Courtesy of Wired

Terobosan Matematika Menyelesaikan Misteri Hukum Fisika Gas Dari Skala Mikro ke Makro

Membuktikan secara matematis bahwa model mikroskopik partikel gas mengikuti hukum Newton dapat menghasilkan model mesokopik persamaan Boltzmann, yang selanjutnya menghasilkan model makroskopik persamaan Navier-Stokes, sehingga menyelesaikan masalah keenam Hilbert dan menjelaskan hubungan antara fisika pada berbagai skala.

03 Agt 2025, 18.00 WIB

66 dibaca

Ikhtisar 15 Detik

Penelitian ini menyelesaikan tantangan yang diajukan oleh David Hilbert lebih dari seratus tahun yang lalu.
Metode baru yang dikembangkan dapat digunakan untuk memahami perilaku gas dalam konteks yang lebih realistis.
Ada hubungan antara perilaku waktu yang dapat dibalik pada skala mikroskopik dan tidak dapat dibalik pada skala makroskopik.

Chicago, Amerika Serikat - Pada tahun 1900, David Hilbert mengajukan sebuah tantangan besar yaitu membuktikan secara matematis hukum-hukum fisika agar bisa lebih terstruktur dan pasti. Hal ini penting karena saat itu fisika masih penuh dengan ketidakpastian dan perdebatan tentang dasar-dasar seperti definisi panas dan struktur molekul. Tantangan tersebut masih belum tuntas hingga lebih dari satu abad kemudian.

Fisika gas dijelaskan oleh tiga model berbeda tergantung pada skala pengamatan: model partikel individual menurut Newton di tingkat mikroskopik, persamaan Boltzmann pada tingkat mesokopik yang melihat kemungkinan distribusi partikel, dan persamaan Navier-Stokes yang menggambarkan perilaku gas secara makroskopik. Meskipun fisikawan yakin ketiganya saling terhubung, pemahaman matematis rigor masih sulit dicapai.

Sebuah kemajuan besar dibuat oleh tiga matematikawan, Yu Deng, Zaher Hani, dan Xiao Ma, yang berhasil membuktikan hubungan matematis langsung dari model mikroskopik ke mesokopik dengan skala waktu yang lebih panjang dan dalam situasi yang lebih realistis. Sebelumnya, hal ini hanya dimungkinkan untuk waktu yang sangat singkat dan kondisi yang sangat terbatas.

Kerja ini menuntaskan seluruh rantai logika untuk model gas realistis dan juga menyoroti fenomena fisika yang menarik yaitu mengapa proses makroskopik bersifat irreversible padahal model mikroskopik bersifat reversible. Ini menjawab teka-teki lama yang mempersulit para ilmuwan selama bertahun-tahun.

Dengan keberhasilan ini, para matematikawan membuka jalan untuk memperluas metode mereka ke model fisika yang lebih rumit, seperti gas dengan partikel tidak berbentuk bola atau interaksi kompleks lainnya, yang akan membantu fisikawan memahami dunia dengan lebih mendalam dan presisi.

Referensi:
[1] https://wired.com/story/efforts-to-ground-physics-in-math-are-opening-the-secrets-of-time/

Analisis Kami

"Progres yang dicapai adalah terobosan monumental yang tidak hanya menjawab teka-teki klasik dalam fisika matematika tapi juga memperkuat kepercayaan kita pada kerangka matematis untuk menjembatani berbagai skala fisika. Meskipun begitu, tantangan selanjutnya adalah mengaplikasikan metode ini pada sistem nyata yang lebih kompleks dan dinamis, yang membutuhkan inovasi lebih lanjut di bidang matematika dan fisika teoretis."

Analisis Ahli

Gregory Falkovich

"Ini adalah karya indah dan sebuah prestasi besar dalam menjembatani matematika dan fisika gas."

Sergio Simonella

"Karya ini akhirnya membuktikan asumsi kunci Boltzmann tentang jarangnya resikulasi partikel."

Yan Guo

"Hasil dan teknik mereka mengubah paradigma dalam memecahkan masalah matematika yang sangat sulit."

Alexandru Ionescu

"Ini adalah kemajuan terbesar dalam bidang ini dalam banyak tahun."

Prediksi Kami

Teknik pembuktian ini kemungkinan akan diperluas untuk menghadapi model fisika yang lebih kompleks, seperti partikel gas dengan bentuk tidak bulat atau interaksi partikel yang lebih rumit dalam berbagai konteks fisika.