi,

and the phenomenon is called,

dan fenomena ini disebut,

quite appropriately, quantum tunneling.

sebagai terowongan kuantum.

Because of quantum tunneling,

Karena terowongan kuantum,

I could disappear from this room

saya bisa menghilang dari ruangan ini

and reappear in the next room,

dan muncul kembali di ruang sebelah,

practically penetrating the wall.

praktis menembus dinding.

But don't expect me to actually perform the trick

Tapi jangan harapkan saya benar-benar menunjukkan trik ini

in front of your eyes, because the probability

di depan Anda, karena kemungkinan

for me to penetrate the wall is ridiculously small.

saya menembus dinding bahkan lebih kecil dari sangat kecil.

You would have to wait a really long time

Anda harus menunggu sangat lama

before it happens, but believe me,

sebelum hal itu terjadi, tapi percayalah,

quantum tunneling is a real phenomenon,

terowongan kuantum merupakan fenomena nyata,

and it has been observed in many systems.

dan ini sudah diamati dalam banyak sistem.

For instance, the tunnel diode,

Contohnya, terowongan dioda,

a component used in electronics,

sebuah komponen yang digunakan dalam elektronika,

works thanks to the wonders

yang berhasil berkat keajaiban

of quantum tunneling.

terowongan kuantum.

But let's go back to the Higgs field.

Tapi mari kita kembali pada medan partikel Higgs.

If the ultra-dense Higgs state existed,

Jika kondisi partikel Higgs yang ultra padat ada,

then, because of quantum tunneling,

maka, karena terowongan kuantum,

a bubble of this state could suddenly appear

sebuah gelembung pada kondisi ini bisa tiba-tiba muncul

in a certain place of the universe at a certain time,

di tempat tertentu di alam semesta pada waktu tertentu,

and it is analogous to what happens when you boil water.

dan analoginya seperti apa yang terjadi saat Anda merebus air.

Bubbles of vapor form inside the water,

Gelembung uap terbentuk dari dalam air,

then they expand, turning liquid into gas.

lalu gelembung ini melebar, mengubah cairan menjadi gas.

In the same way, a bubble of the ultra-dense Higgs state

Lewat cara yang sama, sebuah gelembung pada kondisi medan partikel Higgs yang ultra padat,

could come into existence because of quantum tunneling.

bisa menjadi terwujud karena terowongan kuantum.

The bubble would then expand at the speed of light,

Gelembung ini kemudian akan membesar dengan kecepatan cahaya,

invading all space, and turning the Higgs field

menyerbu seluruh ruang yang ada, dan mengubah medan partikel Higgs

from the familiar state into a new state.

dari wujud yang sudah dikenal menjadi wujud baru.

Is this a problem? Yes, it's a big a problem.

Apakah ini sebuah masalah? Ya, ini sebuah masalah besar.

We may not realize it in ordinary life,

Kita mungkin tidak menyadarinya dalam kehidupan sehari-hari,

but the intensity of the Higgs field is critical

tapi intensitas medan partikel Higgs sangat penting

for the structure of matter.

bagi struktur materi.

If the Higgs field were only a few times more intense,

Jika medan partikel Higgs menjadi lebih kuat beberapa kali lipat saja,

we would see atoms shrinking, neutrons decaying

kita akan dapat melihat atom menciut, netron membusuk

inside atomic nuclei, nuclei disintegrating,

di dalam inti atom, inti atom terdisintegrasi,

and hydrogen would be

dan hidrogen akan menjadi

the only possible chemical element in the universe.

satu-satunya unsur kimia yang mungkin ada di alam semesta.

And the Higgs field, in the ultra-dense Higgs state,

Dan medan partikel Higgs, dalam kondisi partikel Higgs yang ultra padat,

is not just a few times more intense than today,

tidak hanya menjadi beberapa kali lebih kuat dari sekarang,

but billions of times,

tapi milyaran kali,

and if space-time were filled by this Higgs state,

dan jika ruang dan waktu dipenuhi dengan kondisi partikel Higgs ini,

all atomic matter would collapse.

seluruh atom akan hancur.

No molecular structures would be possible, no life.

Tidak mungkin lagi ada struktur molekul, tidak ada kehidupan.

So, I wonder, is it possible

Jadi, saya bertanya-tanya, apakah mungkin

that in the future, the Higgs field

di masa depan, medan partikel Higgs

will undergo a phase transition and,

mengalami transisi fase dan,

through quantum tunneling, will be transformed

melalui terowongan kuantum, berubah menjadi

into this nasty, ultra-dense state?

kondisi ultra padat yang amat sangat buruk ini?

In other words, I ask myself, what is the fate

Dengan kata lain, saya bertanya pada diri sendiri, bagaimanakah nasib

of the Higgs field in our universe?

medan partikel Higgs di alam semesta kita?

And the crucial ingredient necessary

Dan bahan penting yang diperlukan

to answer this question is the Higgs boson mass.

untuk menjawab pertanyaan ini adalah massa partikel Higgs boson.

And experiments at the LHC found that the mass

Dan percobaan pada mesin LHC menemukan bahwa massa

of the Higgs boson is about 126 GeV.

dari partikel Higgs boson adalah sekitar 126 GeV.

This is tiny when expressed in familiar units,

Ini sangat kecil bila diungkapkan dalam satuan-satuan yang kita kenal,

because it's equal to something like

karena ini lebih kurang setara dengan

10 to the minus 22 grams,

10 pangkat minus 22 gram,

but it is large in particle physics units,

tapi ini besar untuk ukuran partikel fisika,

because it is equal to the weight

karena sama dengan berat

of an entire molecule

seluruh molekul

of a DNA constituent.

dari sebuah komponen DNA.

So armed with this information from the LHC,

Jadi dibekali dengan informasi dari LHC ini,

together with some colleagues here at CERN,

bersama-sama dengan beberapa kolega di CERN,

we computed the probability

kami menghitung kemungkinan

that our universe could quantum tunnel

bahwa alam semesta kita dapat melewati terowongan kuantum

into the ultra-dense Higgs state,

menjadi kondisi medan partikel Higgs yang ultra padat,

and we found a very intriguing result.

dan kami menemukan hasil yang sangat menarik.

Our calculations showed

Perhitungan kami menunjukkan

that the measured value of the Higgs boson mass

bahwa nilai terukur dari massa partikel Higgs boson

is very special.

sangat istimewa.

It has just the right value

Massanya begitu tepat

to keep the universe hanging

untuk menjaga alam semesta tergantung

in an unstable situation.

dalam situasi yang tidak stabil.

The Higgs field is in a wobbly configuration

Medan partikel Higgs berada dalam konfigurasi yang goyah

that has lasted so far

dan telah berlangsung begitu lama

but that will eventually collapse.

tapi pada suatu hari akan hancur.

So according to these calculations,

Jadi berdasarkan perhitungan ini,

we are like campers

kita seperti orang-orang yang berkemah

who accidentally set their tent

yang secara tidak sengaja memasang tendanya

at the edge of a cliff.

di bibir jurang.

And eventually, the Higgs field

Dan pada akhirnya, medan partikel Higgs

will undergo a phase transition

akan menjalani transisi fase

and matter will collapse into itself.

dan materi akan hancur sendiri.

So is this how humanity is going to disappear?

Jadi beginikah umat manusia akan menghadapi kepunahan?

I don't think so.

Saya pikir tidak demikian.

Our calculation shows that quantum tunneling

Perhitungan kami menunjukkan bahwa terowongan kuantum

of the Higgs field is not likely to occur

dari medan partikel Higgs sepertinya tidak akan terjadi

in the next 10 to the 100 years,

dalam 10 sampai 100 tahun ke depan,

and this is a very long time.

dan ini merupakan waktu yang sangat lama.

It's even longer than

Bahkan lebih lama dari

the time it takes for Italy to form a stable government.

waktu yang diperlukan Italia untuk membentuk pemerintahan yang stabil.

(Laughter)

(Tertawa)

Even so, we will be long gone by then.

Meskipun demikian, kita sudah punah lama sebelum itu.

In about five billion years,

Dalam kira-kira 5 milyar tahun,

our sun will become a red giant,

matahari kita akan menjadi bola raksasa merah,

as large as the Earth's orbit,

sebesar orbit planet Bumi,

and our Earth will be kaput,

dan planet Bumi akan hancur,

and in a thousand billion years,

dan dalam ribuan milyar tahun,

if dark energy keeps on fueling

jika energi gelap terus memicu

space expansion at the present rate,

perluasan ruang pada tingkat yang sama dengan saat ini,

you will not even be able to see as far as your toes,

Anda bahkan tidak akan bisa melihat jempol kaki Anda,

because everything around you

karena semua yang ada di sekitar Anda

expands at a rate faster than the speed of light.

membesar dengan kecepatan yang lebih tinggi dari kecepatan cahaya.

So it is really unlikely

Jadi benar-benar tidak mungkin

that we will be around to see the Higgs field collapse.

kita akan ada untuk melihat kehancuran medan partikel Higgs.

But the reason why I am interested

Tapi alasan mengapa saya tertarik

in the transition of the Higgs field

akan transisi medan partikel Higgs

is because I want to address the question,

adalah karena saya ingin menjawab pertanyaan,

why is the Higgs boson mass so special?

mengapa massa partikel Higgs boson begitu istimewa?

Why is it just right to keep the universe

Mengapa massanya begitu sempurna untuk menjaga alam semesta

at the edge of a phase transition?

pada tepian transisi fase?

Theoretical physicists always ask "why" questions.

Ahli fisika teoritis selalu menanyakan pertanyaan "mengapa".

More than how a phenomenon works,

Lebih dari bagaimana sebuah fenomena bekerja,

theoretical physicists are always interested in

ahli fisika teoritis selalu tertarik akan

why a phenomenon works in the way it works.

mengapa sebuah fenomena terjadi dengan cara tertentu.

We think that this these "why" questions

Kami berpikir bahwa pertanyaan "mengapa" ini

can give us clues

dapat memberikan petunjuk

about the fundamental principles of nature.

mengenai prinsip-prinsip dasar alam.

And indeed, a possible answer to my question

Dan memang, jawaban yang mungkin atas pertanyaan saya

opens up new universes, literally.

secara harfiah membuka alam semesta baru.

It has been speculated that our universe

Sudah pernah ada dugaan bahwa alam semesta kita

is only a bubble in a soapy multiverse

hanya merupakan sebuah gelembung dalam gelembung alam semesta ganda

made out of a multitude of bubbles,

yang terdiri dari banyak gelembung,

and each bubble is a different universe

dan masing-masing gelembung merupakan alam semesta yang berbeda

with different fundamental constants

dengan dasar konstan yang berbeda

and different physical laws.

dan hukum fisika yang berbeda.

And in this context, you can only talk about

Dan dalam konteks ini, Anda hanya bisa bicara tentang

the probability of finding a certain value of the Higgs mass.

kemungkinan ditemukannya nilai pasti dari massa partikel Higgs.

Then the key to the mystery

Maka kunci dari misteri ini

could lie in the statistical properties

bisa terletak pada sifat statistik

of the multiverse.

dari alam semesta ganda.

It would be something like what happens

Ini akan menjadi seperti yang terjadi

with sand dunes on a beach.

pada bukit pasir di pantai.

In principle, you could imagine to find sand dunes

Pada dasarnya, Anda bisa bayangkan untuk menemukan bukit pasir

of any slope angle in a beach,

dengan sudut kemiringan berapa pun di pantai,

and yet, the slope angles of sand dunes

dan memang, sudut kemiringan bukit pasir

are typically around 30, 35 degrees.

biasanya berkisar 30-35 derajat.

And the reason is simple:

Dan alasannya sederhana:

because wind builds up the sand, gravity makes it fall.

karena angin mengangkat pasir, gravitasi membuatnya jatuh.

As a result, the vast majority of sand dunes

Sebagai hasilnya, sebagian besar bukit pasir

have slope angles around the critical value,

mempunyai sudut kemiringan di sekitar nilai kritis,

near to collapse.

mendekati kehancuran.

And something similar could happen

Dan sesuatu yang serupa bisa terjadi

for the Higgs boson mass in the multiverse.

pada massa partikel Higgs boson di alam semesta ganda.

In the majority of bubble universes,

Pada sebagian besar gelembung alam semesta,

the Higgs mass could be around the critical value,

massa partikel Higgs mungkin berkisar sekitar nilai kritis,

near to a cosmic collapse of the Higgs field,

mendekati kehancuran kosmik pada medan partikel Higgs,

because of two competing effects,

karena dua efek yang saling bersaing

just as in the case of sand.

seperti halnya dengan pasir.

My story does not have an end,

Kisah saya tidak punya akhir,

because we still don't know the end of the story.

karena kita masih belum tahu akhir kisahnya.

This is science in progress,

Ini merupakan ilmu pengetahuan yang masih berlangsung,

and to solve the mystery, we need more data,

dan untuk memecahkan misteri ini, kita memerlukan lebih banyak data,

and hopefully, the LHC will soon add new clues

dan semoga saja, mesin LHC akan segera memberikan petunjuk-petunjuk baru

to this story.

pada kisah ini.

Just one number, the Higgs boson mass,

Hanya satu angka, massa partikel Higgs boson,

and yet, out of this number we learn so much.

dan hingga kini, dari angka ini saja kita dapat belajar sangat banyak.

I started from a hypothesis, that the known particles

Saya mulai dari sebuah hipotesa, bahwa partikel yang sudah diketahui

are all there is in the universe,

adalah semua partikel yang ada di alam semesta,

even beyond the domain explored so far.

bahkan di luar dari yang telah dieksplorasi sejauh ini.

From this, we discovered that the Higgs field

Dari hal ini, kami menemukan bahwa medan partikel Higgs

that permeates space-time may be standing

yang menembus ruang dan waktu mungkin berdiri

on a knife edge, ready for cosmic collapse,

di ujung mata pisau, siap untuk kehancuran kosmik,

and we discovered that this may be a hint

dan kami menemukan bahwa ini mungkin sebuah petunjuk

that our universe is only a grain of sand

bahwa alam semesta kita ini hanyalah sebuah butiran pasir

in a giant beach, the multiverse.

di sebuah pantai raksasa, alam semesta ganda.

But I don't know if my hypothesis is right.

Tapi saya tidak tahu apakah hipotesa saya benar.

That's how physics works: A single measurement

Begitulah cara kerja fisika: Sebuah pengukuran

can put us on the road to a new understanding

bisa menempatkan kita di jalan untuk pemahaman baru

of the universe

mengenai alam semesta

or it can send us down a blind alley.

atau bisa juga mengirimkan kita turun ke lorong gelap.

But whichever it turns out to be,

Tapi apapun hasilnya nanti,

there is one thing I'm sure of:

hanya ada satu hal yang saya yakini:

The journey will be full of surprises.

Perjalanan ini akan penuh dengan kejutan.

Thank you.

Terima kasih.

(Applause)

(Tepuk tangan)