MISTERI ALA AL AM SEMESTA SEMESTA
DENNIS OVERBYE ©2002
MISTERI ALA AL AM SEMESTA SEMESTA Dennis Overbye, reporter sains The Times, menyelidiki misterimisteri alam semesta – dari black hole hingga mekanika quantum – dalam koleksi artikel ini, yang diseleksi oleh Tuan Overbye sendiri.
MISTERI ALA AL AM SEMESTA SEMESTA Dennis Overbye, reporter sains The Times, menyelidiki misterimisteri alam semesta – dari black hole hingga mekanika quantum – dalam koleksi artikel ini, yang diseleksi oleh Tuan Overbye sendiri.
Diterjemahkan oleh SeSa Media anggota dari JSF [WORKGROUP] SeSa Media & logo adalah merek milik JSF [WORKGROUP] Penerjemahan & penyuntingan oleh Jookut dkk. Desain sampul & gras oleh RGB@SKY Studio Buklog Bukupedia SeSa Media Terjemahan Mysteries o the Universe / SeSa Media a4. h. mm. JRCW 12347 020MT 108SR 1. Alam Semesta. 2. Kosmologi. 3. Fisika. EA3—2010.tr5731O Semua hasil kerja SeSa Media terdatar di JOO Rights Commons Work. Dengan demikian, telah dapat dipastikan bahwa hasil terjemahan ini tidak muncul dengan sendirinya dan menjadi pengakuan jelas & tegas bahwa SeSa Media-lah yang telah mengerjakan semua proses penerjemahan buku ini. Agar di kemudian hari tidak muncul tnah bahwa buku ini tidak diterjemahkan melainkan muncul dengan sendirinya begitu saja, atau tnah bahwa si penerjemah buku ini hanya mengaku-aku menerjemahkan. Jooright 2010 SeSa Media Joo rights reserved. Semua yang kami lakukan bukan demi kepentingan komersial. Jadi, kami tidak menghutangi Anda dengan apa yang kami lakukan. Karena itu, dengan segala kerendahan hati, kami minta agar hasil terjemahan kami tidak dikomersialkan oleh pembaca sekalian. Jika Anda tidak mengindahkannya, maka pernyataan ini dapat diartikan sebagai bentuk tanggungjawab kami kepada mereka yang mengerti dan mengindahkan.
Terjemahan ini diterbitkan oleh SeSa Media, UKM., Jl. Hidup 47, Long East, 12347. Jooright 2011 SeSa Media, UKM. Joo rights reserved. Terjemahan ini telah dicatat sebagai salah satu karya SeSa Media dalam JOO Rights Commons Work. Tak satupun di dalam bagian terjemahan ini yang muncul dengan sendirinya. Kunjungi situs kami di http://sesamedia.wordpress.com
PRAKATAW
SECARA KHUSUS, kami mohon maa kepada Dennis Overbye dan The New York Time Company yang telah menerbitkan buku “MYSTERIES OF THE UNIVERSE”. Proses penerjemahan ini kami lakukan tanpa meminta izin kepada Anda sekalian. Karena itu, dengan ini kami juga mengakui bahwa kami akan disalahkan jika ada penggunaan istilah yang tidak sesuai dengan yang dimaksudkan. Jika yang kami lakukan ini dapat dikatakan sebagai bentuk kebebasan (meskipun dalam beberapa bagian ataupun sebagian, kami tidak setuju seluruhnya), semoga Anda setuju dengan apa yang kami lakukan. Kami tidak mengambil keuntungan apa-apa dari penerjemahan buku ini. Untuk Anda pembaca terjemahan ini, kami nyatakan bahwa kami tidak menambah atau mengurangi sesuatu apapun dalam isi terjemahan ini. Jika ada kekurangtepatan dalam menyampaikan maksud kalimat dan istilah, kami mohon maa dengan sebesar-besarnya, baik kepada yang sangat mengerti Kosmologi, Astronomi, Fisika, Bahasa Indonesia, ataupun Bahasa Inggris. Akhirnya, kami persembahkan setiap hasil terjemahan kami ini khusus kepada Umat Islam di negeri ini dari Merauke sampai Sabang, dari Talaud sampai Rote, dan secara umum untuk masyarakat Indonesia. GRATIS! FREE!
COPYRIGHT
Copyright ©2002 Dennis Overbye The New York Times Company http://www.nytimes.com All rights reserved. No part o this book may be reproduced without written permission rom the publisher. The publisher takes no responsibility or the use o any o the materials or methods described in this book, nor or the products thereo.
6
DAFTAR ISI
Joo Rights Commons Work Prakataw Copyright
KONSTANTA KOSMOLOGIS | 26 Mei 1998 Faktor ‘Palsu’ Einstein yang Terkenal Kembali Menghantui Kosmologi FISIKA QUANTUM | 12 Desember 2000 Teori Quantum Ditarik, dan Seluruh Fisika Terurai Mekanika Bocah Perang Quantum Diam dan Hitung Ke Mana Keganjilan Ini Menuju Akar Keganjilan
8 15 17 19 20 21 23
FISIKA PARTIKEL | 20 Maret 2001 Dalam Fisika Baru, Quark Tidaklah Terisolir
25
DARK ENERGY | 10 April 2001 Dari Cahaya Menuju Kegelapan: Alam Semesta Baru Astronomi
30
WAKTU IMAJINER | 22 Mei 2001 Sebelum Big Bang, Ada...Apa?
37
Pertanyaan Atas Kekekalan: Mencoba Membayangkan Kenihilan Akhir Waktu: Kartu Lain di Dek Besar Keyakinan String: Para Teoris Mengajukan Dunia ‘Bran’ Tubrukan Dunia: Pengenalan Sebuah Kemungkinan Baru TEORI STRING vs. RELATIVITAS | 12 Juni 2001 Teoris Inner Space Memandang Pengamat Outer Space
39 41 42 44 46
7 THEORY OF EVERYTHING | 11 Desember 2001 Memecahkan Kode Kosmik dengan Sedikit Bantuan dari Dr. Hawking
50
KEMUNGKINAN TIADA AKHIR | 1 Januari 2002 Akhir Segalanya
55
Tawa Terakhir Einstein Selamat Tinggal Melawan Datangnya Malam Ketakterhinggaan sedang Diadili
56 58 60 61
DARK MATTER | 8 Januari 2002 Dark Matter, Masih Sulit Dimengerti, Semakin Terlihat
64
RADIASI BLACK HOLE | 22 Januari 2002 Terobosan Hawking Masih Menjadi Enigma
70
Menulis di Dinding Derajat Kebebasan Batas Keindahan Semua ini Ada dalam Matematika Dr. JOHN ARCHIBALD WHEELER | 12 Maret 2002 Mengintai Gerbang Waktu Raja Filsu: Percakapan Bohr Sisakan Tanda yang Tak Dapat Dihapus Gerbang Waktu: Jalan Buntu Pandangan Kosmik yang Paradoks It rom Bit: Perkataan Einstein Ditatah pada Batu
73 74 75 76 78 80 81 83
REALITAS MATEMATIKA | 26 Maret 2002 86 Persamaan Paling Memikat dalam Sains: Keindahan sama dengan Kebenaran KUTIPAN SeSa Na Nuhun Ka
91
8
KONSTANTA KOSMOLOGIS
Faktor ‘Palsu’ Einstein Kembali Menghantui Kosmologi
A
DA segelintir ilmuwan yang bisa dikatakan kekeliruannya lebih menarik daripada kesuksesan rekan-rekannya, Albert Einstein adalah salah satunya. Hanya sedikit “blunder” yang memiliki hidup lebih panjang dan lebih penting dari konstanta kosmologis, terkadang digambarkan sebagai aktor palsu paling terkenal dalam sejarah sains, yang Einstein tambahkan pada teori relativitas umumnya di tahun 1917. Peranan konstanta tersebut adalah menyediakan gaya tolak untuk menahan alam semesta dari (secara teoritis) kekolapsan akibat bobotnya sendiri. Einstein membuang konstanta kosmologis ketika alam semesta diketahui mengembang, tapi pada tahuntahun berikutnya, konstanta kosmologis itu, layaknya Rasputin, bersikeras menolak untuk mati, menyeret dirinya tampil ke depan, membisikkan enigmaenigma mendalam dan gaya-gaya baru yang misterius di alam, setiap kali para kosmolog menemui kesukaran dalam merekonsiliasi observasi alam semesta dengan teori-teori mereka. Tahun ini, konstanta kosmologis tersebut kembali masuk berita sebagai penjelasan atas penemuan yang banyak dilaporkan, berdasarkan observasi bintang-bintang meledak yang jauh, bahwa suatu jenis “energi aneh” rupanya sedang mempercepat perluasan alam semesta. “Jika konstanta kosmologis sudah mencukupi bagi Einstein,” kata Michael Turner dari Universitas Chicago dalam sebuah pertemuan di bulan April, “maka mestinya juga cukup bagi kita.” Einstein telah waat 43 tahun lalu. Bagaimana ia dan aktor palsu 80-tahunnya sampai menjadi pusat revolusi dalam kosmologi modern? Kisahnya bermula di Wina dengan sebuah konsep mistis yang Einstein sebut prinsip Mach. Wina adalah benteng intelektual Ernst Mach (18381916), sikawan dan lsu yang menunggangi sains Eropa layaknya seorang Colossus. Skala ukuran kecepatan supersonik dinamai dengan namanya. Peninggalan terbesarnya sangat losos; ia teguh berpendapat bahwa semua pengetahuan berasal dari akal sehat, dan kukuh menentang pengenalan konsep metasik, demikian ia menganggapnya, dalam sains, atom contohnya.
9 Peninggalan lainnya ialah gagasan tentang absolute space (ruang absolut), yang membentuk kerangka alam semesta Newton. Mach berpendapat bahwa kita tidak melihat “ruang”, kita hanya pemain di dalamnya. Semua pengetahuan kita tentang gerak, jelasnya, hanya relati terhadap “bintang-bintang diam” ( xed star ). Dalam buku-buku dan paper nya, ia bertanya-tanya apakah kelembaman, kecenderungan sebuah objek untuk tetap diam atau bergerak hingga didorong oleh gaya eksternal, sama relatinya dan berasal dari suatu interaksi dengan segala sesuatu di alam semesta. “Apa yang terjadi pada hukum kelembaman jika seluruh angkasa mulai bergerak dan bintang-bintang berkerumun dalam keadaan kacau?” tulisnya pada tahun 1911. “Hanya jika alam semesta musnah kita akan tahu bahwa semua benda, dengan bagiannya masing-masing, sangat penting dalam hukum kelembaman.” Mach tak pernah mengajukan taksiran tentang bagaimana interaksi misterius ini bekerja, tapi Einstein, yang mengagumi skeptisme Mach, terpikat pada apa yang kadang ia sebut sebagai prinsip Mach dan kadang disebutnya relativitas kelembaman. Ia ingin memasukkan konsep tersebut ke dalam teori relativitas umumnya, yang diselesaikan pada tahun 1915. Teori ini menjelaskan bagaimana materi dan energi mendistorsi atau “melengkungkan” geometri ruang dan waktu, menimbulkan sebuah enomena yang disebut gravitasi. Dalam bahasa relativitas umum, prinsip Mach mensyaratkan bahwa lengkungan ruang-waktu semestinya ditentukan semata-mata oleh materi atau energi lain di alam semesta, dan bukan suatu kondisi inisial atau pengaruh luar – yang sikawan sebut kondisi batas. Einstein mengartikan ini bahwa mustahil memecahkan persamaan miliknya untuk kasus objek terpisah (solitary object) – atom atau bintang yang sendirian di alam semesta – sebab tak ada yang bisa diperbandingkan dengannya atau berinteraksi dengannya. Jadi Einstein terkejut beberapa bulan setelah mengumumkan teori barunya, ketika Karl Schwarzschild, astrosikawan Jerman yang bertugas di garis depan Perang Dunia I, mengiriminya suatu solusi, yang melukiskan medan gravitasi di sekitar bintang terpisah ( solitary star ). “Saya tidak percaya bahwa penyelesaian sempurna atas persoalan massa pokok tersebut begitu sederhana,” ujar Einstein. Mungkin sebagian terpacu oleh hasil Schwarzschild, di musim gugur 1916 Einstein mengalihkan perhatiannya kepada penemuan alam semesta
10 berperbatasan yang mencegah sebuah bintang melarikan diri dari tetangganya dan tidak mengeluyur menuju ketersendirian tak terhingga non-Mach. Dia menyusun gagasannya dalam sebuah korespondensi dengan astronom Belanda, Willem de Sitter, yang mana akan diterbitkan musim panas tahun ini oleh Princeton University Press dalam Volume 8 “ The Collected Papers o Albert Einstein”. Sebagaimana kebanyakan koleganya kala itu, Einstein menganggap alam semesta terdiri dari sebuah kumpulan bintang, yaitu Bima Sakti, yang dikelilingi oleh ruang luas. Salah satu pemikirannya memprediksikan eksistensi “massa jauh” yang melingkari pinggir Bima Sakti layaknya sebuah pagar. Massa-massa ini melengkungkan ruang dan menutupnya. Rekannya, de Sitter, mencemooh gagasan tersebut, mengatakan bahwa massa “supranatural” ini bukan bagian dari alam semesta tampak (visible universe). Gagasan tersebut tidak lebih lezat dari gagasan lama Newton tentang ruang absolut, yang sama-sama tak tampak dan berubah-ubah. Dalam keputus-asaan dan terbaring karena penyakit kandung empedu pada Februari 1917, Einstein menemukan gagasan mengenai alam semesta tanpa perbatasan, di mana ruang melengkung sampai menemui dirinya sendiri, seperti permukaan bola, oleh materi di dalamnya. ”Saya telah mengemukakan usulan lain berkenaan dengan gravitasi, yang memberitahu saya tentang bahaya terkurung di rumah sempit,” utaranya pada seorang teman. Ini membuang kebutuhan adanya perbatasan – permukaan bola tidak memiliki perbatasan. Alam semesta gelembung seperti itu ditetapkan sematamata oleh kandungan materi dan energinya, sebagaimana bunyi prinsip Mach. Tapi ada satu masalah baru; alam semesta ini tidak stabil, gelembung tentunya mengembang atau mengerut. Bima Sakti terlihat tidak mengembang ataupun mengerut; bintang-bintangnya tidak terlihat sedang bergerak istimewa. Di sinilah konstanta kosmologis masuk. Einstein membuat sedikit perbaikan matematis pada persamaan-persamaannya, menambahkan “sebuah suku kosmologis” yang memantapkan persamaannya dan alam semesta. Secara sika, suku baru ini, yang dilambangkan dengan huru lambda (λ) Yunani, merepresentasikan suatu jenis gaya tolak luas ( long-range repulsive orce), yang barangkali menahan kosmos dari kekolapsan akibat bobotnya sendiri. Tak dapat disangkal, Einstein mengakui dalam paper -nya, bahwa konstanta kosmologis “tak bisa dibuktikan oleh pengetahuan gravitasi kita
11 saat ini”, tapi itu pun tidak berkontradiksi dengan relativitas. Hasil menyenangkannya adalah alam semesta statis yang—hampir menurut setiap orang—geometrinya sangat ditentukan oleh materi. “Ini adalah pokok persyaratan relativitas kelembaman,” jelas Einstein kepada de Sitter. “Menurut saya, selama persyaratan ini belum terpenuhi, sasaran relativitas umum tidak tercapai sama sekali. Ini hanya terjadi dengan suku lambda.” Lucunya, tentu saja, adalah Einstein tidak memerlukan alam semesta statis untuk mendapatkan model alam semesta Mach. Michael Janssen, sikawan Universitas Boston dan pakar Einstein, memberitahukan, “Einstein memerlukan konstanta tersebut bukan karena kegemarannya akan lsaat tapi karena prasangkanya bahwa alam semesta itu statis.” Di samping itu, demi mencoba menyelamatkan alam semesta untuk Mach, Einstein menghancurkan prinsip Mach. “Suku kosmologis tersebut sangat-sangat anti-Mach, dalam pengertian bahwa suku itu menganggap siat-siat intrinsik (densitas tekanan dan energi) berasal dari ruang sematamata, tanpa kehadiran materi,” kata Frank Wilczek, seorang teoris di Institute or Advanced Study di Princeton. Namun, alam semesta baru Einstein segera berantakan. Sepuluh tahun berikutnya, astronom Edwin Hubble, di Caliornia, memperlihatkan bahwa nebula spiral misterius adalah galaksi-galaksi yang sangat jauh dan terus menjauh – singkatnya, alam semesta kemungkinan sedang mengembang. De Sitter lebih jauh mengacaukan Einstein dengan mengajukan solusinya sendiri atas persamaan Einstein, menggambarkan alam semesta yang sama sekali tidak memiliki materi di dalamnya. “Itu tidak memuaskan, menurut saya,” gerutu Einstein, “sekalipun dunia tanpa materi adalah mungkin.” Alam semesta hampa-nya de Sitter juga diduga statis, tapi itu terbukti adalah ilusi. Kalkulasi menunjukkan bahwa ketika partikel-partikel ujicoba disisipkan ke dalamnya, mereka terbang saling menjauh. Itu adalah kesulitan lainnya bagi Einstein. “Jika tidak ada dunia quasi-statis,” katanya pada tahun 1922, “maka enyahlah suku kosmologis.” Pada tahun 1931, setelah perjalanan menuju observatorium di Pasadena (Caliornia) untuk menemui Hubble, Einstein membalikkan punggungnya pada konstanta komsologis untuk selama-lamanya, menyebutnya “juga tak memuaskan secara teoritis”.
12 Ia tak pernah menyebut-nyebutnya lagi. Sementara itu, persamaan-persamaan untuk perluasan alam semesta telah ditemukan secara terpisah oleh Aleksandr Friedmann, teoris muda Rusia, dan oleh Abbe Georges Lemaitre, sikawan dan pendeta Belgia. Setahun setelah kunjungannya ke Hubble, Einstein melemparkan pelurunya, bersamasama dengan de Sitter, tentang rahasia alam semesta yang mengembang tanpa konstanta kosmologis. Tapi konstanta kosmologis tetap bertahan dalam imajinasi Lemaitre, yang menemukan bahwa melalui aplikasi lambda secara hati-hati dirinya bisa mengkonstruksi alam semesta yang memulai perluasan secara perlahan dan kemudian mencepat, alam semesta yang mulai dengan cepat dan kemudian melambat, atau yang mulai mengembang, berhenti sejenak, dan kemudian kembali mengembang. Model terakhir ini memberi isyarat singkat kepada beberapa astronom di awal 1950-an, ketika pengukuran perluasan kosmik, secara memalukan, menunjukkan bahwa alam semesta hanya berusia dua miliar tahun – usia yang jauh lebih muda. Sekelompok astronom mendatangi Einstein di Princeton dan mengatakan bahwa menghidupkan kembali konstanta kosmologis bisa memecahkan persoalan selisih usia tersebut. Einstein menampik mereka, mengatakan bahwa pengenalan konstanta kosmologis adalah blunder terbesar dalam hidupnya. George Gamow, salah seorang dari astronom yang datang itu, menyebutkan kata-kata Einstein tersebut dalam otobiogranya, “My World Line”, dan itu menjadi bagian dari legenda Einstein. Einstein waat tiga tahun kemudian. Pada tahun-tahun setelah kematiannya, mekanika quantum, rangkaian kaidah aneh yang menjelaskan alam pada level subatom (sesuatu yang dibenci Einstein), mentransormasi konstanta kosmologis dan memperlihatkan seberapa baik pengetahuan awal Einstein sebetulnya dalam menemukannya. Prinsip ketidakpastian (dan mistis) yang terkenal tersebut menetapkan bahwa tak ada kenihilan, dan bahkan ruang hampa pun bisa dianggap berbuih energi. Eek energi vakum ini terhadap atom-atom telah dideteksi di laboratorium, seawalnya tahun 1948, tapi tak ada seorang pun yang berpikir untuk menyelidiki pengaruhnya terhadap alam semesta secara keseluruhan hingga tahun 1967, ketika sebuah krisis baru, perkembangbiakan terlalu banyak quasar sewaktu alam semesta masih berukuran 1/3 dari ukurannya sekarang, membawa pada bangkit kembalinya gumaman soal konstanta
13 kosmologis. Jakob Zeldovich, teoris legendaris Rusia yang jenius dalam mengawinkan mikrosika dengan alam semesta, menyadari bahwa energi vakum quantum ini bisa masuk ke dalam persamaan-persamaan Einstein persis seperti konstanta kosmologis yang lalu. Masalahnya adalah bahwa kalkulasi langsung fuktuasi quantum ini menunjukkan bahwa energi vakum di alam semesta adalah sekitar 118 order o magnitude (10 diikuti oleh 117 nol) kali lebih padat dari materi. Jika kasusnya demikian, konstanta kosmologis harusnya telah menggumalkan alam semesta ke dalam black hole pada saat-saat pertama eksistensinya atau cepat-cepat meniup kosmos saling menjauh sehingga atom-atom sekalipun tidak akan terbentuk. Namun akta bahwa alam semesta telah dan sedang mengembang dengan tenang gembira selama kira-kira 10 miliar tahun mengandung arti bahwa suatu konstanta kosmologis, jika memang ada, sungguh kecil. Meski membuat asumsi yang paling optimistis, Dr. Zeldovic masih tidak dapat membuat konstanta kosmologis di bawah semiliaran kali dari batas yang teramati. Sejak saat itu, banyak teoris partikel berasumsi bahwa karena alasan tertentu yang masih belum diketahui sampai sekarang, konstanta kosmologis adalah nol. Di era teori superstring dan theory o everything yang mencatat waktu/masa sejak mikro mikro detik pertama, konstanta kosmologis telah menjadi pintu jebakan di ruang bawah tanah sika, menyiratkan bahwa pada suatu level undamental, sesuatu tentang dunia ada yang terlalaikan. Dalam sebuah artikel dalam Reviews o Modern Physics tahun 1989, Steven Weinberg dari Universitas Texas mengisyaratkan konstanta kosmologis sebagai “sebuah krisis nyata”, dan barangsiapa yang menemukan solusi, akan berdampak luas pada sika dan astronomi. Keadaan semakin menarik di tahun 1970-an dengan kedatangan teoriteori sika partikel, yang menonjolkan suatu entitas bayangan yang dikenal sebagai Higgs eld (medan Higgs), yang merembesi ruang dan memberi atribut pada partikel-partikel unsur. Kalangan sikawan menduga bahwa densitas energi di medan Higgs saat ini adalah nol, namun di masa lalu, ketika alam semesta masih panas, energi Higgs boleh jadi sangat besar dan mendominasi dinamika alam semesta. Kenyataannya, spekulasi bahwa episode tersebut terjadi pada sepersedetik setelah Big Bang, memompa kerut-kerut dari chaos purba (yang menurut Dr. Turner energi vakum kala itu berlaku sempurna), telah mendominasi kosmologi dalam 15 tahun terakhir.
14 “Kita ingin menjelaskan mengapa saat ini konstanta kosmologis kecil, bukan mengapa ia senantiasa kecil,” tulis Dr. Weinberg dalam kajiannya. Dalam usaha menyediakan penjelasan, para teoris belakangan ini terdorong untuk membicarakan, di antaranya, tentang multiple universes yang terhubung oleh terowongan ruang-waktu yang disebut wormhole. Aroma krisis ini diekspresikan dengan baik oleh Dr. Wilczek beberapa tahun lalu dalam sebuah konerensi astrosika. Menutup diskusi di akhir pertemuan, dia akhirnya sampai pada konstanta kosmologis. “ Whereo one cannot speak, thereo one must be silent” (seseorang pasti diam tentang sesuatu yang tidak bisa dibicarakannya),” ucapnya, mengutip “ Tractatus Logico-Philosophicus”-nya Ludwig Wittgenstein. Sepertinya sekarang para astronom telah memecahkan keheningan itu.
15
FISIKA QUANTUM
Teori Quantum Ditarik, dan Seluruh Fisika Terurai
M
EREKA mencoba meyakinkan Max Planck untuk berhenti menjadi sikawan, dengan alasan bahwa di situ tidak ada yang tersisa untuk ditemukan. Planck muda tidak menghiraukannya. Dia adalah pemuda konservati dari selatan Jerman, keturunan proesor dan kepala gereja; dia senang menambah kesempurnaan pada apa yang telah diketahui. Malah, ia menghancurkannya, dengan mencaritahu apa yang terjadi pada simpul longgar yang jika ditarik akan mengurai seluruh struktur yang telah dianggap sebagai realitas. Sebagai proesor baru di Universitas Berlin, pada musim gugur 1900 Planck memulai kalkulasi karakteristik spektrum dari pijaran sebuah objek yang dipanaskan. Kalangan sikawan punya alasan bagus untuk menduga bahwa jawabannya akan menjelaskan hubungan antara cahaya dan materi dan mengangkat tara industri lampu listrik Jerman. Tapi kalkulasi itu terganggu oleh kesulitan-kesulitan. Planck berhasil menemukan ormula yang tepat, tapi ada harganya, karena dia dilaporkan ke German Physical Society pada 14 Desember. Dalam “tindakan putus asa”, demikian dia menyebutnya, dia harus menganggap bahwa atom-atom hanya dapat memancarkan energi dalam jumlah berlainan yang kemudian dia sebut quanta (dari bahasa Latin, quantus, berarti “berapa banyak”) daripada dalam gelombang berkesinambungan seperti yang telah ditetapkan teori elektromagnetik. Alam kelihatannya bertindak seperti teller bank cerewet yang tidak akan memberi uang kembalian, dan juga tidak menerimanya. Itu adalah tembakan pertama dalam revolusi. Dalam seperempat abad, hukum sains yang masuk akal telah digulingkan. Di tempatnya kemudian terdapat satu rangkaian kaidah aneh yang dikenal sebagai mekanika quantum, di mana sebab tidak dijamin terhubung dengan akibat; partikel subatom seperti elektron bisa berada di dua tempat pada waktu yang sama, di setiap
16 tempat, atau tidak di mana pun sampai seseorang mengukurnya; dan cahaya bisa berupa partikel atau gelombang. Niels Bohr, sikawan Denmark dan pemimpin revolusi ini, pernah mengatakan bahwa seseorang yang tidak terguncang oleh teori quantum berarti tidak memahaminya. Minggu ini, sekitar 700 sikawan dan sejarawan tengah berkumpul di Berlin, tempat di mana Planck memulai usahanya 100 tahun lalu, untuk merayakan sebuah teori yang maknanya masih belum mereka pahami, padahal itu adalah ondasi sains modern. Eek quantum sekarang ini diharapkan menjelaskan segala hal mulai dari tabel periodik unsur sampai eksistensi alam semesta itu sendiri. Sejumlah nasib baik telah dialami oleh “keganjilan quantum”, demikian kadang ia disebut. Transistor dan chip komputer dan laser berjalan di atas prinsip quantum tersebut. Begitu pula dengan CAT scan dan PET scan dan mesin M.R.I.. Beberapa ilmuwan komputer menyebutnya masa depan komputasi, sementara ilmuwan lain mengatakan bahwa komputasi adalah masa depan teori quantum. “Jika semua hal yang kita pahami mengenai atom berhenti bekerja,” ujar Leon Lederman, mantan direktur Fermi National Accelerator Laboratory, “maka P.D.B. (Produk Domestik Bruto) akan menjadi nol.” Revolusi ini memiliki awal yang tidak menguntungkan. Planck mulanya menganggap quantum sebagai alat pencatat ( bookkeeping device) tanpa makna sika sama sekali. Pada 1905, Albert Einstein, yang kemudian menjadi petugas pencatat paten di Swiss, memikirkannya secara lebih serius. Dia menunjukkan bahwa cahaya, dalam beberapa hal, berperilaku seolah-olah tersusun dari sedikit energy bundle (ikat energi) yang dia sebut lichtquanten. (Beberapa bulan kemudian, Einstein menemukan relativitas.) Dia menghabiskan dekade berikutnya dengan memikirkan bagaimana mengharmoniskan quantum-quantum ini dengan teori gelombang elektromagnetik cahaya. “Saya lebih banyak menghabiskan pemikiran pada teori quantum dibandingkan pada relativitas,” ucapnya kepada seorang teman. Langkah quantum besar berikutnya diambil oleh Dr. Bohr. Pada 1913, dia mengajukan sebuah model atom sebagai miniatur tata surya di mana elektron-elektron dibatasi pada orbit-orbit tertentu di sekeliling nukleus. Model tersebut menjelaskan mengapa atom-atom tidak kolaps – orbit terendah masih sedikit jauh dari nukleus. Model tersebut juga menjelaskan
17 mengapa unsur-unsur yang berbeda-beda memancarkan cahaya dengan panjang gelombang yang khas – orbit-orbit itu seperti anak tangga dan panjang gelombang itu ekuivalen dengan energi yang dilepaskan atau diserap oleh sebuah elektron kala ia melompat di antara anak tangga. Tapi model ini tidak menjelaskan mengapa hanya beberapa orbit yang diperbolehkan, atau di mana elektron berada sewaktu ia melompat di antara orbit-orbit. Einstein memuji-muji teori Bohr sebagai “musikalitas dalam bidang pemikiran”, tapi kemudian dia berkata, “Jika semua ini benar, maka itu berarti akhir sika.” Meski teori Bohr bekerja pada hidrogen, atom paling sederhana, teori tersebut terhenti ketika para teoris mencoba mengkalkulasi spektrum atomatom yang lebih besar. “Keseluruhan sistem konsep sika harus dikonstruksi ulang mulai dari bawah,” tulis Max Born, sikawan Universitas Gottingen, di tahun 1923. Dia mengistilahkan sika baru yang belum lahir tersebut sebagai “mekanika quantum”. MEKANIKA BOCAH
Fisika baru tersebut dilahirkan dalam serangan debat dan penemuan dari tahun 1925 sampai 1928 yang telah dijuluki sebagai revolusi sains kedua. Wolgang Pauli, salah satu pemimpin gerombolan revolusi itu, menyebutnya “mekanika bocah”, karena banyak sikawan, termasuk dirinya yang pada saat itu berusia 25 tahun, sedangkan Werner Heisenberg 24 tahun, Paul Dirac 23 tahun, Enrico Fermi 23 tahun, dan Pascual Jordan 23 tahun, masih berusia sangat muda ketika memulainya. Bohr, yang beranjak ke usia 40 tahun pada 1925, merupakan atherconessor (pendeta penerima pengakuan dosa-penj) dan raja lsu mereka. Institut barunya untuk sika teoritis, di Kopenhagen, menjadi pusat sains Eropa. Momen menentukan terjadi di musim gugur tahun 1925 ketika Heisenberg, yang baru kembali ke Universitas Gottingen setelah setahun di Kopenhagen, mengatakan bahwa para sikawan berhenti mencoba memikirkan bagian dalam atom dan justru mendasarkan sika sematamata pada apa yang bisa dilihat dan diukur. Dalam “mekanika matriks”-nya, berbagai siat partikel subatom bisa dikomputasi – tapi, yang mengganggu, jawabannya tergantung pada urutan kalkulasi. Kenyataannya, menurut prinsip ketidakpastian ( uncertainty principle), yang Heisenberg nyatakan dua tahun kemudian, adalah mustahil untuk
18 mengetahui posisi dan kecepatan sebuah partikel secara sekaligus. pengukuran terhadap yang satu [posisi, misalnya] pasti mengganggu pengukuran terhadap yang lain [kecepatan, atau sebaliknya]. Fisikawan yang tidak nyaman dengan matematika abstrak milik Heisenberg mengambil versi mekanika quantum yang lebih riendly berdasarkan mekanika gelombang yang sudah amiliar. Pada 1923, Louis de Broglie dari Prancis telah menanyakan dalam tesis doktoralnya, bila cahaya bisa menjadi partikel, lalu mengapa partikel tidak bisa menjadi gelombang? Terinspirasi oleh gagasan de Broglie, Erwin Schrodinger dari Austria, saat itu di Universitas Zurich dan, pada usianya yang 38 tahun, lebih tua dari orang-orang muda yang sukses di atas tadi, mengasingkan diri ke resort Arosa, Swiss, selama liburan Natal tahun 1925, bersama seorang teman wanita misterius dan muncul kembali dengan sebuah persamaan yang kemudian menjadi yin bagi yang-nya Heisenberg. Menurut persamaan Schrodinger, elektron bukanlah sebuah point (titik) atau table, melainkan entitas matematis yang disebut ungsi gelombang (wave unction), yang memanjang/mengulur ke seluruh ruang. Menurut Bohr, gelombang ini melambangkan probabilitas penemuan elektron di suatu tempat tertentu. Ketika diukur, partikel tersebut berada di tempat yang paling mungkin, tapi tidak dijamin, sekalipun ungsi gelombang itu sendiri bisa dikalkulasi secara tepat. Interpretasi Bohr dengan cepat diadopsi oleh geng quantum. Itu adalah momen yang penting karena mengabadikan kesempatan untuk menjadi bagian integral dari sika dan alam. “Gerakan partikel-partikel mengikuti hukum probabilitas, tapi probabilitas sendiri menjalar menurut hukum kausalitas,” dia menjelaskan. Itu tidak mencukupi bagi Einstein. “Teori tersebut menghasilkan banyak hal tapi hampir tidak membawa kita lebih dekat dengan rahasia Old One,” tulis Einstein di akhir 1926. “Saya sangat yakin bahwa Tuhan tidak bertaruh.” Heisenberg menyebut teori Schrodinger “menjijikkan” – tapi kedua versi mekanika quantum segera diketahui ekuivalen secara matematis. Prinsip ketidakpastian, yang menambah ketidaktentraman metasik seputar sika quantum, diikuti oleh complementarity principle (prinsip komplementaritas) dari Bohr pada tahun 1927. Pertanyaan apakah cahaya bukan partikel atau gelombang, kata Bohr, menegaskan bahwa kedua konsep tersebut diperlukan untuk menjelaskan alam, tapi karena keduanya
19 kontradikti, seorang peneliti bisa memilih mengukur salah satu aspek, tidak dua-duanya. Ini bukan sebuah paradoks, pendapatnya, karena sika bukanlah tentang hal-hal tapi tentang hasil eksperimen. Komplementaritas menjadi landasan interpretasi mekanika quantum Kopenhagen – atau Einstein menyebutnya, “lsaat Heisenberg-Bohr yang meredakan”. Setahun kemudian, Dirac mengawinkan mekanika quantum dengan relativitas khusus Einstein, dalam rangka memprediksikan eksistensi antimateri. (Positron, antipartikel bagi elektron, ditemukan empat tahun kemudian oleh Carl Anderson.) Versi Dirac, dikenal sebagai teori medan quantum, telah menjadi dasar sika partikel sejak waktu itu, dan menandakan akhir revolusi quantum dalam sejarah sika. Tapi pertarungan mengenai makna revolusi tersebut justru baru dimulai, dan terus berlanjut hingga hari ini. PERANG QUANTUM
Kontra-revolusi pertama dan terbesar adalah Einstein, yang berharap suatu teori mendalam bisa menyelamatkan Tuhan dari bertaruh. Pada musim gugur tahun 1927, di sebuah pertemuan di Brussels, Einstein menantang Bohr dengan serangkaian gedanken, atau eksperimen pikiran, yang dirancang untuk menunjukkan bahwa mekanika quantum tidak konsisten. Bohr, yang terbungkam di pagi hari, selalu punya jawaban di saat makan malam. Einstein tak pernah menyerah. Sebuah paper tahun 1935, yang ditulis bersama Boris Podolsky dan Nathan Rosen, menjelaskan gedanken quantum dasar, di mana pengukuran sebuah partikel di suatu tempat bisa serta-merta mempengaruhi pengukuran partikel-partikel lainnya, sekalipun jaraknya jutaan mil. Apakah ini cara untuk mengatur alam semesta? Einstein menyebutnya “tindakan menyeramkan di kejauhan”. Fisikawan modern yang telah berupaya menciptakan keadaan aneh ini di laboratorium menyebutnya “keterjeratan” ( entanglement). Menyeberangnya Einstein dari revolusi quantum merupakan sebuah tamparan bagi kolega-koleganya yang lebih konservati, namun dia tak sendiri. Planck juga merasa dirinya berselisih dengan arah revolusi, dan Schrodinger, “sosok tua konservati” lain (demikian Pauli pernah melukiskan mereka), memajukan eksperimen gedanken kucing-nya untuk memberikan gambaran betapa sika telah menjadi sangat tolol.
20 Menurut pandangan Kopenhagen, tindakan pengamatanlah yang “mengkolapskan” ungsi gelombang suatu partikel, membekukannya ke dalam satu status, lokasi, atau kecepatan tertentu. Sebelumnya, semua kemungkinan status partikel ber-koeksistensi, seperti gelombang-gelombang yang saling meliputi, dalam sebuah kondisi yang dikenal sebagai superposisi quantum. Schrodinger membayangkan seekor kucing dalam sebuah wadah tersegel di mana pembusukan radioakti sebuah atom akan memicu pelepasan sianida, sehingga membunuh si kucing. Menurut kaidah mekanika quantum, atom dibusukkan atau tidak dibusukkan sampai seseorang melihat ke dalam, yang berarti bahwa kucing malang Schrodinger itu hidup dan mati sekaligus. Ini seperti memberi banyak kekuatan mengerikan kepada “pengamat”. Sudah pasti itu bukan cara untuk mengatur alam semesta. Selama bertahun-tahun, sikawan telah mengajukan alternati bagi pandangan Kopenhagen. Dimulai pada 1952, ketika berada di Princeton, sikawan David Bohm, waat tahun 1992, mengusulkan versi mekanika quantum yang memiliki derajat yang lebih dalam, disebut potensi quantum atau “ implicate order ”, yang menuntun kekacauan nyata peristiwa quantum. Varian lainnya adalah hipotesis many-worlds yang dikembangkan oleh Hugh Everett III dan John Wheeler, di Princeton pada 1957. Dalam versi ini, ungsi gelombang tidak kolaps sewaktu sikawan mengamati sebuah elektron atau seekor kucing; malah ia terbelah menjadi alam semesta paralel, masingmasing satu [alam semesta] untuk setiap hasil eksperimen atau pengukuran. DIAM DAN HITUNG
Sebagian besar sikawan tak mengindahkan debat mengenai makna teori quantum dalam pengunaannya untuk menyelidiki dunia, sikap ini dikenal sebagai “diam dan hitung”. Temuan Pauli bahwa tidak ada dua elektron yang bisa berbagi orbit yang sama dalam sebuah atom membawa pada pemahaman baru mengenai atom, unsur, dan kimia modern. Mekanika quantum membelah atom dan menempatkan kemanusiaan di tepi malapetaka. Para insinyur tahu bagaimana “memompa” elektron-elektron ke anak tangga energi bagian atas dalam sejumlah besar atom dan kemudian membuat mereka semua membuang energi secara serentak, membangkitkan
21 laser. Sebagaimana kata Dr. Lederman dalam sebuah wawancara, “Sejarah transistor adalah sejarah penyelesaian persamaan Schrodinger dalam beragam material.” Eek-eek quantum tidak terbatas pada hal kecil. Prinsip ketidakpastian menyatakan bahwa energi di sebuah medan atau di ruang hampa tidaklah konstan, melainkan bisa berfuktuasi semakin liar seiring semakin kecilnya periode waktu ketika seseorang memandanginya. Fluktuasi quantum seperti itu selama big bang kini dipertimbangkan sebagai asal-usul galaksi-galaksi. Menurut beberapa teori, alam semesta sendiri merupakan eek quantum, hasil dari sebuah fuktuasi yang terjadi di semacam kenihilan praalam semesta (preuniversal nothingness). “Jadi kita membawa quantum melompat dari keabadian menuju masa,” demikian sikawan Sidney Coleman dari Harvard pernah berujar. KE MANA KEGANJILAN INI MENUJU
Bohr tidak mengindahkan kucing Schrodinger, dengan alasan bahwa kucing terlalu besar untuk menjadi objek quantum, tapi kucing juga tidak bisa diabaikan. Dalam tiga dekade terakhir, eksperimen-eksperimen gedanken yang diramalkan Einstein dan rekan-rekannya telah menjadi “ter- ungendankenkan”, mengangkat kembali isu soal makna eksperimen tersebut. Musim panas lalu, dua tim sikawan berusaha membuat arus-arus mengalir dalam dua arah sekaligus di sekitar ikalan kabel ( loop o wire) kecil superkondukti – usaha yang mereka samakan dengan kucing Schrodinger. Usaha-usaha semacam itu, kata Wojciech Zurek, seorang teoris di Los Alamos National Laboratory, menimbulkan pertanyaan berupa mengapa kita hidup di dunia yang sangat klasik, daripada di remang-remang quantum. Bohr mempostulatkan sebuah batas antara dunia quantum dan dunia klasik, tapi kalangan teoris lebih suka bahwa hanya ada satu dunia yang bisa mensuplai soliditasnya sendiri. Itulah gagasan di balik konsep baru yang disebut dekoherensi, di mana interaksi ungsi gelombang dengan lingkungan merusak keseimbangan status quantum yang lemah dan membuat si kucing hidup atau mati tapi bukan di antara hidup dan mati. “Kita tak memerlukan seorang pengamat, cukup ‘sesuatu’ yang mengamati,” jelas Dr. Zurek. Saat kita memandang sesuatu, ucapnya, kita memanaatkan photon, pengangkut cahaya, yang memuat inormasi yang
22 telah diekstrak dari objek. Loss (lepasnya) inormasi ke lingkunganlah yang cukup untuk menabrakkan ungsi gelombang, kata Dr. Zurek. Dekoherensi, sebagaimana dicatat Dr. Zurek, mengangkat pengamat dari tumpuan dan meringankan teori quantum dari beberapa kleniknya, tapi masih ada banyak keganjilan yang tersisa. Contohnya komputer quantum, yang disebut oleh Dr. Lederman sebagai “interpretasi keseraman quantum yang lebih manis dan lembut”. Komputer biasa menyimpan data dan melakukan komputasi sebagai serangkaian “bit”, switch yang bisa on atau o , tapi dalam komputer quantum, karena adanya prinsip superposition, qubit-qubit (demikian disebutnya) bisa on dan o pada waktu bersamaan, memungkinkan mereka mengkalkulasi dan menyimpan banyak sekali bilangan pada satu waktu. Secara prinsip, menurut David Deutsch (peneliti dari Univesitas Oxord dan merupakan salah satu pionir komputasi quantum yang bersikap lebih blak-blakan), sejumlah besar komputasi, “kemungkinan besar lebih banyak dari atom yang terdapat di alam semesta”, bisa di- superpose di dalam sebuah komputer quantum untuk memecahkan masalah yang boleh jadi dengan komputer klasik akan menghabiskan waktu lebih lama dari usia alam semesta. Menurut pikiran banyak pakar, jenis komputasi ini menjelaskan siat realitas itu sendiri. Dr. Deutsch mengklaim bahwa teori komputer quantum memaksa sikawan untuk serius memikirkan interpretasi many-worlds teori quantum. Jumlah inormasi yang diproses dalam komputasi paralel ini, dia menjelaskan, lebih banyak dari yang bisa dilakukan oleh alam semesta. Karena itu, komputasi tersebut pasti tengah berlangsung di alam semesta paralel lain, di “multiverse”, demikian kadang itu disebut. “Tak ada teori lain yang bisa menjelaskan tentang apa yang sedang terjadi,” ujarnya. Dunia jauh lebih besar dari kelihatannya, sebuah kesadaran yang menurutnya akan punya dampak psikologis yang sepadan dengan gambar-gambar atom pertama. Memang, bagi Dr. Deutsch sepertinya ada suatu hubungan yang dalam antara sika dan komputasi. Struktur komputer quantum, ucapnya, terdiri dari banyak hal yang berlangsung secara serentak, komputasi banyak atau komputasi paralel. “Setiap proses sika dalam mekanika quantum,” katanya, “terdiri dari komputasi-komputasi klasik yang berlangsung secara paralel.” “Teori komputasi quantum adalah teori quantum,” ia berujar.
23 AKAR KEGANJILAN
Mekanika quantum adalah bahasa yang digunakan sikawan untuk menggambarkan semua enomena alam, kecuali satu, yaitu gravitasi, yang dijelaskan oleh teori relativitas umum Einstein. Kedua teori tersebut – yang satu menjelaskan realitas “terquantisasi” yang terputus ( discontinuous), sementara yang satunya menjelaskan kesatuan ( continuum) yang secara halus melengkungkan ruang-waktu – secara matematis tidak cocok, namun kalangan sikawan melihat pada penggabungan keduanya, yang disebut gravitasi quantum. “Terdapat pandangan yang berbeda-beda tentang apakah teori quantum akan mencakup gravitasi atau apakah teori quantum dan teori relativitas umum harus dimodikasi,” kata Lee Smolin, teoris di Penn State. Beberapa dasar telah diletakkan pada 1960-an oleh Dr. Wheeler, 89 tahun, yang menentang teori quantum bersama dengan Einstein dan Bohr. Bahkan ruang dan waktu, urai Dr. Wheeler, pada akhirnya harus mengikuti prinsip ketidakpastian dan menjadi discontinuous, berhenti berungsi pada jarak yang sangat dekat atau pada masa kelahiran big bang yang mampat menjadi “buih” ruang-waktu. Sebagian besar sikawan hari ini berharap pada teori semacam superstring, sebuah usaha matematis dan terus-menerus yang memahami alam sebagai sesuatu yang terdiri string-string kecil yang bervibrasi di ruang 10-dimensi. Dalam sebuah surat, Edward Witten dari Institute or Advanced Study di Princeton, N.J., baru-baru ini mengatakan bahwa sejauh ini mekanika quantum tampaknya tegak di tanah string ( string land) persis seperti digambarkan dalam buku-buku teks. Tapi, dia mengatakan dalam sebuah email, “Mekanika quantum bagaimanapun juga terintegrasi dengan geometri dalam suatu cara yang belum benar-benar kita pahami.” Quantum itu misterius, lanjutnya, karena ia bertentangan dengan intuisi. “Saya adalah salah seorang yang percaya bahwa quantum akan tetap misterius, dalam pengertian bahwa jika masa depan membawa suatu perubahan dalam rumusan dasar mekanika quantum, saya menduga intuisi lazim kita akan tertinggal semakin jauh di belakang.” Meskipun ini intuisi, beberapa pemikir bertanya-tanya apakah keganjilan quantum nyatanya merupakan cara paling sederhana untuk menjalankan alam semesta. Bagaimanapun, tanpa prinsip ketidakpastian yang mengaburkan/
24 menyamarkan lokasi penghuninya yang mendengung, atom tidak akan kolaps dalam sebuah tumpukan elektromagnetik. Tanpa fuktuasi quantum yang melumpurkan kehalusan big bang yang teramat sangat, tidak akan ada galaksi-galaksi, bintang-bintang, ataupun planet-planet hangat nan ramah. Tanpa prinsip ketidakpastian yang menolak kenihilan bahkan mungkin tidak akan ada alam semesta. “Kita akan mengenali betapa sederhananya alam semesta itu,” Dr. Wheeler sering mengatakan, “ketika kita mengenali betapa anehnya ia.” Einstein sering mengatakan bahwa pertanyaan yang sungguh-sungguh membebaninya adalah apakah Tuhan mempunyai pilihan dalam menciptakan dunia. Mungkin pada akhirnya kita akan menemukan bahwa bagi Tuhan, satusatunya permainan di kota adalah bertaruh.
25
FISIKA PARTIKEL
Dalam Fisika Baru, Quark Tidaklah Terisolir
“A
LAM SEMESTA,” tulis penyair Muriel Rukeyser suatu kali, “tersusun dari cerita-cerita, bukan atom-atom.” Ini menjadi bagian sains, Anda mungkin tergoda untuk menganggap pernyataan tersebut sebagai bualan manusiawi yang dapat diramalkan yang bertentangan dengan realitas ilmiah yang kaku. Bagaimanapun juga, selama 300 tahun terakhir, cerita yang dikisahkan kepada kita oleh para sikawan adalah bahwa bentuk dunia yang terus berubah ini tersusun dari atom-atom, bongkahan eksistensi yang tak dapat diperkecil lagi dan tak dapat dihancurkan, yang mempelanting ke manamana menurut hukum Newton dan beberapa hukum sederhana lainnya. Tugas sikawan adalah menjelaskan identitas dan atribut partikelpartikel unsur yang ikut serta dalam dansa ini. Democritus, yang menemukan ide tentang atom, menganugerahi mereka dengan massa, bentuk, dan gerakan; partikel unsur hari ini – quark dan elektron – memiliki massa, muatan, pusingan, keanehan, pesona, dan atribut lainnya, tapi gambaran dasarnya tetap sama. Benarkah? Fisikawan zaman sekarang – para reduksionis berdarah dingin itu – mengisahkan cerita yang semakin puitis tapi kurang kaku secara matematis. Cerita ini bukanlah tentang dunia mesin jam melainkan dunia interakti saling terjerat yang konstituen-konstituennya memperoleh identitas dan atribut dari satu sama lain dalam negosiasi tanpa akhir – sebuah kota, dalam kata-kata sikawan, berpenghuni pengeluh. Dengan kata lain, mereka sedang mengisahkan cerita tentang relationship. Ambil contoh, sebuah kalkulasi baru-baru ini yang menunjukkan hasil di mana massa – salah satu atribut undamental partikel unsur – terlihat menyulap dirinya dari udara tipis dalam suatu enomena yang oleh Franck Wilczek (sikawan di M.I.T.) disebut “massa tanpa massa”. Dr. Wilczek menemukan bahwa saat dirinya menggunakan versi sederhana persamaan kromodinamika quantum (yang menjelaskan perilaku quark) untuk mengkomputasi massa proton dan neutron, dia mendapatkan
26 jawaban yang tepat sekalipun quark-quark di dalam proton dan neutron tidak punya massa sama sekali. Dari mana massa tersebut berasal? Ternyata quark-quark itu bergerak cepat dalam proton, katakanlah, memiliki banyak energi kinetik, dan energi tersebut ekuivalen dengan massa, menurut relativitas Einstein. Dalam sebuah pembicaraan di San Fransisco bulan lalu, Dr. Wilczek menyebut kalkulasinya sebagai contoh “ it rom bit”, ungkapan yang dibuat oleh teoris Princeton, John Wheeler, untuk menggambarkan mimpi tentang sebuah teori alam semesta yang sepenuhnya didasarkan pada logika tanpa ada parameter yang bisa disetel-setel – alam semesta tanpa tombol untuk diputar. Dalam kasus ini, teori kromodinamika quantum seperti membuat Tuhan tak punya pilihan soal massa proton. Massa berasal seluruhnya dari susunan quark-quark quark-quark dan bukan sama sekali dari quark itu sendiri. Fisika partikel, jelas Dr. Wilczek dan kolega-koleganya, bukan benarbenar mengenai partikel-partikel lagi, tapi mengenai hubungan matematisnya – khususnya kesimetrian – aspek alam yang tetap sama di bawah keadaan dan sudut pandang berlainan. Salah satu contoh pendekatan snowfake ini pada sains ialah prinsip bahwa hukum-hukum sika selalu sama di setiap kecepatan, yang membentuk dasar teori relativitas Einstein. Contoh lainnya adalah apa yang disebut eightold way, suatu pola yang dikenali oleh Murray Gell-Mann dan Yuval Ne’emann pada 1961 dalam atribut partikel unsur yang pada saat itu datarnya terus berkembang, membuat mereka bisa memprediksi eksistensi partikel yang sebelumnya tidak disangkasangka. Penelitian ini berkontribusi atas Hadiah Nobel Dr. Gell-Mann tahun 1969. Fisikawan sekarang, yang mengharapkan tumpuan pada sebuah teori yang mempersatukan semua gaya alam ke dalam satu ekspresi matematis, dengan susah-payah melihat sesuatu yang disebut supersimetri. Mekanika quantum, kaidah pusat sika partikel, memaksakan versi keterhubungan ( relatedness) yang powerul. Menurutnya, adalah mungkin untuk menciptakan partikel-partikel “terjerat” yang tetap terhubun terhubung g sekalipun mereka terpisah bertahun-tahun cahaya, sehingga pengukuran terhadap [partikel] yang satu akan secara seketika mempengaruhi hasil pengukuran terhadap [partikel] yang lain. Einstein, yang tidak menyukai mekanika quantum, melabeli eek ini sebagai “tindakan menyeramkan di kejauhan”, tapi cukup riil untuk memiliki masa depan dalam kriptogra dan komputer quantum.
27 Einstein mencoba memasukkan jenis kekuatan jauh lain, bahkan lebih mengerikan, dalam teori relativitas umumnya; teori yang menggambarkan gravitasi sebagai lengkungan geometri ruang. Ernst Mach, sikawan-lsudan malapetaka pemikiran absolutis abad 19, menyatakan bahwa karena semua gerak adalah relati, maka kelembaman objek tertentu di alam semesta ditentukan oleh hubungannya dengan semua massa lain di alam semesta. Menurut prinsip Mach, tak masuk akal untuk berpikir ada satu partikel yang sendirian di alam semesta. Para akademisi sepertinya sepakat bahwa teori Einstein tidak mencapai sasaran ini, namun gagasan tersebut terus menghantui usaha para teoris yang bekerja mengawinkan gravitasi Einstein dengan mekanika quantum. “Pemikiran bahwa atribut sesuatu [objek] di alam semesta tidak bergantung pada eksistensi atau non-ekistensi sesuatu [objek] yang lain sudah tak lagi bisa dipertahankan,” tulis Lee Smolin, teoris gravitasi quantum, dalam bukunya (tahun 1997), “ The Lie o the Cosmos”. Elektron tidaklah terisolir. Dr. Smolin menegaskan dalam bukunya bahwa masyarakat (atau, dalam masalah ini, sains) masih harus berusaha menguasai pelajaran relativitas dan mekanika quantum. Para kosmolog, misalnya, terus-menerus berbicara seakan-akan mereka bisa mengobservasi keseluruhan alam semesta, padahal tidak demikian, sebab mereka masih merupakan bagian darinya, mengacaukannya mengacaukan nya melalui aktivitas-aktivitas mereka. Menurut relativitas, setiap tempat di alam semesta adalah unik, sehingga menghasilkan sudut pandang yang unik. Karena itu, kata Dr. Smolin, kita harus membuang pemikiran bahwa pengamat tunggal bisa menyusun deskripsi lengkap mengenai alam semesta. Mungkin memang pengetahuan kosmologi adalah usaha bersama, di mana masing-masing individu hanya mampu mendapat satu keping kebenaran. “Saya akui bahwa saya tidak bisa mengetahui segalanya,” tulis Dr. Smolin. “Tapi barangkali, setidaknya pada prinsipnya, kita bisa mengetahu mengetahuii segalanya.” Bahwa cerita-cerita yang kita kisahkan tentang alam terasa terhubung dengan cerita-cerita tentang diri kita sendiri, pemikiran seperti itu dapat meramalkan pergeseran yang mungkin masih bergaung ke seluruh ondasi metasik masyarakat. Akademisi telah memperhatikan hal-hal yang terkadang terlihat seperti sebuah keparalelan antara susunan sosial politik manusia dan persepsi kita atas siat dunia sik. Metaora dari satu arena kehidupan terlihat bisa menjangkiti yang lainnya.
28 “Ada periode-periode ketika sebuah gagasan istimewa mempunyai goyangan di banyak bidang berbeda,” kata Gerald Holton, sejarawan dan sikawan Harvard. “Pertanyaan besarnya adalah mengapa?” Satu episode seperti itu, urai Dr. Holton, terjadi di awal abad 20, ketika ide diskontinuitas dan geometri non-Euclidean mulai berkuasa baik dalam seni maupun sains. Di antara yang terpengaruh oleh ide-ide ini adalah seniman abstrak Rusia, Wassily Kandinsky, yang mengatakan bahwa dirinya terinspirasi—dalam pencarian melewati batas-batas lukisan tradisional— oleh eksperimen-eksperimen tahun 1912 yang memperlihatkan bahwa atom yang sebelumnya tak dapat diganggu-gugat ternyata memiliki struktur internal, yaitu nukleus. “Keruntuhan model atom,” tulisnya dalam memoirnya (“Ruckblick”), “menurut jiwa saya ekuivalen dengan keruntuhan dunia secara keseluruhan.” keseluruhan .” Setelah itu, semuanya menjadi mungkin. Ada pendapat bahwa menyaksikan pergerakan bintang-bintang memberi manusia isyarat pertama mengenai susunan di alam semesta. Apakah kebetulan bahwa kehidupan didominasi oleh hirarki raja-raja dan masyarakat istana abad pertengahan sementara angkasa dianggap tersusun dari bola-bola konsentris yang terpusat kepada bumi? Atau apakah kebetulan bahwa demokrasi modern dengan pandangan penduduk otonomnya yang memiliki hak-hak yang tak dapat dicabut muncul hampir bersamaan dengan sika Newtonian dengan atom beratribut tetap yang mempelanting di ruang absolut? “Pada permulaan [masa], ketika kehendak Raja mulai berlaku, Dia memahatkan tanda-tanda pada bola-bola angkasa,” bunyi dalam Zohar, kitab karangan Kabbalis dari abad pertama. Tanda apa yang kita lihat li hat pada bola-bola angkasa hari ini? Atom Newtonian terlihat seperti resep alienasi. Jika keluar perkataan bahwa semua partikel itu [saling] terjerat, maukah kita mengakui bahwa hidup kita juga [saling] terjerat? Dr. Wilczek, yang menulis (dengan Betsy Devine) buku berjudul “ Longing or the Harmonies”, mengatakan bahwa hubungan antara sika dan masyarakat itu “halus”, tapi dia juga sangat setuju bahwa potensi pengaruhnya sangat besar. “Jika Anda mempunyai pemikiran bahwa segalanya tersambung dan terhubung, itu mungkin akan membuat Anda memperhatikan segalanya secara lebih serius,” kata Dr. Wilczek. “Banyak konfik dan urusan mungkin terasa sangat indah.”
29 Akan elok untuk berpikir bahwa sikawan bisa menyusun ulang masyarakat, tapi metaora mungkin mengalir ke arah lain, menurut beberapa sejarawan sains. “Bagaimanapun juga,” kata Lynn K. Nyhart, yang mempelajari sejarah biologi di Universitas Wisconsin, “sains dilingkungi oleh masyarakat,” sambil menjelaskan bahwa istilah “seleksi alam” pertama kali dipergunakan dalam bidang ekonomi sebelum Darwin mengambilnya untuk menggambarkan evolusi biologis. (Walaupun sepertinya para ekonom yang pertama kali meminjam kata “alam”.) Dr. Nyhart mengatakan dirinya berpikir bahwa bahasa utopia dalam buku-buku sika quantum terdengar seperti sebuah reaksi terhadap atomisasi masyarakat. “Kita begitu teratomisasi oleh pasar dan orang-orang tengah mencoba menemukan jalan untuk menuntut kembali hubungan mereka.” Singkatnya, kita ingin satu cerita baru untuk mengisahkan diri kita.
30
DARK ENERGY
Dari Cahaya Menuju Kegelapan: Alam Semesta Baru Astronomi
B
ALTIMORE, 5 April – Sebuah hembusan naas memasuki auditorium Space Telescope Science Institute pada hari Rabu ketika Dr. Adam Reiss, astronom muda dari institut tersebut, memberikan kata-kata terakhir mengenai diagram Hubble-nya, alur kecerlangan dan kecepatan objek-objek jauh yang digunakan para astronom untuk meramalkan sejarah alam semesta. Para Darth Vader astronomi berkumpul di sini untuk mengadakan penelitian terhadap alam mereka yang mengembang dan bertambah gelap. Dahulu, astronomi adalah tentang apa-apa yang bisa dilihat di langit, tentang cahaya-cahaya mirip permata yang bergerak dengan pola yang selalu berulang, serta pijaran lembut galaksi-galaksi dan komet-komet. Kini ia adalah tentang apa-apa yang tidak bisa dilihat. Dalam beberapa dekade terakhir, astronom harus menghadapi kemungkinan bahwa bintangbintang dan galaksi-galaksi – belum menyebut makhluk-makhluk yang mendiaminya – hampir tidak lebih dari bintik buih kecil di lautan badai dark matter . Kini Dr. Reiss memberikan bukti kepada kolega-koleganya, berdasarkan observasi bintang yang meledak 11 miliar tahun lalu, bahwa alam semesta – dark matter dan semuanya – sedang tertiup saling menjauh akibat pengaruh gaya antigravitasi misterius yang hanya dikenal sebagai “ dark energy”. “Kita sedang menjalani astronomi tak nampak,” aku Dr. Mario Livio (seorang teoris di institut Space Telescope), yang mengatur pertemuan bernama “The Dark Universe: Matter, Energy, and Gravity” musim gugur lalu. Ternyata pertemuan itu bertepatan dengan konerensi NASA yang mengumumkan terobosan penemuan Dr. Reiss dan kolega-koleganya sehingga didominasi oleh diskusi teleskop baru di angkasa dan dimensi baru di alam semesta, sementara astronom bergulat dengan pengertian dark energy dan bagaimana mengukurnya. Kini sikawan, yang beberapanya enggan memikirkan akselerasi alam semesta secara serius, harus menjelaskan apa dark energy ini. “Angka-angka
31 itu mengkhawatirkan, dan rupanya nyata,” kata Dr. Michael Dine, sikawan teoritis dari Universitas Caliornia, Santa Cruz. Dia menjelaskan kolegakoleganya sekarang bekerja “dengan penuh gelisah” untuk menemukan suatu penjelasan. Pada satu tara, alam semesta, dengan semua bagasi gelapnya, terlihat masuk akal. Jumlah total materi dan energi terlihat sudah cukup untuk menjamin bahwa geometri ruang-waktu skala besar tersebut adalah “fat”, atau Euclidean, kesimpulan yang sudah lama dianggap oleh para kosmolog sebagai [penjelasan] paling estetis dan diinginkan. Di sisi lain, laporan detail mengenai konstituen kosmos adalah, seperti kata Dr. Livio, “buruk” – 65% dark matter , 30 persen dark matter bersiat tak dikenal, dan hanya 5% berupa bintang, gas, dan debu. “Kita hidup di alam semesta yang tak masuk akal,” kata Dr. Michael Turner, astrosikawan di Universitas Chicago. “ Dark energy. Siapa yang mengajukannya?” Tentu saja, Einstein-lah yang pertama kali mengajukan dark energy saat dia memasukkan sebuah aktor palsu yang disebut konstanta kosmologis ke dalam persamaan gravitasinya yang menggambarkan alam semesta. Lambda, demikian konstanta itu dikenal, dari huru Yunani, melambangkan sejenis gaya tolak kosmik—yang diasosiasikan dengan ruang angkasa itu sendiri— yang menopang kosmos agar tak kolaps akibat bobotnya sendiri. Einstein membuang konstanta kosmologis ketika ditemukan bahwa alam semesta ternyata sedang mengembang, dan Einstein menolak untuk menghidupkannya kembali dan pernah menyebutnya sebagai blunder terbesar dirinya. Tapi dia tidak bisa membuangnya untuk selama-lamanya. Pada tahun 1998, dua tim astronom yang tengah bersaing, yang mencoba mengukur bagaimana perluasan alam semesta melambat akibat gravitasi, menemukan bahwa alam semesta sesungguhnya sedang berakselerasi, seolah-olah galaksi-galaksi sedang didorong saling menjauh oleh sebuah gaya – dijuluki, dalam suasana di masa itu, “dark energy”. “Ini adalah hasil [temuan] yang sangat aneh,” kenang Dr. Reiss, yang merupakan anggota dari salah satu tim tersebut. “Ini bertentangan dengan apa yang selama ini kita pikirkan.” Apakah konstanta kosmologis lama Einstein ini lebih ganjil lagi atau justru sebuah kekeliruan? Eeknya adalah keredupan tak terduga pada sebagian bintang-bintang meledak tertentu yang dikenal sebagai supernova yang digunakan astronom
32 sebagai lilin standar, objek-objek yang jaraknya bisa diukur berdasarkan kecerlangan mereka yang jelas. Astronom menyimpulkan bahwa bintangbintang ini telah jauh dari [tempat mereka] yang semestinya di alam semesta yang mengembang secara merata, karenanya perluasan ini benar-benar sedang mencepat. Tapi debu atau perubahan kimiawi selama ribuan tahun pada bintangbintang boleh jadi juga telah meredupkan supernova. Uji paling menyeluruh terhadap hipotesis dark energy dan akselerasi, jelas Dr. Reiss, adalah menemukan supernova-supernova yang lebih jauh lagi dan berasal dari masa lalu, dari sejak Big Bang itu sendiri, separuh jalan atau lebih. Karena ruang angkasa sendirilah yang memberikan dorongan tolak, menurut persamaan Einstein, maka dorongan itu semestinya mulanya kecil sewaktu alam semesta berukuran kecil dan tumbuh begitu alam semesta mengembang. Percepatan kosmik hanya akan berlaku jika dorongan lambda cukup besar untuk mendominasi gravitasi materi dan energi biasa di alam semesta, sekitar lima atau enam miliar tahun lalu. Sebelum masa itu, alam semesta sedang melambat, seperti ledakan Mark McGwire yang belum mencapai puncak trayektorinya, dan sebuah supernova yang terpandang sekilas pada jarak besar tersebut akan terlihat relati lebih terang dari semestinya. Jika debu atau perubahan kimiawi memang yang bertanggung jawab, bintang-bintang sedemikian jauh tersebut semestinya terlihat relati lebih redup. Secara kebetulan, Hubble Space Telescope telah mengobservasi sebuah supernova di akhir tahun 1997 dan awal 1998 yang terbukti berada pada 11 miliar tahun-cahaya jauhnya – jarak terjauh yang bisa terlihat. Pada diagram Hubble milik Dr. Reiss, supernova itu terlihat dua kali lebih terang dari semestinya. “Klaim luar biasa membutuhkan bukti luar biasa – saya harap I.R.S. tidak mengatakan itu kepada Anda,” ucap Dr. Reiss kepada audiensnya, tapi, dia menyimpulkan, “konstanta kosmologis nampak cocok untuk supernova ini.” Dr. Livio mengatakan, “Setahun lalu mungkin banyak orang di ruangan ini tidak akan mempercayainya.” Tapi ada penjelasan yang lebih rumit, yaitu bentuk-bentuk dark energy selain konstanta kosmologis di papan-papan gambar sikawan, serta kemungkinan bahwa astronom masih terkelabui. Untuk menguraikan siat dark energy, astronom perlu mengobservasi lebih banyak supernova yang
33 berasal dari 11 miliar tahun lalu, agar mencakup waktu ketika alam semesta mulai berakselerasi. “Seberapa cepat ia beralih dari perlambatan menuju percepatan?” tanya Dr. Reiss. Menjawab pertanyaan semacam itu bisa membantu astronom menentukan seberapa kuat dark energy mendorong alam semesta dibandingkan prediksi konstanta kosmologis. Perubahan haluan secara cepat, kata Dr. Reiss, “mengatakan pada Anda banyaknya energi ‘itu’ dalam jumlah tertentu.” “Konstanta kosmologis adalah tolok ukur energi,” katanya. Untuk menemukan supernova-supernova yang begitu jauh tersebut, kosmolog harus pergi ke ruang angkasa, kata Dr. Saul Perlmutter, sikawan di Lawrence Barkeley National Laboratory Universitas Caliornia dan veteran peneliti dark energy. Pada dasarnya para periset supernova harus mempergunakan jaringan luas orang-orang dan teleskop untuk mendeteksi ledakan-ledakan, mendiagnosa tipenya, dan kemudian menyaksikannya memudar. Dr. Perlmutter menggambarkan teleskop pengorbit yang menjalankan ketiga ungsi ini. Supernova/Acceleration Probe, atau SNAP, mengkombinasikan cermin diameter 80 inch (hanya sekitar 16% lebih kecil dari Hubble), kamera elektronik raksasa dengan piksel semiliaran, dan spektroskop khusus. Jika semuanya berjalan lancar, kata Dr. Perlmutter, teleskop tersebut kemungkinan diluncurkan pada tahun 2008. Dalam 3 tahun operasi, dia memperkirakan, SNAP bisa menuai 2.000 supernova. Untuk membedakan berbagai pemikiran tentang dark energy, observasi harus diperhalus sampai level 1 atau 2 persen ketidakpastian. “Kita semua bergairah,” ujarnya. Begitupun dengan sikawan. Datar tersangka mereka dimulai dengan konstanta kosmologis-nya Einstein, tapi di situ ada satu masalah. Pada saat Einstein membuangnya, mekanika quantum – satu set kaidah yang mengatur alam subatom – tengah membangun ondasi teoritis untuk konstanta kosmologis. Menurut teori quantum, ruang hampa semestinya berbuih dengan partikel-partikel temporer dan energi kumulatinya lebih berat dari materi di alam semesta, termasuk dark matter , sebesar 120 order magnitudo – yakni aktor 10 diikuti oleh 119 nol (yaitu 10 pangkat 120 hasilnya sama dengan 10 diikuti oleh nol sebanyak 119-penj). Pada tara tersebut, gaya vakum akan
34 menggumalkan alam semesta atau meniupnya saling menjauh sebelum sebuah atom memiliki kesempatan untuk terbentuk. Fakta bahwa alam semesta ternyata sedang bekerja tak menentu agak menyiratkan bahwa ada sesuatu yang undamental mengenai sika dan alam semesta yang belum diketahui oleh sikawan. Dr. Steven Weinberg, teoris partikel peraih Nobel dari Universitas Texas, menyebut konstanta kosmologis sebagai “duri dalam tenggorokan kita”. Jika dark energy benarbenar merupakan konstanta kosmologis-nya Einstein, maka sikawan harus menjawab pertanyaan-pertanyaan seperti, mengapa itu begitu kecil – hampir sebanding, nyatanya, dengan densitas materi di masa kita. Tiadanya jawaban sampai sejauh ini, bahkan dengan adanya teori string (theory o everything yang bakal menakutkan secara matematis) sekalipun, beberapa teoris berlindung kepada gagasan losos dan kontroversial yang disebut prinsip antropik yang praktisnya menyatakan bahwa sikawan perlu mengikutsertakan eksistensi mereka sendiri ketika memikirkan alam semesta. Dari semua kemungkinan alam semesta yang bisa dibayangkan, garis pemikiran ini berbunyi, satu-satunya [tempat] di mana manusia bisa menemukan diri mereka sendiri adalah yang kondusi bagi kehidupan manusia. Itu berarti, urai Dr. Weinberg, konstanta kosmologis harus cukup kecil guna menyediakan waktu bagi galaksi-galaksi dan bintang-bintang untuk memadat dari kabut purba sebelum konstanta mengambil-alih dan mulai meniup alam semesta saling menjauh. Dr. Alex Vilenkin dari Universitas Tut di Massachusetts menjelaskan kepada hadirin pertemuan Dark Universe bahwa alam semesta berada pada puncak pembentukan bintang-bintang sekitar 5 atau 6 miliar tahun lalu, hampir bersamaan dengan masa ketika dark energy dan densitas materi setara. Matahari kita, sekitar 4,5 miliar tahun lalu, berada di akhir cerita tersebut, dan di sinilah kita kini. “Pengamat berada di mana galaksi berada,” kata Dr. Vilenkin. “Pengamat biasa akan melihat konstanta kosmologis yang kecil.” Banyak sikawan merasa tak nyaman dengan garis pemikiran ini, dan mereka tengah mencari-cari jawaban dalam berbagai golongan teori yang dikenal sebagai quintessence, dari kata Yunani untuk unsur kelima. Fisika modern, catat Dr. Paul Steinhardt (teoris di Princeton), penuh dengan medanmedan energi misterius yang mempertontonkan gravitasi negati. Triknya,
35 jelas Dr. Steinhardt, ialah menemukan sebuah medan yang bertindak seperti dark energy tanpa banyak mengelabui pihak teoris. “Observasi memaksa kita melakukan ini,” katanya. “ Dark energy merupakan persoalan menarik. Setiap solusinya sungguh menarik.” Satu teori yang menangkap antasi para astronom di Baltimore adalah modikasi gravitasi yang baru-baru ini diajukan oleh tiga orang teoris string di Universitas New York: Dr. Gia Dvali, Dr. Gregory Gabadadze, dan Dr. Massimo Porrati. Dalam teori string, disebut demikian lantaran menggambarkan partikel-partikel unsur sebagai string kecil yang bervibrasi, dunia biasa sering dibayangkan sebagai pulau (membran, atau “bran” menurut jargon string) tiga-dimensi yang mengapung di ruang 10 atau 11-dimensi. Partikel-partikel biasa seperti elektron dan quark dan gaya-gaya seperti elektromagnet terkurung pada tiga dimensi, terkurung pada bran, sedangkan gravitasi tidak. Alhasil, Dr. Dvali mengatakan, gravitasi hanya bisa menempuh [jarak] begitu jauh di ruang konvensional sebelum bocor ke dimensi-dimensi tambahan, sehingga memperlemah dirinya. Bagi pengamat di tiga dimensi tradisional, alam semesta seolah-olah terlihat berakselerasi. Konstanta kosmologis, praktisnya, kata Dr. Dvali, adalah sejenis saluran bran gravitasi. “Gravitasi mengelabui dirinya sendiri,” katanya. “Ia melihat dirinya sebagai konstanta kosmologis.” Teori Dr. Dvali disambut oleh para astronom sebagai sebuah tanda bahwa teori string sedang mulai turun dari alam abstraksinya dan lantas membuat prediksi-prediksi berguna dan dapat diuji mengenai dunia riil. (Dalam kontribusi string lain, Dr. Steinhardt memperkenalkan teori baru tentang alam semesta awal, di mana Big Bang dimulai oleh sepasang bran yang beradu bersama seperti simbal.) Sesudah itu, Dr. Reiss dan Dr. Perlmutter menekan Dr. Dvali mengenai apa yang akan mereka lihat jika mereka memandang melewati titik peralihan di mana gravitasi mulai runtuh dari dunia; akankah transisi antara perlambatan dan percepatan alam semesta terjadi secara lebih tiba-tiba daripada dalam kasus konstanta kosmologis? Dr. Dvali mengatakan dirinya belum melakukan kalkulasi, tapi dia bilang “tebakan nai”-nya adalah bahwa peralihan tersebut akan terjadi secara lebih lembut daripada dalam dunia lambda. “Saya harap orang ini mengerjakan beberapa diagram Hubble,” kata Dr. Reiss.
36 Namun, sekalipun Dr. Dvali bisa terbujuk untuk memberikan prediksi, keberhasilan dalam identikasi dark energy tidak dijamin kepada astronom. Menyebut diri sebagai juru bicara untuk “sudut pandang pemarah”, Dr. Steinhardt menjelaskan bahwa era “kosmologi presisi” (demikian sering dinyatakan) pasti memiliki batasnya. Parameter-parameter kosmologis lainnya, khususnya densitas kosmik materi di alam semesta, kemungkinan tidak cukup dikenal baik agar SNAP dapat mengurai model-model di mana quintessence berubah-ubah seiring waktu. Khawatir penjualan SNAP yang terlalu banyak bisa melemahkan kemauan astronom untuk memajukan ide-ide baru, Dr. Steinhardt mengatakan, “Kita mesti mencoba membuat pengumuman sesedikit mungkin.” Dr. Turner menolak untuk digoyang dari “kegembiraan irasional”-nya. Berlindung kepada kebanggaan astronom, dia mendorong mereka supaya [bersikap] ambisius. “Kita punya kesempatan untuk mengerjakan sika undamental di sini,” katanya. “Kita lihat saja apakah kita bisa memecahkan persoalan ini. Mungkin kita akan jatuh tertelungkup. Mungkin Paul si pemarah benar." “Saya masih punya banyak jiwa muda dalam raga saya.”
37
WAKTU IMAJINER
Sebelum Big Bang, Ada...Apa?
A
PA yang Tuhan lakukan sebelum Dia menciptakan dunia? Filsu dan penulis (dan kemudian menjadi santo) Augustine mengajukan pertanyaan ini dalam “Conessions”-nya di abad keempat, dan kemudian memajukan sebuah jawaban yang, secara mengejutkan, modern: sebelum Tuhan menciptakan dunia tidak ada masa/waktu dan karenanya tidak ada “sebelum”. Menurut ungkapan Gertrude Stein, saat itu tidak ada “saat itu”. Hingga belakangan, tidak ada seorang pun yang bisa mengikuti kuliah astronomi dan menanyakan pertanyaan Augustine versi modern – apa yang terjadi sebelum Big Bang? – tanpa menerima jawaban yang sama membingungkannya, yaitu teori relativitas umum Albert Einstein, yang menguraikan bagaimana materi dan energi melengkungkan ruang dan waktu. Jika kita bayangkan alam semesta yang menyusut mundur, seperti lm yang diputar mundur, densitas materi dan energi meningkat sampai tak terhingga begitu kita mendekati momen asal. Asap mengalir dari komputer, dan ruang dan waktu sendiri larut menjadi satu “buih” quantum. “Penggaris dan jam kita berhenti,” jelas Dr. Andrei Linde, kosmolog di Universitas Stanord. “Mempertanyakan apa yang ada sebelum momen ini adalah sebuah sel-contradiction (penyangkalan diri sendiri).” Tapi akhir-akhir ini, terdorong oleh kemajuan teori-teori baru yang mencoba mempersatukan alam agungnya Einstein dengan kaidah quantum sulit diatur yang mengatur sika subatom – kombinasi yang disebut gravitasi quantum – Dr. Linde dan kolega-koleganya telah mulai menggeser spekulasi mereka semakin dekat menuju momen pokok tersebut dan, dalam beberapa kasus, melebihi itu. Beberapa teoris mengatakan bahwa Big Bang bukanlah sebuah transisi kelahiran, “lompatan quantum” dari suatu era imajiner tak berbentuk, atau dari nihil sama sekali. Yang lain masih menggali model-model yang menyatakan sejarah kosmik dimulai dengan sebuah tubrukan dengan alam semesta dari dimensi lain.
38 Semua teorisasi ini telah menerima berbagai dukungan lebih lanjut dari laporan-laporan mutakhir mengenai riak-riak pijaran radio terpencar di angkasa, yang dianggap sebagai sisa-sisa bola api Big Bang itu sendiri. Riakriak ini konsisten dengan sebuah teori populer, dikenal sebagai infasi, bahwa alam semesta secara singkat mempercepat perluasannya akibat pengaruh gaya antigravitasi kuat, ketika ia baru berumur sepecahan pecahan nanodetik. Dengan demikian, riak-riak itu menjadi pengawas berguna untuk imajinasi para teoris. Teori asal-usul kosmik yang tidak menjelaskan enomena ini, kosmolog sepakat, hanya memiliki peluang kecil untuk benar. Untungnya atau celakanya, itu masih menyisakan ruang untuk banyak kemungkinan. “Jika infasi adalah dinamit di balik Big Bang, kita masih sedang mencari korek apinya,” kata Dr. Michael Turner, kosmolog di Universitas Chicago. Satu-satunya hal yang disepakati oleh semua pakar adalah bahwa tidak ada gagasan yang berungsi – belum ada. Dr. Turner menyamakan para kosmolog dengan musisi jazz yang mengumpulkan melodi yang terdengar indah untuk sebuah karya yang masih dikerjakan: “Anda mendengar sesuatu dan lantas mengatakan, oh yeah, kami ingin itu dalam karya nal.” Salah satu jawaban terhadap pertanyaan “apa yang terjadi sebelum Big Bang” adalah bahwa itu tidak penting lantaran tidak mempengaruhi keadaan alam semesta kita hari ini. Menurut sebuah teori yang dikenal sebagai eternal infation, diajukan oleh Dr. Linde pada tahun 1986, yang kita ketahui sebagai Big Bang adalah [bahwa itu] hanyalah salah satu dari banyak [ Big Bang] dalam sebuah reaksi berantai big bang-big bang yang dengannya alam semesta tiada henti menciptakan dan menemukan ulang dirinya sendiri. “Bagian tertentu alam semesta boleh mati, dan barangkali akan mati,” kata Dr. Linde, “tapi alam semesta sebagai keseluruhan adalah kekal.” Teori Dr. Linde merupakan modikasi teori infasi yang diajukan pada tahun 1980 oleh Dr. Alan Guth, seorang sikawan. Dia berpikir apa yang akan terjadi jika—saat alam semesta mendingin selama momen panas pertamanya—sebuah medan energi yang dikenal sebagai medan Higg, yang berinteraksi dengan partikel-partikel untuk memberi mereka massa, entah bagaimana, ringkasnya, tak mampu melepaskan energinya. Ruang angkasa, simpulnya, akan diliputi dengan semacam energi laten yang akan secara kasar mendorong alam semesta saling menjauh. Dalam sekejap mata alam semesta akan mengembang sekitar 60 kali lipat lebih,
39 sampai medan Higgs melepas energinya dan memenuhi alam semesta (yang sedang tergesa-gesa) dengan partikel-partikel panas. Sejarah kosmik kemudian terjadi. Para kosmolog menyukai infasi sebab ketergesaan sebesar itu dapat menghaluskan iregularitas kasar dari kosmos purba, menjadikannya homogen dan fat secara geometris. Lagipula, itu memungkinkan seluruh kosmos tumbuh dari hampir nihil, yang mendorong Dr. Guth menjuluki alam semesta sebagai “makan siang termewah”. Kalkulasi-kalkulasi berikutnya menyingkirkan medan Higgs sebagai agen penginfasi, tapi ada kandidat infasi lain yang akan memiliki eek sama. Yang lebih penting, dari perspekti pra- Big Bang, simpul Dr. Linde, satu gelembung yang berinfasi akan menunaskan gelembung lain, yang pada gilirannya akan menunaskan lebih banyak lagi. Praktisnya, tiaptiap gelembung akan menjadi big bang baru, alam semesta baru dengan karakteristik berbeda-beda dan bahkan mungkin dengan dimensi berbedabeda. Alam semesta kita hanyalah salah satu dari mereka. “Jika dimulai, proses ini akan terus berlangsung selama-lamanya,” jelas Dr. Linde. “Itu bisa terjadi sekarang, di suatu bagian alam semesta.” Alam semesta lebih besar yang dibayangkan oleh teori eternal infation adalah luar biasa besar, chaos, dan beragam sehingga pertanyaan soal suatu permulaan dari seluruh pesta itu hampir tidak relevan. Bagi kosmolog seperti Dr. Guth dan Dr. Linde, aktanya inilah daya pikat teori tersebut. “Infasi chaos memungkinkan kita menjelaskan dunia kita tanpa membuat asumsi-asumsi seperti penciptaan simultan seluruh alam semesta dari nihil,” kata Dr. dalam sebuah email. PERTANYAAN ATAS KEKEKALAN: MENCOBA MEMBAYANGKAN KENIHILAN
Meski demikian, sebagian besar kosmolog, termasuk Dr. Guth dan Dr. Linde, sepakat bahwa alam semesta pasti berasal dari suatu tempat, dan bahwa kenihilan adalah kandidat yang menonjol. Alhasil, lagu lain yang senang disenandungkan para kosmolog adalah teori quantum. Menurut prinsip ketidakpastian Heisenberg, salah satu pilar dunia paradoks ini, ruang hampa tak bisa dianggap benar-benar hampa; partikel-partikel subatom dapat melompat-lompat antara eksis dan tidak eksis dengan energi yang dipinjam dari medan-medan energi. Meski terdengar
40 gila, eek fuktuasi quantum ini telah teramati pada atom, dan fuktuasi serupa selama infasi dianggap telah menghasilkan benih-benih yang di sekitarnya galaksi-galaksi sekarang terbentuk. Mungkinkah seluruh alam semesta juga merupakan hasil sebuah fuktuasi quantum di semacam kenihilan kekal atau purba? Mungkin, sebagaimana Dr. Turner katakan, “Nihil adalah tak pasti.” Persoalan losos yang mengganggu mekanika quantum biasa kemudian menguat dalam apa yang disebut kosmologi quantum. Contohnya, sebagaimana dikatakan Dr. Linde, ada persoalan ayam-dan-telur. Manakah yang muncul lebih dulu: alam semesta, atau hukum yang mengaturnya? Atau, tanya dia, “Jika tidak ada hukum, bagaimana alam semesta muncul?” Salah satu upaya paling awal untuk membayangkan kenihilan sebagai sumber segalanya muncul di tahun 1965 ketika Dr. John Wheeler dan Dr. Bryce DeWitt, sekarang di Universitas Texas, menulis sebuah persamaan yang menggabungkan relativitas umum dan teori quantum. Sejak saat itu sikawan memperdebatkannya. Persamaan Wheeler-DeWitt kelihatannya hidup di [ruang] yang dijuluki sikawan sebagai “superspace”, semacam ansambel matematis yang terdiri dari semua alam semesta potensial, yang hidup hanya lima menit sebelum kolaps menjadi black hole, yang penuh dengan bintang merah yang hidup selamanya, yang penuh dengan kehidupan, yang berupa padang pasir hampa, yang konstanta alamnya dan bahkan mungkin jumlah dimensinya berbeda dari punya kita. Menurut mekanika quantum biasa, sebuah elektron bisa dianggap tersebar di semua ruang sampai ia terukur dan teramati berada di suatu lokasi tertentu. Demikian pula, alam semesta kita tersebar di seluruh superspace sampai ia, entah bagaimana, teramati memiliki satu set siat dan hukum yang khusus. Ini memunculkan pertanyaan besar lainnya. Karena tak ada seorang pun yang bisa melangkah ke luar alam semesta, siapa yang akan melakukan pengamatan? Dr. Wheeler menyebutkan bahwa jawaban atas pertanyaan tersebut mungkin adalah kita, bertindak melalui tindakan pengamatan mekanis quantum, sebuah proses yang ia sebut “ genesis by observership” (pembentukan lewat pengamatan). “Masa lalu adalah teori,” tulisnya suatu kali. “Itu tidak punya eksistensi kecuali dalam rekaman masa kini. Kita adalah partisipan, pada level mikroskopis,
41 dalam membuat masa lalu itu, juga masa kini dan masa depan.” Praktisnya, jawaban Dr. Wheeler atas pertanyaan Augustine adalah bahwa kita bersama adalah tuhan dan kita senantiasa sedang menciptakan alam semesta. Opsi lain, disenangi oleh banyak kosmolog, ialah apa yang disebut manyworlds interpretation (interpretasi banyak dunia), yang menyatakan bahwa semua alam semesta potensial ini benar-benar eksis. Kita kebetulan saja menghuni salah satunya, yang memiliki atribut ramah untuk eksistensi kita. AKHIR WAKTU: KARTU LAIN DI DEK BESAR
Teka-teki lain mengenai persamaan Wheeler-DeWitt ialah bahwa ia tidak menyebutkan waktu. Di superspace, segala sesuatu terjadi serentak dan selamanya, membawa beberapa sikawan mempertanyakan peranan waktu dalam hukum undamental alam. Dalam bukunya, “ The End o Time”, diterbitkan bertepatan dengan milenium ini, Dr. Julian Barbour (seorang sikawan independen dan pakar Einstein di Inggris) berpendapat bahwa alam semesta terdiri dari setumpuk momen, seperti kartu di sebuah dek, yang dapat dikocok dan dikocok kembali secara acak untuk memberi ilusi waktu dan sejarah. Big Bang adalah kartu lain di dek ini, bersama dengan momen-momen lain, selamanya menjadi bagian alam semesta. “Kekekalan ada di sini,” tulisnya dalam bukunya. “Tugas kita adalah mengenalinya.” Dr. Carlo Rovelli, seorang teoris gravitasi quantum di Universitas Pittsburgh, menunjukkan bahwa persamaan Wheeler-DeWitt tidak menyebutkan ruang pula, mengatakan bahwa ruang dan waktu mungkin merupakan arteak dari sesuatu yang lebih dalam. “Jika kita memikirkan relativitas umum secara serius,” katanya, “kita harus belajar memahami sika tanpa waktu, tanpa ruang, dalam teori undamental.” Meski mengakui tidak dapat menjawab pertanyaan-pertanyaan losos ini, beberapa teoris menulis paper dalam upaya membayangkan kekakuan matematis penciptaan quantum. Dr. Alexander Vilenkin, sikawan Universitas Tuts di Somerville, Massachusetts, menyamakan alam semesta dengan sebuah gelembung dalam panci berisi air mendidih. Sebagaiman pada air, hanya gelembung-gelembung berukuran tertentu yang akan bertahan dan mengembang, yang lebih kecil akan kolaps. Jadi, dalam pembentukan, alam semesta harus melompat dari tanpa ukuran sama sekali – radius nol, “tanpa ruang dan tanpa waktu” – menuju
42 radius cukup besar untuk terjadinya infasi tanpa melewati ukuran perantara, sebuah proses mekanis quantum yang disebut “ tunneling” (penembusan/ penerowongan). Dr. Stephen Hawking, kosmolog Universitas Cambridge dan penulis buku-buku best-seller , menyingkirkan lompatan quantum ini sama sekali. Selama 20 tahun terakhir dia dan rekan-rekannya mengerjakan apa yang dia sebut “proposal tanpa perbatasan”. Perbatasan alam semesta adalah bahwa ia tidak memiliki perbatasan, kata Dr. Hawking. Salah satu kunci pendekatan Dr. Hawking adalah mengganti waktu dalam persamaannya dengan kecongkakan matematis yang disebut waktu imajiner; teknik ini umum digunakan dalam kalkulasi-kalkulasi menyangkut black hole dan di bidang tertentu sika partikel, tapi penerapannya pada kosmologi sangat kontroversial. Alam semesta, hingga dan termasuk awal-mulanya, kemudian dilambangkan sebagai sebuah objek matematis berbentuk kerucut, dikenal sebagai instanton, yang memiliki empat dimensi ruang (berbentuk kirakira seperti bola yang diremas) di akhir Big Bang dan kemudian bergeser ke waktu riil dan berinfasi. “Sebenarnya itu semacam ledakan dan menjadikan alam semesta yang tak terhingga,” kata Dr. Neil Turok, juga dari Universitas Cambridge. “Segala sesuatu untuk seluruh waktu masa depan telah ditetapkan, segalanya implisit dalam instanton.” Sayangnya pengertian sikal waktu imajiner belum jelas. Selain itu, pendekatan tersebut menghasilkan alam semesta yang jauh kurang padat dari alam semesta sungguhan. KEYAKINAN STRING: PARA TEORIS MENGAJUKAN DUNIA ‘BRAN’
Tapi kemajuan nyata dalam mengenali detail lompatan dari kekekalan menuju masa, kata para kosmolog, harus menunggu rumusan teori gravitasi quantum terpadu yang berhasil mengawinkan relativitas umum Einstein dengan mekanika quantum – dua pandangan tentang dunia, yang satu menggambarkan ruang-waktu yang melengkung dan tersambung, yang satunya lagi menggambarkan ruang-waktu yang acak dan terputus-putus – yang telah berperang secara losos dan matematis selama hampir seabad. Teori demikian akan mampu menjelaskan alam semesta selama kancah Big Bang, ketika ruang dan waktu, kata teoris, harus mengikuti prinsip ketidakpastian dan menjadi kabur dan terputus-putus.
43 Dalam beberapa tahun terakhir, banyak sikawan menggantungkan harapan mereka akan gravitasi quantum pada teori string, sebuah upaya matematis yang berliku dan terus berjalan untuk menggambarkan alam sebagai [sesuatu yang] terdiri dari string-string atau membran-membran kecil bergoyang-goyang yang bervibrasi di 10 atau 11-dimensi. Pada prinsipnya, teori string dapat menjelaskan semua gaya alam yang dikenal (dan tak dikenal). Dalam kenyataannya, para teoris string mengakui bahwa persamaan-persamaan mereka masih sekadar penaksiran, dan sikawan di luar itu mengeluh bahwa eek-eek “sika string” terjadi pada energi demikian tinggi sehingga tak ada harapan untuk mengujinya dalam akselerator partikel masa kini. Jadi teoris mengadu untung dalam kosmologi, sebagian dengan harapan akan menemukan suatu eek yang dapat diamati. Big Bang adalah target yang jelas. Sebuah dunia yang tersusun dari sedikit ikalan memiliki ukuran minimum. Ia tidak menyusut melebihi ukuran ikalan string, simpul Dr. Robert Brandenberger (kini di Brown) dan Dr. Cumrun Vaa (kini di Harvard) pada tahun 1989. Ketika menggunakan persamaan string mereka untuk membayangkan ruang yang menyusut lebih kecil dari ukuran tertentu, Dr. Brandenberger mengatakan, alam semesta justru beraksi seolaholah semakin membesar. “Ia terlihat seperti sedang melambung dari ase kekolapsan.” Menurut pandangan ini, Big Bang lebih seperti sebuah transormasi, seperti melelehnya es menjadi air, ketimbang sebuah kelahiran, jelas Dr. Linde, seraya menyebutnya “gagasan menarik yang semestinya dikejar”. Barangkali, renungnya, ada satu bentuk ruang dan waktu yang berbeda sebelum Big Bang. “Mungkin alam semesta adalah kekal,” katanya. “Mungkin ia hanya berubah ase. Itukah nihil? Itukah transisi ase? Ini sangat erat dengan pertanyaanpertanyaan relijius.” Penelitian Dr. Brandenberger dan Dr. Vaa juga menjelaskan mengapa kita hanya melihat 3 dari 9 atau 10-dimensi yang disebutkan teori ini. Di awal masa/waktu, kata keduanya, string-string dapat melilit ruang dan mencekik sebagian besar dimensi ruang, mencegahnya tumbuh. Namun dalam beberapa tahun terakhir, teoris string terkejut oleh penemuan bahwa teori mereka memperkenankan [eksistensi] membran (“bran” dalam jargon string) berbagai dimensi serta pula string. Di samping itu, mereka telah mulai menggali kemungkinan bahwa sekurangnya satu dimensi tambahan bisa sebesar satu milimeter, yang mana sudah sangat besar dalam
44 sika string. Dalam kosmologi baru ini, dunia kita adalah sebuah pulau atau bran tiga-dimensi yang mengapung di ruang lima-dimensi, seperti sehelai daun di sebuah tangki ikan. Bran-bran lain mungkin sedang mengapung tak jauh. Partikel-partikel seperti quark dan elektron serta gaya-gaya seperti elektromagnetik melekat pada bran, sedangkan gravitasi tidak, dan karenanya dunia-dunia bran bisa mengerahkan tarikan gravitasi terhadap satu sama lain. “Kurang dari satu milimeter dari Anda terdapat alam semesta lain,” kata Dr. Linde. “Ia mungkin ada. Ia mungkin merupakan aktor penentu bagi alam semesta yang Anda tinggali.” TUBRUKAN DUNIA: PENGENALAN SEBUAH KEMUNGKINAN BARU
Alam semesta lain dapat menyebabkan penciptaan, demikian menurut beberapa teori mutakhir. Salah satunya disebut braneall, dikembangkan pada tahun 1998 oleh Dr. George Dvali dari Universitas New York dan Dr. Henry Tye dari Cornell. Menurut teori ini, alam semesta muncul dari kondisi ketakberbentukan quantumnya saat jeratan string-string dan membran-membran hampa nan dingin melekat bersama. Namun, jika di satu titik ada sebuah gap (renggang) antara bran-bran tersebut, kata kedua sikawan, mereka akan mulai gugur bersama. Tiap bran, kata Dr. Dvali, akan merasakan medan gravitasi samar dari bran lain seperti medan energi di ruang tiga dimensinya sendiri dan akan mulai berinfasi dengan cepat, menggandakan ukurannya lebih dari ribuan kali lipat dalam periode yang dibutuhkan bran-bran tersebut untuk gugur bersama. “Jika setidaknya ada satu kawasan di mana bran-bran tersebut paralel (sejajar), kawasan itu akan memulai perluasan besar sementara kawasan lain akan mengempis dan menyusut,” kata Dr. Dvali. Ketika bran-bran itu akhirnya bertubrukan, energi mereka terlepas dan alam semesta memanas, dipenuhi dengan materi dan panas, seperti dalam Big Bang standar. Musim gugur lalu empat sikawan mengajukan jenis lain benturan bran yang mereka bilang dapat sama sekali menghilangkan infasi, pedoman teorisasi Big Bang selama 20 tahun. Dr. Paul Steinhardt, salah seorang bapak infasi, dan muridnya, Justin Khoury, keduanya dari Princeton, serta Dr. Burt Ovrut dari Universitas Pennsylvania dan Dr. Turok, menyebutnya ekpyrotic universe, dari kata Yunani “ekpyrosis”, yang melambangkan kematian menyala-nyala dan kelahiran ulang dunia dalam lsaat Stoic.
45 Proses ekpyrotic berawal jauh di masa lalu yang indeniti dengan sepasang bran hampa fat yang duduk sejajar satu sama lain di sebuah ruang lima-dimensi yang melengkung – satu situasi yang mereka bilang merepresentasikan solusi persamaan Einstein paling sederhana dalam teori string versi lanjutan. Para penulisnya memperhitungkannya sebagai sesuatu yang layak diperhatikan sehingga mereka belum mengasumsikan eek-eek tambahan yang tak eksis dalam teori itu. “Karena itu kami tengah mengajukan mengajukan sebuah model kosmologi yang berpotensi realistis,” tulis mereka dalam paper . Kedua bran itu, yang membentuk dinding-dinding dimensi kelima, mungkin muncul dari kenihilan sebagai sebuah fuktuasi quantum di masa yang lebih lampau lagi dan kemudian lepas berpisah. Pada suatu titik, mungkin ketika bran-bran tersebut telah mencapai jarak pisah kritis, cerita berlanjut, sebuah bran ketiga mengelupas dari bran lain dan mulai gugur ke arah bran kita. Selama perjalanan panjangnya, fuktuasi-fuktuasi quantum akan meriakkan permukaan bran yang sedang mengeluyur tersebut, dan itu akan menanam benih-benih galaksi mendatang pada bran kita di saat tubrukan. Dr. Steinhardt menawarkan teori ini dalam sebuah konerensi astronomi astronomi di Baltimore, bulan April lalu. l alu. Dalam minggu-minggu berikutnya, ekpyrotic universe sudah banyak diperbincangkan.. Beberapa kosmolog, terutama Dr. Linde, menyangg diperbincangkan menyanggah ah bahwa untuk mendapatkan bran-bran paralel dan fat sempurna, ekpyrotic universe memerlukan sangat banyak ne-tuning (penyetelan halus). Dalam sebuah kritik, Dr. Linde dan rekannya mengusulkan sebuah modikasi yang mereka sebut “ pyrotechnic universe”. Dr. Steinhardt mengakui bahwa model ekpyrotic dimulai dari kondisi sangat spesik, tapi itu adalah model yang logis. Poinnya adalah, katanya, untuk mengetahui apakah alam semesta bisa berawal dalam kondisi tidak terlalu stabil yang berlangsung lama “yang sama sekali berbeda dari infasi”. Jawabannya adalah ya. Di samping itu, rekannya, Dr. Turok, menjelaskan bahwa infasi juga memerlukan ne-tuning untuk menghasilkan alam semesta modern, dan para sikawan masih belum tahu medan apa yang sebenarnya menghasilkan alam semesta. “Sebelum kita menyelesaikan gravitasi quantum dan menghubungkan teori string dengan sika partikel, tak satu pun dari kita yang bisa mengklaim kemenangan,” kemenangan ,” ujar Dr. Turok. Sementara itu, Augustine tidur dengan damai.
46
TEORI STRING vs. RELATIVITAS
Teoris Inner Space Memandang Pengamat Outer Space
B
IG BANG, kata David Schramm, kosmolog Universitas Chicago, adalah akselerator partikel rendahan: dalam puing-puingn puing-puingnya, ya, yang bagaimanapun juga mencakup seluruh alam semesta, terdapat eek-eek energi dan proses yang tidak mencapai Bumi. Seandainya para astronom memandangi langit secara cukup dekat, pendapatnya, mereka bisa menguji teori-teori dan enomena yang tidak terjangkau oleh kemampuan dan anggaran sikawan untuk direproduksi di laboratorium mereka. Itu adalah pendapat yang akhir-akhir ini tercetus di kalangan praktisi teori string, “theory o everything” menakutkan yang menggambarkan alam sebagai [sesuatu yang] terdiri dari string-string dan membran-membran kecil yang bervibrasi di 10 atau 11-dimensi. Sejak lahirnya, teori string telah dikritik atas ide-idenya yang belum teruji secara eksperimen meski elegan secara matematis. Tapi dalam beberapa tahun terakhir, para teoris string mulai mengeluarkan model alam semesta baru yang dirancang untuk membuktikan bahwa sika string “dapat memiliki eek teramati terhadap pengukuran kosmologis presisi”, demikian sebuah paper baru-baru ini mengatakan. Menurut beberapa model baru ini, i ni, contohnya, sejarah kosmik dimulai dengan sepasang pulau alam semesta yang terhempas bersama di dimensi kelima seperti daun-daun basah. Jika para teoris string benar, kata mereka, dukungan nyata atas pendapat seperti itu mungkin datang dari pengukuran detail gelombang radio lemah dari Big Bang atau dari studi gelombang gravitasi yang menjelajahi ruang-waktu, membuatnya mengembang dan menyusut seperti sebuah akordeon. Terdorong oleh prospek keempirisan penemuan baru mereka, para teoris tersebut bahkan telah bargabung dalam konerensi-konerensi kosmologi – membuat astronom sangat menginginkan suatu tantangan observasi yang baru. Dalam sebuah pertemuan di Baltimore baru-baru ini misalnya, Dr. Gia Dvali (sikawan di Universitas New York) diserbu oleh astronom-astronom
47 yang ingin sekali mendapatkan prediksi astronomis lebih detail dan lebih presisi setelah dirinya menyodorkan sebuah penjelasan dark energy berbasis string yang nampak mempercepat perluasan alam semesta. Dalam meromansakan para kosmolog, teoris-teoris string mengikuti jalur yang biasa ditempuh. Dalam setengah abad terakhir – setelah astronom menemukan quasar, pulsar, dan intererensi radio lemah yang diduga merupakan bola api purba itu sendiri – sikawan yang mencari medan-medan baru untuk ditaklukkan bermigrasi secara bergelomban bergelombang g ke kosmologi. Dr. Saul Perlmutter, sikawan di Lawrence Berkeley National Laboratory yang memimpin satu dari dua tim astronom yang menemukan bahwa perluasan alam semesta rupanya sedang mencepat, mengakui bahwa dirinya menyamping diam-diam ke astronomi sebagian demi menghindar dijadikan roda penggerak dalam eksperimen akselerator partikel raksasa. “Astronom seharusnya mampu menanyakan pertanyaan undamental tanpa akselerator,” Kata Dr. Perlmutter. Tapi perkawinan inner space dan outer space tidak selalu berjalan lancar. Astronom secara tradisi terkurung, kadang kala menghabiskan bertahun-tahun mengikuti sebuah bintang. Fisikawan suka bergaul dan senang memecahkan persoalan secara bergerombol. Tiap kelompok mampu mempertahankan mempertahan kan lahannya. Fisikawan merasa tertarik ketika Dr. Schramm, pejuang tegap dan penuh percaya diri yang tewas dalam sebuah kecelakaan pesawat di tahun 1997, pada tahun 1970-an mengklaim bahwa pengukuran keberlimpahan helium yang dihasilkan dalam Big Bang bisa dimanaatkan untuk menyimpulkan bahwa hanya ada tiga atau empat jenis neutrino, partikel unsur yang ringan dan misterius, di alam semesta. Eksperimen-eksperimen di CERN – laboratorium sika partikel Eropa yang terkemuka – dan di Standord pada tahun 1989 membuktikan bahwa dia dan koleganya benar. Beberapa sikawan mengenang bahwa mereka pernah tercengang pada kesederhanaan nyata model-model standar Big Bang, di mana hanya tiga parameter, atau bilangan, yang mengendalikan sejarah dan nasib alam semesta. Einstein adalah seorang pengeksploitasi hubungan antara inner space dan outer space yang cerdik dan paling awal. Bahkan sebelum selesai merumuskan teori relativitas umumnya, yang menjelaskan gravitasi sebagai pelengkungan pelengkung an ruang-waktu oleh materi dan energi, dia mulai melobi astronom
48 untuk mengukur eek penekukan cahaya selama gerhana matahari total, ketika sinar cahaya dari sebuah bintang jauh akan menyerempet cakram matahari dan – menurut prediksinya – cukup menekuk sehingga menyebabkan bintang tersebut tampak pindah ke arah luar. Pada 1919, tiga tahun setelah teori tersebut dipublikasikan, astronom Inggris, Arthur Eddington, mengumumkan dengan keriuhan besar bahwa dirinya telah mengkonrmasikan eek tersebut (walaupun beberapa sejarawan mengkritik penanganannya atas data), menjadikan Einstein sebagai sang Copernicus baru. Sementara itu, Einstein memalsukan persamaannya agar sama sekali tidak membawa pada kesimpulan bahwa alam semesta sedang mengembang, setelah diyakinkan oleh cerita astronomis lazim bahwa alam semesta itu statis. Dia mengembalikan keasliannya pada 1931 setelah astronom Edwin Hubble menemukan bahwa kosmos memang mengembang. Namun begitu, meski relevansinya yang nyata dengan alam semesta secara keseluruhan serta keeleganan matematisnya, relativitas umum segera menjadi terpencil dan terbelakang dalam sika, dipandang sebagai sebuah teori menawan yang terasa tidak banyak memiliki kaitan dengan dunia riil. Tiadanya cara untuk menguji beberapa konsekuensi ganjil teori tersebut, seperti pemikiran bahwa bintang-bintang yang kolaps akibat beratnya sendiri dapat melilit ruang di sekitarnya seperti sebuah mantel dan benar-benar lenyap ke dalam apa yang kemudian dijuluki sebagai “black hole”, Einstein pun tak tahu gagasan mana yang harus dipikirkan secara serius. Semua ini berubah di tahun 1960-an ketika astronom menemukan quasar, objek jauh mirip bintang yang terlihat memancarkan energi dalam jumlah mengagumkan. Black hole – walaupun nama ini belum ditemukan – adalah jalan terbaik untuk menjelaskannya. Tiba-tiba sepertinya “para relativis dengan penelitian mereka yang rumit bukan hanya menjadi ornamen kultural yang indah tapi mungkin betul-betul berguna bagi sains,” demikian kata astronom Inggris, Thomas Gold, dalam sebuah pertemuan di tahun 1963. “Betapa memalukan,” tambahnya, “jika kita harus pergi dan mengabaikan semua relativis lagi.” Teoris-teoris string, yang membuat klaim pada mantel Einstein, belum memperoleh momen penekukan cahaya. Pertanyaannya adalah apakah mereka menghendakinya. Bentuk standar teori tersebut bersitegas bahwa level energi tersatukannya gaya-gaya serta terlihatnya eek sika string adalah ribuan triliun kali kapasitas akselerator partikel terbesar yang kini
49 diharapkan, Large Hadron Collider milik CERN, yang dapat menembakkan proton-proton di sebuah jalur elektromagnetik berputar sepanjang 18 mil di Jenewa dan menubrukkannya pada energi 14 triliun eV. (Menurut sebuah varian teori string yang diajukan beberapa tahun lalu, intererensi dari alam semesta tetangga bisa menimbulkan eek berenergi rendah pada akselerator bumi.) Namun, sayangnya, sebagaimana dijelaskan Dr. Schramm, alam telah melakukan eksperimen tersebut menggunakan akselerator partikel rendahannya. Dan hasil-hasilnya mungkin tertulis di angkasa – pada riak-riak yang terpahat pada bola api purba, kata astronom, ketika ia baru berumur sepermiliar triliun triliun detik, atau pada gelombang-gelombang gravitasi yang mengipas-ngipas struktur ruang. Pekerjaan membaca riak-riak kosmik ini, dengan teleskop-teleskop radio halus yang terbawa tinggi pada balon dan satelit, baru saja dimulai dan diduga menghabiskan sisa dekade ini. Demikian juga penyelidikan untuk membongkar sejarah percepatan aneh alam semesta. Studi serius atas gelombang gravitasi – yang belum terdeteksi secara langsung – adalah pekerjaan selanjutnya di masa mendatang. Para teoris string pasti berharap bahwa dalam barisan astronom yang menjalankan investigasi-investigasi itu terdapat Eddington mereka sendiri.
50
THEORY OF EVERYTHING
Memecahkan Kode Kosmik dengan Sedikit Bantuan dari Dr. Hawking
L
AYAKNYA suatu partikel quantum yang muncul entah dari mana, “ The Universe in a Nutshell”, karangan sikawan Stephen W. Hawking dari Universitas Cambridge, terbit dan segera muncul ke dalam datar best-seller beberapa minggu lalu. Para sikawan mengatakan kemunculan seperti sulap itu, disebut fuktuasi quantum, kemungkinan besar terjadi manakala ada sebuah medan energi besar untuk ditarik [energinya], dan buku ini menarik [energi] dari salah satu medan energi terbesar dalam sejarah penerbitan, yaitu buku Dr. Hawking tahun 1988, “ A Brie History o Time: From the Big Bang to Black Holes”. Alhasil, ribuan rakyat Amerika bisa menghabiskan masa liburan dengan menjumpai pernyataan-pernyataan seperti: “Kita telah menyadari bahwa keterhentian waktu riil dan imajiner ini (baik kedua-duanya ataupun tidak kedua-duanya) mengandung arti bahwa ruang-waktu memiliki temperatur, sebagaimana saya temukan pada black hole,” tulis Dr. Hawking di halaman 63. Buku pertama Dr. Hawking untuk audiens luas, “ A Brie History o Time”, membawa para pembaca dalam sebuah tur menembus black hole (perangkap gravitasi yang darinya cahaya pun tidak bisa timbul) dan waktu imajiner sambil melukiskan pencarian “theory o everything” yang dibangga-banggakan itu yang akan memungkinkan kita untuk “mengetahui pikiran Tuhan”. Buku itu bertahan dalam datar best-seller selama dua tahun, terjual 10 juta eksemplar. Pertanyaan yang masih menghantui para penerbit, kritikus, dan lainnya, yang meragukan akan adanya audiens besar untuk diskusi serius tentang asalusul alam semesta layaknya [obrolan tentang] kehidupan seorang bintang lm, adalah mengapa? Berdasarkan cerita populer dan penerbitan, buku itu juga merupakan salah satu buku klasik besar di masa kita yang tidak dibaca – bersama dengan “Finnegan’s Wake”-nya James Joyce atau “Innite Jest”-nya David Foster Wallace sebagai buku berilustrasi royal yang kebanyakan dihormati dalam perselisihan. Jadi banyak orang, yang curiga bahwa buku sebelumnya dibeli
51 karena kemahsyuran Dr. Hawking atau aura intelektual buku itu, tengah penasaran apakah hal yang sama akan terjadi pada buku barunya. Bagi kolega-koleganya, Dr. Hawking adalah seorang teoris intuiti keras kepala yang penelitiannya mengenai black hole telah membantu menerangi jalan menuju penyatuan akhir teori quantum dan relativitas – sebuah penyatuan yang tidak mampu diperantarai baik oleh Einstein ataupun yang lainnya. Bagi dunia, dia adalah personikasi keberanian dan kebrilianan, St. George berkursi roda yang bertempur dengan galaksi-galaksi dan hal-hal tak dikenal, yang diberi beberapa penghormatan tertinggi dalam pop culture – tampil sebagai teman main kartunya Einstein dalam “ Star Trek: The Next Generation”, dan sebagai bintang tamu dalam “ The Simpsons”. Saat menjadi mahasiswa, tahun 1963, dia tahu dirinya mengidap amyotrophic lateral sclerosis dan divonis hidup beberapa tahun. Dia telah bergerak dengan kursi roda selama lebih dari 25 tahun dan sekarang berbicara hanya melalui voice synthesizer . Dr. Hawking, kelihatannya kata “ puckish” ditemukan untuknya, sering mengatakan bahwa kelumpuhannya adalah sebuah keuntungan sebab membebaskannya untuk duduk dan berpikir. Bulan depan kolega-koleganya akan merayakan ulang tahunnya yang ke-60 dengan sebuah simposium all-star sepekan penuh di Cambridge. Dalam pendahuluan buku barunya itu, Dr. Hawking mengakui bahwa “ A Brie History o Time” “tidak easy going” dan menyesal bahwa beberapa pembaca merasa kesulitan dan tidak menyelesaikannya. Dia telah berusaha, katanya, untuk membuat yang satu ini lebih mudah. Sedikit lebih panjang dari buku sebelumnya, “The Universe in a Nutshell”, 216 halaman, dihiasi dengan ilustrasi berwarna yang memberinya penampilan mewah. Sejauh ini kritikus-kritikus sependapat; pertama, Bryan Appleyard dalam The New York Statesman o London, menyebutnya “sulit, meski tidak sepenuhnya demikian”. The Times o London, melakukan poling inormal, meminta tujuh reporter dan seorang pelajar matematika untuk membacanya dan melaporkan aksesibilitasnya. Putusannya bercampur. “Semuanya masuk akal begitu saya membacanya, meski cenderung menghilang seperti sebuah mimpi ketika menaruh buku tersebut,” tulis salah seorang. Einstein pernah berujar bahwa teori-teori ilmiah harus bisa dijelaskan dengan sangat mudah sehingga seorang anak kecil pun bisa memahaminya. Keluhan-keluhan bahwa sika modern gagal total dalam standar ini sama tuanya dengan sika modern itu sendiri, dan tak terbatas pada anak-anak.
52 Cerita berlanjut bahwa ketika astronom Arthur Eddington, yang observasi penekukan cahayanya saat gerhana matahari tahun 1919 telah mengkonrmasikan teori relativitas umum Einstein, diberi ucapan selamat oleh seorang kolega atas [pencapaiannya] menjadi satu dari tiga orang di dunia yang memahami teori musykil tersebut, Eddington anehnya terdiam. Dicaci karena mempertontonkan kerendahan hati yang palsu, Eddington justru menjawab bahwa dirinya mencoba membayangkan siapa orang ketiga itu. Keterangan paling pertama dalam surat kabar mengenai terobosan Einstein dan Eddington tahun 1919 ini okus pada inkomprehensibilitas teori. “Upaya-upaya untuk menyisipkan kata-kata yang mudah dipahami oleh masyarakat non-ilmiah ke dalam teori cahaya Einstein yang terbukti lewat ekspedisi gerhana itu sampai sekarang belum benar-benar berhasil,” awal sebuah artikel 10 November 1919. Niels Bohr, salah seorang pendiri mekanika quantum, suatu kali mengatakan bahwa orang yang tidak terkejut mendengar teori mekanika quantum – dengan gelombangnya yang bertindak sebagai partikel, partikel bertindak seperti gelombang, serta keacakan dan ketidakpastian mikroskopis yang diatributkannya pada alam – berarti belum benar-benar memahaminya. Kemajuan mutakhir membuat kita semakin sulit menjelaskan alam semesta. Versi terbaru tersangka theory o everything mempostulatkan alam semesta dengan 10 atau 11 dimensi, bukan 3 ruang dan 1 waktu seperti dalam pemahaman sehari-hari, yang dihuni oleh string-string atau membranmembran yang menggeliat-geliat. Meski demikian, para ilmuwan terus mencoba dengan gagah berani untuk memberitahu kita apa rencana mereka, dalam tradisi penulisan buku yang mencakup “ Origin o Species”-nya Darwin, dan “Relativity: The Special and the General Theory”-nya Einstein, ditulis di tahun 1916 dan tak pernah habis terjual. Sebagian daya tarik buku-buku ini adalah kesempatan untuk memulihkan kewarganegaraan seseorang di kosmos bermasalah dan mengherankan dengan mendengarkan perkataan dari sumber otoritati, dari seseorang yang telah menyentuh sendiri misteri kosmik. Sedangkan bagian lain sudah tentu adalah perlakuan dewasa, memasuki kekerabatan kasar dengan dipercaya menerjemahkan penelitian ke dalam pernyataan-pernyataan pengurai seperti yang terdapat di permulaan esai ini, atau berhadapan dengan percakapan terbuka tentang siat sains dan alam semesta.
53 Berikut, contohnya, adalah ucapan Dr. Hawking mengenai dimensidimensi tambahan menyusahkan yang dibutuhkan oleh teori string tapi rupanya tidak tersedia untuk memparkir mobil. “Secara pribadi harus saya katakan, saya enggan mempercayai adanya dimensi tambahan,“ tulisnya di halaman 54 dalam buku baru itu. “Tapi karena saya seorang positis, pertanyaan ‘Apakah dimensi tambahan benar-benar eksis?’ tidaklah berarti apa-apa. Yang berhak seseorang tanyakan adalah apakah model-model matematis dengan dimensi tambahan menyediakan deskripsi yang bagus atas alam semesta.” Dengan kata lain, bila eksperimen-eksperimen ternyata benar, tidak masalah. Ini bisa dianggap menggegerkan jika Anda berpegang pada pendapat bahwa sains adalah pencarian realitas yang lebih dalam dibanding pengukuran pada tabel laboratorium. Tapi, teori quantum dan relativitas telah mengajari kita, sains adalah tentang apa-apa yang bisa diobservasi dan diukur atau bukan tentang apa-apa sama sekali. Dalam sains, sebagaimana dalam demokrasi, tidak ada pengetahuan rahasia, semua perhitungannya ada pada tabel, yang bisa diobservasi dan dipalsukan. Lainnya adalah metasik. Dalam hal berkata terang-terangan tanpa bersikap merendahkan diri, Dr. Hawking adalah seorang jenius. Saat banyak penulis buku sains mengarungi bab-bab penuh hal undamental sebelum sampai ke bahan yang baru, Dr. Hawking, dengan apresiasi waktu yang tinggi, menghembus cepat menuju batas tanpa apologi. Bagi mereka yang tidak dapat melanjutkan, Dr. Hawking juga telah menyediakan sebuah warisan. Kesuksesan buku dia sebelumnya dan kesuksesan “ Cosmos”-nya Carl Sagan dipercaya luas telah memberi tumpangan komersial pada genre buku sains, membantu meratakan jalan bagi karya-karya seperti “The Elegant Universe”, karangan Dr. Brian Greene (teoris string dari Universitas Columbia); “The Infationary Universe”, karangan Alan Guth (kosmolog di Massachusetts Institute o Technology); dan “ The Quark and the Jaguar ”, karangan peraih Nobel, Murray Gell-Mann. Sampai tara tertentu kesuksesan terdahulu Dr. Hawking telah menelurkan para peniru dan memperluas kalangan pembaca dan pemikiran mereka, dia telah membangun sejenis eedback positi, dan dia telah memperbesar kemungkinan bahwa pembaca akan mengikutinya dan membaca bukunya sampai selesai kali ini.
54
KEMUNGKINAN TIADA AKHIR
Akhir Segalanya
D
i dekade-dekade ketika astronom memperdebatkan takdir alam semesta mengembang – apakah suatu hari nanti ia akan berakhir dalam sebuah big crunch, atau apakah galaksi-galaksi akan berlayar saling menjauh untuk selamanya – penggemar perluasan abadi selalu ditopang oleh kemungkinan tiada akhir untuk pengembangan dan evolusi. Seperti pernah ditulis kosmolog Yale, Dr. Beatrice Tinsley, “Saya pikir saya terikat pada ide mengembang selamanya.” Kehidupan dan kecerdasan dapat menyokong dirinya sendiri untuk jangka waktu tak terbatas di alam semesta seperti itu, bahkan ketika bintang-bintang berkelap-kelip dan galaksi-galaksi ditelan oleh black hole, tegas Dr. Freeman Dyson (sikawan di Institute or Advanced Study) dalam sebuah paper menonjol di tahun 1979. “Jika pandangan saya tentang masa depan benar,” tulisnya, “itu berarti dunia sika dan astronomi juga tak akan ada habisnya; tak peduli seberapa jauh kita beranjak ke masa depan, akan selalu ada hal-hal baru yang terjadi, akan ada inormasi baru yang diterima, dunia-dunia baru untuk dijelajahi, domain kehidupan, kesadaran, dan ingatan yang terus mengembang.” Namun sekarang Dr. Dyson pun mengakui bahwa semua taruhan adalah salah. Seandainya observasi-observasi astronomis mutakhir benar, masa depan kehidupan dan alam semesta akan jauh lebih suram. Dalam empat tahun terakhir astronom telah melaporkan bukti bahwa perluasan alam semesta tidak hanya berjalan terus tapi juga mencepat, akibat pengaruh “dark energy” misterius, suatu antigravitasi yang kelihatannya tersimpan di ruang angkasa sendiri. Jika itu benar dan alam semesta terus berakselerasi, bukannya meluncur lemah lembut di malam hari, kata astronom, galaksi-galaksi jauh pada akhirnya akan bergerak menjauh begitu cepat sehingga mereka tidak berkomunikasi dengan satu sama lain. Praktisnya, seperti tinggal di tengah-tengah sebuah black hole yang semakin hampa dan semakin dingin.
55 Di alam semesta seperti itu, kata beberapa sikawan, metode perumusan sika biasa mungkin tidak berlaku sama sekali. Bukannya duniadunia baru yang muncul dalam pandangan, dunia lama akan terus-menerus menghilang di atas horizon, lenyap dari pandangan untuk selamanya. Pengetahuan kosmologis akan terragmentasi, di mana pengamat berbeda-beda melihat kepingan teka-teki berbeda-beda dan tak ada satu pengamat pun yang mampu mengetahui takdir seluruh alam semesta atau mencapai sebuah teori sika yang lebih dari sekadar penaksiran. “Akan ada banyak hal mengenai alam semesta yang benar-benar tidak bisa kita prediksikan,” kata Dr. Thomas Banks, sikawan di Universitas Caliornia, Santa Cruz. Dan barangkali yang paling penting, karena akhirnya kekurangan energi untuk menyelesaikan pemikiran atau komputasi, domain kehidupan dan kecerdasan tak akan mengembang, melainkan mengerut dan akhirnya menghilang seperti sebuah gema yang mengecil menuju keheningan abadi. “Saya rasa takdir sebuah alam semesta yang berakselerasi selamanya sangat tak menarik,” kata Dr. Edward Witten, teoris di Institute or Advanced Study. Itu adalah pernyataan yang meremehkan persoalan, menurut Dr. Lawrence M. Krauss, astrosikawan di Case Western Reserve University di Cleveland, yang bersama-sama koleganya, Dr. Glenn D. Starkman, barubaru ini mencoba melukiskan kemungkinan di masa depan yang jauh. Alam semesta berakselerasi “akan menjadi alam semesta paling buruk, baik bagi kualitas kehidupan maupun kuantitas kehidupan,” kata Dr. Krauss, seraya menambahkan: “Semua pengetahuan, peradaban, dan kebudayaan kita ditakdirkan untuk dilupakan. Tidak ada masa depan jangka panjang.” TAWA TERAKHIR EINSTEIN
Hingga sekitar empat tahun lalu, begitu banyak astronom yang menganut pandangan bahwa perluasan kosmik mungkin tengah melambat disebabkan oleh gravitasi kolekti galaksi-galaksi dan segala sesuatu di alam semesta, mirip halnya dengan segenggam bebatuan yang dilemparkan ke udara yang secara berangsur-angsur memperlambat kenaikannya. Satu-satunya pertanyaan ialah apakah alam semesta punya cukup energi gravitasi untuk menghentikan perluasan dan mengembalikan dirinya dalam sebuah “ big crunch”, atau apakah galaksi-galaksi akan meluncur menjauh secara lebih lambat untuk selamanya.
56 Dalam rangka mengukur laju perlambatan menjauh ini, dan untuk menemukan jawaban yang sukar dipahami dan sudah lama dicari atas pertanyaan kosmik, dua tim astronom memulai proyek yang saling bersaing di tahun 1990-an dengan memanaatkan bintang-bintang meledak yang jauh, supernova, sebagai mercusuar kosmik. Di tahun 1998, kedua tim mengumumkan bahwa bukannya melambat, galaksi-galaksi benar-benar terlihat mencepat dalam 5 atau 6 miliar tahun belakangan, seakan-akan suatu “ dark energy” mendorong mereka ke luar. “Itu tentu saja merupakan temuan eksperimen paling aneh sejak saya menggeluti sika,” kata Dr. Witten. “Orang-orang sulit menerimanya. Saya telah berhenti berharap bahwa temuan tersebut akan terbukti salah, tapi ini adalah hasil yang amat tidak menyenangkan.” Bagi astronom, dark energy ini memiliki kemiripan dengan ide yang dimiliki Albert Einstein di tahun 1917 yang kala itu dibuangnya, menyebutnya sebagai blunder terbesar dirinya. Pada tahun tersebut, dia menyisipkan sebuah aktor matematis palsu yang kemudian dikenal sebagai konstanta kosmologis ke dalam persamaan relativitas umumnya dalam rangka menstabilkan alam semesta terhadap kekolapsan; konstanta Einstein bertindak sebagai sejenis tolakan kosmik untuk mengimbangi tarikan gravitasi galaksi-galaksi. Einstein membuang konstanta kosmologis tersebut setelah astronom Amerika, Edwin Hubble, menemukan bahwa alam semesta sedang mengembang dan karenanya tidak memerlukan penstabilan. Tapi aktor palsunya itu menolak untuk mati. Ia memperoleh identitas baru dengan kedatangan mekanika quantum, kaidah ganjil yang mengatur alam subatom. Menurut kaidah tersebut, ruang hampa tidaklah hampa, melainkan berbuih energi. Disisipkan ke dalam persamaan Einstein, energi ini bertindak seperti konstanta kosmologis, dan mencoba untuk meniup alam semesta saling berpisah. Menurut astronom, dark energy yang ditemukan baru-baru ini kini menerangkan sekitar 2/3 massa alam semesta. Tapi apakah aktor palsu tua milik Einstein ini, konstanta kosmologis, kembali untuk bertengger – yang berarti alam semesta akan berakselerasi selamanya? Ataukah akselerasi yang disangkakan itu hanya temporer, didorong oleh salah satu dari sekian banyak medan gaya misterius, dijuluki sebagai quintessence, yang diperkenankan oleh berbagai teori sika high energy? Ataukah akselerasi tersebut memang riil?
57 “Penting untuk mencaritahu apakah konstanta kosmologis tersebut benar-benar konstan,” kata Dr. Witten. Karena gaya tolak terdapat di ruang angkasa itu sendiri, maka begitu alam semesta tumbuh, dorongan dari dark energy tumbuh pula. “Jika dark energy adalah konstanta kosmologis, maka atribut kevakumanlah yang akan selalu bersama kita, menjadi semakin powerul seiring membesarnya alam semesta dan akibatnya alam semesta akan mengembang selamanya,” jelas Dr. Adam Riess dari Space Telescope Science Institute di Baltimore. Tapi jika dark energy adalah suatu bentuk quintessence, “maka mungkin akan ada semakin banyak medan semacam itu yang muncul di masa mendatang, mungkin dengan tanda berlawanan, dan dengan begitu semua taruhan untuk masa depan alam semesta adalah salah.” Dr. Krauss mengatakan, “Kabar baiknya adalah bahwa kita tidak bisa membuktikan ini sebagai [kemungkinan] terburuk dari semua kemungkinan alam semesta.” SELAMAT TINGGAL
Mungkin nampak aneh atau pongah ketika astronom mencoba menjelaskan peristiwa-peristiwa hingga akhir masa sementara sikawan masih merabaraba mencari “theory o everything”. Tapi bagi Dr. Krauss, ini adalah bukti kemampuan sika biasa. “Kita masih dapat menetapkan batas terakhir pada banyak hal tanpa mengetahui teori nal,” katanya. “Kita dapat menetapkan batas pada banyak hal berdasarkan sika biasa.” Dr. Dyson mengatakan bahwa spekulasinya dalam eschatology (ilmu akhirat) sebagian terinspirasi oleh sebuah paper tahun 1977 tentang masa depan alam semesta yang terus mengembang karangan Dr. J. N. Islam (kini di Universitas Chittagong, Bangladesh) dalam The Quarterly Journal o the Royal Astronomical Society. Dr. Dyson juga termotivasi, tulisnya dalam paper -nya, untuk memberikan argumen bantahan terhadap sebuah pernyataan keras Dr. Steven Weinberg yang menulis dalam bukunya, “ The First Three Minutes”, “Semakin alam semesta dapat dipahami, semakin ia tidak berarti.” Dr. Dyson menulis, “Bila Weinberg berbicara atas nama abad 20, saya lebih suka abad 18.” Jika kecenderungan akselerasi berlanjut, berikut adalah ramalannya: Dalam kira-kira dua miliar tahun, Bumi akan menjadi tak dapat dihuni sebab Matahari yang berangsur memanas menimbulkan eek rumah
58 kaca dengan entengnya. Dalam lima miliar tahun, Matahari akan membengkak dan mati, membakar Bumi sampai garing dalam proses tersebut. Pada waktu yang hampir bersamaan, Bima Sakti akan bertubrukan dengan kembarannya, galaksi Andromeda (kini sekitar dua juta tahun cahaya jauhnya dan tengah mendekat dengan cepat), memuntahkan bintang-bintang, gas, dan planetplanet ke seluruh ruang antargalaksi. Peradaban yang berusaha bertahan dari peristiwa-peristiwa ini akan menghadapi masa depan penuh kebodohan dan kegelapan karena perluasan kosmik yang mencepat mendorong cepat sebagian besar alam semesta menjauh dari kita. “Kemampuan kita untuk mengetahui alam semesta akan berkurang seiring waktu,” kata Dr. Krauss. “Semakin lama Anda menunggu, semakin sedikit Anda melihat, berkebalikan dengan apa yang selalu kita pikirkan.” Sebagaimana dijelaskan Dr. Krauss, kelenyapan alam semesta adalah suatu proses gradual. Semakin cepat galaksi-galaksi terbang menjauh dari kita, semakin redup mereka terlihatnya, karena cahaya mereka ter-“ redshit”kan ke rekuensi dan energi lebih rendah, seperti halnya suara sirene polisi yang menurun saat menjauh. Saat mencapai kecepatan cahaya, galaksi akan terlihat “membeku”, seperti seorang penari yang terpotret di udara dalam sebuah oto, sesuai dengan teori relativitas Einstein, dan kita tidak akan pernah melihat galaksi itu menua, kata Dr. Abraham Loeb (astronom di Harvard). Ia akan terlihat lebih redup. Semakin jauh sebuah objek di langit, katanya, semakin muda ia akan terlihatnya sambil memudar dari pandangan. “Hanya terbatas jumlah inormasi yang bisa kita kumpulkan dari alam semesta,” kata Dr. Loeb. Sekitar 150 miliar tahun dari sekarang hampir semua galaksi di alam semesta akan mundur cukup cepat sehingga tidak terlihat dari Bima Sakti. Kecuali galaksi-galaksi yang terikat secara gravitasi pada kumpulan galaksi, dikenal sebagai Kelompok Lokal, di mana Bima Sakti merupakan anggotanya. Dalam kumpulan ini, mulanya kehidupan terlihat sama. Ada galaksi-galaksi di langit. “Ketika Anda memandangi malam, bintang-bintang akan terlihat masih di sana,” kata Dr. Krauss. “Bagi astronom, yang ingin melihat lebih dari itu, langit akan nampak hampa. Para pecinta tidak akan terganggu—tapi ilmuwan pasti.” Tapi sekitar 100 triliun tahun dari sekarang, ketika gas dan debu antarbintang—yang darinya bintang-bintang baru berkondensasi—akhirnya terpakai habis, bintang-bintang baru akan berhenti lahir. Sejak itu hingga
59 seterusnya, langit akan semakin gelap. Galaksi-galaksi sendiri, kata astronom, akan kolaps dalam black hole daam waktu sekitar 1030 tahun. Tapi black hole pun tidak selamanya, sebagaimana ditunjukkan Dr. Stephen Hawking (sikawan Universitas Cambridge dan penulis buku best-seller ) dalam kalkulasi pada tahun 1973. Menerapkan prinsip-prinsip mekanika quantum pada objek yang terdengar menyeramkan ini, Dr. Hawking menemukan bahwa permukaan black hole, horizon peristiwanya, berfuktuasi dan memancarkan energi dalam bentuk semburan acak partikel-partikel dan radiasi, semakin panas dan panas hingga black hole tersebut akhirnya meledak dan lenyap. Black hole bermassa seukuran matahari memakan waktu 1064 tahun untuk meledak. Untuk black hole bermassa seukuran galaksi, kembang apinya akan menerangi ruang-waktu 1098 tahun dari sekarang. MELAWAN DATANGNYA MALAM
Akankah ada sesuatu atau seseorang yang menyaksikan kembang api quantum ini? Dr. Dyson menegaskan dalam paper -nya pada tahun 1979 bahwa kehidupan dan makhluk berakal bisa bertahan dari gurun gelap dan dingin di alam semesta yang tengah mengembang tak terhingga tapi secara lebih lambat dengan mengadopsi bentuk eksistensi yang lebih lambat dan lebih dingin. Keberakalan dapat menetap, misalnya, dalam pola butir-butir debu bermuatan listrik di sebuah awan antarbintang, satu situasi yang dilukiskan dalam novel sains-ksi “The Black Cloud” karangan astronom Inggris, Sir Fred Hoyle, yang meninggal pada bulan Agustus. Ketika sebuah organisme seperti awan hitam mendingin, tegasnya, ia akan berpikir secara lebih lambat, tapi selalu memetabolisasi energi secara lebih lambat lagi, sehingga selera makannya akan selalu kurang dari outputnya. Nyatanya, simpul Dr. Dyson, dengan menghasilkan jumlah energi yang dikeluarkan per pikiran yang semakin kecil dan kecil, awan tersebut dapat memiliki pikiran dalam jumlah tak terbatas meski hanya mengkonsumsi energi dalam jumlah terbatas. Tapi ada satu rintangan. Berpikir pun membutuhkan energi dan menghasilkan panas, itulah alasannya mengapa komputer memiliki kipas. Dr. Dyson mengatakan bahwa makhluk mesti berhenti berpikir dan melakukan hibernasi secara periodik untuk memancarkan panas mereka.
60 Namun, di alam semesta berakselerasi, ada sebuah sumber panas tambahan yang tidak bisa dibuang. Kalkulasi yang memprediksikan bahwa black hole pasti meledak juga memprediksikan bahwa di alam semesta yang berakselerasi, ruang angkasa pasti dipenuhi dengan apa yang disebut radiasi Hawking. Praktisnya, horizon – jarak terjauh yang dapat kita lihat – secara matematis terlihat seperti permukaan black hole. Jumlah radiasi ini diduga luar biasa kecil – ekuivalen dengan sepermiliar miliar miliar derajat di atas nol absolut, tapi itu sudah cukup untuk menimbulkan malapetaka bagi makhluk yang mempunyai persepsi. “Radiasi Hawking membunuh kita karena memberi temperatur minimum yang di bawah temperatur tersebut Anda tidak bisa mendinginkan apapun,” kata Dr. Krauss. Sekali sebuah organisme mendingin hingga temperatur tersebut, jelasnya, ia akan menghamburkan energi dengan laju tetap. “Karena ada keterbatasan energi total, ini berarti masa hidup yang terbatas.” KETAKTERHINGGAAN SEDANG DIADILI
Walaupun Dr. Dyson sependapat dengan gambaran kehidupan yang suram ini di alam semesta yang berakselerasi, dia dan Dr. Krauss dan Dr. Starkman masih berdebat tentang apakah kehidupan juga mengalami malapetaka di alam semesta yang tidak berakselerasi, tapi hanya mengembang dan semakin lambat dan semakin dingin. Teori quantum, menurut para pengarang Case Western tersebut, membatasi seberapa halus energi untuk [pembentukan] pikiran baru bisa dicukur. Teori tersebut memutus bahwa energi dipancarkan dan diserap dalam gumpalan-gumpalan kecil yang tak bisa dibagi yang disebut "quantum". Suatu komputasi harus menghabiskan sekurangnya energi sebanyak ini dari persediaan terbatas. Tiap pikiran baru adalah sebuah langkah menuruni tangga energi dengan jumlah langkah yang terbatas. “Jadi Anda hanya punya jumlah pikiran yang terbatas,” kata Dr. Krauss. “Jika Anda ingin menatap pusar Anda dan tidak memikirkan pikiran baru, Anda tidak akan menghamburkan energi,” jelasnya. Tapi itu akan menjadi cara yang membosankan untuk menghabiskan keabadian. Jika kehidupan membutuhkan hal lain selain penyusunan ulang data yang sama secara abadi, katanya dan Dr. Starkman, ia tidak mungkin abadi.
61 Namun Dr. Dyson mengatakan argumen ini hanya berlaku pada apa yang disebut digital lie, di mana terdapat jumlah status quantum yang tetap. Makhluk-makhluk seperti awan hitam, yang bisa tumbuh bersama dengan alam semesta, katanya, akan memiliki jumlah status quantum yang terus bertambah, sehingga akan selalu ada semakin banyak anak tangga untuk dituruni. Dengan demikian dasarnya takkan pernah tercapai dan kehidupan dan pikiran bisa berlanjut untuk jangka waktu tak terhingga. Tapi tak ada seorang pun yang tahu apakah bentuk kehidupan seperti itu bisa eksis, kata Dr. Krauss. Dibandingkan dengan pemandangan kolapsnya menara World Trade Center atau gentingnya seorang anak yang sakit, kepunahan masa depan ini mungkin terlihat sebagai suatu keprihatinan yang terlalu jauh. Dr. Allan Sandage (astronom di Carnegie Observatory, Pasadena, Caliornia), yang telah menghabiskan hidupnya untuk menginvestigasi perluasan dan takdir alam semesta, mengatakan: “Kehidupan di bumi ini akan lenyap 4,5 miliar tahun mendatang. Saya tidak senang pada akta bahwa semua cahaya akan mati 30 miliar tahun mendatang.” Dr. Dyson mengatakan dirinya masih optimis. Terlalu cepat untuk mulai panik, nasehatnya dalam sebuah email. Observasi-observasi itu boleh jadi keliru. “Saat ini semua kemungkinan itu terbuka,” tulisnya. “Observasiobservasi mutakhir tersebut penting, bukan karena mereka menjawab pertanyaan-pertanyaan terbesar mengenai sejarah alam semesta, tapi karena memberi kita alat baru untuk menggali sejarah.” Di alam semesta berakselerasi pun, kata Dr. Dyson, manusia atau keturunannya mungkin suatu hari nanti mampu menyusun ulang galaksigalaksi dan menyelamatkan lebih banyak galaksi dari kelenyapan. Seberkas harapan lain datang dari radiasi Hawking yang mematikan dan mengerikan itu sendiri, kata Dr. Raphael Bousso, dari Institute o Theoretical Physics di Universitas Caliornia, Santa Barbara. Karena radiasi tersebut dihasilkan oleh fuktuasi-fuktuasi quantum yang tidak bisa diprediksi, urainya, bila Anda cukup sabar menunggu, segala sesuatu bisa muncul di dalamnya, bahkan sebuah alam semesta baru. “Cepat atau lambat salah satu fuktuasi quantum itu akan terlihat seperti Big Bang,” katanya. Dalam kasus tersebut ada kemungkinan akan masa depan, jika tidak untuk kita, setidaknya untuk sesuatu atau seseorang. Dalam keutuhan waktu,
62 bagaimanapun, sika mengajarkan bahwa yang hal improbabel dan bahkan nampak mustahil pun bisa menjadi sesuatu yang tak terelakkan. Alam belum selesai dengan kita, begitu pula kita, sebagaimana dinyatakan Dr. Dyson, tidak harus selesai dengan alam. Kita semua akan mati, dan terserah kita untuk memutuskan siapa dan apa yang harus dicintai, tapi, sebagaimana dijelaskan Dr. Weinberg dalam sebuah artikel baru-baru ini dalam The New York Review o Books, ada satu kemuliaan tertentu dalam prospek tersebut. “Meski sadar bahwa tidak ada sesuatu di alam semesta yang mengindikasikan tujuan kemanusiaan,” tulisnya, “sebuah cara supaya kita bisa menemukan tujuan adalah mempelajari alam semesta melalui metode sains, tanpa menghibur diri kita dengan ceritera-ceritera dongeng tentang masa depan alam semesta, atau tentang masa depan kita.”
63
DARK MATTER
Dark Matter, Masih Sulit Dimengerti, Semakin Terlihat
T
ERKADANG, bertentangan dengan kebiasaannya, sains membuat kosmos terlihat sedikit lebih sederhana. Belakangan ini astronom seakan-akan telah bangun dari mimpi buruk kosmologis yang panjang. Bulan lalu, sebuah konsorsium astronom mengumumkan bahwa sebuah analisis atas sekitar 130.000 galaksi menunjukkan bahwa alam semesta, setidaknya pada skala besar, tersusun sebagaimana kelihatannya. Itu mungkin terdengar biasa saja, tapi tidak demikian. “Bukanlah suatu ide gila bahwa galaksi-galaksi tidak mencatat materi,” kata Dr. Licia Verde, astronom di Rutgers and Princeton Universities, yang merupakan penulis utama sebuah paper yang diserahkan bulan lalu ke jurnal Monthly Notices o Royal Astronomical Society. Alasannya adalah sesuatu yang disebut dark matter . Selama berabad-abad orang-orang telah menemukan – atau mereka pikir demikian – makna di langit, dalam bentuk rasi-rasi, gerakan membelok cepat komet-komet, dansa megah planet-planet, perhiasan galaksi-galaksi, angkasa yang terbentang sejauh teleskop memandang, seperti jaring pancing tua berhiasan yang terlempar di sepanjang kehampaan. Tapi bagaimana jika semua ini hanya ilusi? Misalkan alam semesta riil adalah sesuatu yang tidak dapat kita lihat dan semua rangkaian galaksi yang gemerlapan itu tidak lebih penting, bukan lagi penuntun handal menuju realitas sik, daripada cat minyak di wajah seorang badut? Itu adalah kemungkinan memalukan yang dihadapi astronom di tahun 1980-an, ketika mereka dengan segan mulai menerima bahwa observasi astronomis selama berdekade-dekade memberitahu mereka ternyata sebagian besar alam semesta tidaklah tampak. Mereka dapat menyimpulkan bahwa dark matter itu ada lantaran eek gravitasinya terhadap objek-objek yang bisa mereka lihat. Jika hukum gravitasi Newton memperpanjang jarak kosmik, sejumlah besar dark matter dibutuhkan untuk menyediakan lem gravitasi guna mencegah gugus-gugus galaksi terbang saling menjauh,
64 dan guna membuat bintang-bintang terus beterbangan di galaksi-galaksi pada kecepatan tinggi. Kosmolog menyimpulkan bahwa memang dark matter -lah, yang secara perlahan mengental menjadi awan-awan besar akibat bobotnya sendiri, yang menyediakan perancah (penopang) untuk bintang-bintang dan galaksigalaksi. Dan dark matter -lah yang akan menentukan nasib alam semesta: jika mereka cukup banyak, gravitasi pada akhirnya akan membalikkan perluasan alam semesta dan menyebabkan “ big crunch”. Jika tidak, alam semesta akan mengembang selama-lamanya. Yang paling menyakitkan, astronom bahkan tidak tahu apakah dark matter terdistribusi seperti bintang dan galaksi. Mereka tidak punya petunjuk menuju tempat beradanya sebagian besar alam semesta. Materi berkilau, lanjut cerita, adalah seperti salju di puncak gunung atau buih di atas ombak, tapi boleh jadi, secara teori, ada jajaran pegunungan lengkap yang tidak cukup tinggi untuk berpuncak putih, tersembunyi dalam kegelapan. Menyadari bahwa dark matter melebihi berat galaksi tampak, empat astronom menganalisa hasil-hasil proyek pemetaan galaksi terdahulu, pada tahun 1980. Tak ada alasan bahwa rasio dark matter :light matter mesti sama di semua tempat “dan bisa saja eksis sistem-sistem masi yang pada dasarnya tidak memancarkan cahaya,” bunyi laporan dalam Astrophysical Journal, ditulis oleh Marc Davis, John Huchra, David Latham, dan John Tonry, kala itu mereka semua di Harvard-Smithsonian Center or Astrophysics. Atau sebagaimana dikatakan Dr. Vera C. Rubin, astronom di Carnegie Institute o Washington dan pionir riset dark matter , setahun kemudian: “Kita hanya tahu sedikit tentang alam semesta. Saya sendiri tidak percaya ia seragam dan sama di setiap tempat. Dengan kata lain seperti mengatakan bahwa bumi fat.” Hasil-hasil baru memperlihatkan bahwa alam semesta, semisterius apapun ia, mungkin tidak sepenuhnya menyimpang. Sebagaimana suatu kali dikatakan Einstein, “Tuhan itu cerdik, tapi tidak jahat.” Tapi nyaris saja. “Pada prinsipnya, galaksi-galaksi tidak memiliki kemiripan dengan distribusi pokok dark matter ,” jelas Dr. Verde, yang melakukan analisa bersama Dr. Alan F. Heavens dari Universitas Edinburgh. “Kita pantas khawatir,” kata Dr. Heavens. Pendapat yang menyatakan bahwa alam semesta berkilau mungkin hanyalah cat minyak lahir dari pencarian keindahan. Pada tahun 1980-an,
65 pensurveyan astronomis menunjukkan bahwa galaksi-galaksi tidak terdistribusi secara seragam di angkasa, sebagaimana selalu dianggap demikian, melainkan terkonsentrasi di bidang-bidang dan gugus-gugus dan rantai panjang mengikal yang dipisahkan oleh ruang hampa gelap dan besar yang lebarnya jutaan tahun cahaya. Tapi tarikan gravitasi dari disparitas distribusi massa semencolok itu akan menarik galaksi-galaksi ke sana-kemari secara keras, mendistorsi perluasan tertib alam semesta, bila teori-teori kosmologi paling modern memang benar. Teori-teori itu menegaskan bahwa densitas materi dan energi di alam semesta cukup tinggi sehingga daya tarik gravitasi antara kandungankandungan kosmos pada akhirnya akan mengimbangi energi mereka ke arah luar. Alhasil, angkasa pada skala-skala terbesar tidak akan memperlihatkan lengkungan geometris: ia akan “fat”, menurut jargon kosmologi. Namun betapapun berubah-ubahnya kecepatan galaksi, tetap saja relati rendah. Daripada membuang pendapat yang indah secara matematis mengenai alam semesta berdensitas tinggi, beberapa teoris mengatakan bahwa astronom mungkin harus membuang pendapat yang sama indahnya dan nampak prinsipil, yakni bahwa alam semesta adalah apa yang kita lihat ketika kita memandang langit. Jika kehampaan hanya sebuah ilusi, dan bukan hampa tapi cuma gelap, kosmolog beralasan, tidak akan ada medan-medan gravitasi yang menarik galaksi-galaksi, yang bisa menjelaskan mengapa kecepatan khas mereka begitu rendah. Mereka dapat menjaga alam semesta mereka yang indah. Begitu awan dark matter purba tumbuh dan mengental, lanjut teori ini, materi biasa tenggelam ke pusatnya dan menyala. Tapi bentangan luas dark matter di luar pusat akan terpelihara oleh galaksi tampak, seperti gunung yang tidak cukup tinggi untuk mengumpulkan salju, atau batu karang yang tidak bertandakan pelampung. Membayangkan persisnya mengapa galaksi-galaksi terbentuk dalam pola ini merupakan persoalan lain yang menarik imajinasi para teoris. Dr. Martin Rees, kosmolog di Universitas Cambridge dan Astronomer Royal Inggris, mengatakan dirinya bisa membayangkan bahwa pembentukan galaksi boleh jadi terkatalisasi atau terintangi oleh suatu peristiwa lingkungan. Radiasi dahsyat dari quasar-quasar pertama, contohnya, dapat mengionisasi
66 gas protogalaksi di petak-petak luas ruang angkasa, mempengaruhi kemampuannya untuk kolaps dan menyala. Meski demikian, pada tahun 1990-an, bukti-bukti mulai menggunung, dari satelit COBE, yang mempelajari pancaran radio lemah dari Big Bang sendiri, dan dari studi-studi lain, bahwa densitas materi adalah kurang dari sepertiga harga kritis ajaib yang diperlukan untuk [terbentuknya] alam semesta yang “fat” sempurna. Dalam kasus tersebut gugus-gugus tidak punya energi gravitasi untuk menimbulkan masalah dan ketiadaan kecepatan tinggi bukanlah masalah. Untunglah para teoris masih bisa mempunyai alam semesta indah yang fat karena gap densitas materi tersebut diisi oleh apa yang disebut dark energy yang belakangan ditemukan astronom nampak sedang mempercepat perluasan alam semesta. Tapi alam semesta tak lagi seimbang; jika dark energy terus berlaku, kata astronom, kosmos akan tertiup saling menjauh, mendinginkan semua kehidupan. Karena itu dalam tahun-tahun belakangan dark matter telah menyerahkan beberapa prestisenya kepada dark energy, tapi identitas dark matter masih misterius. Beberapa darinya mungkin materi biasa, seperti batu dan bintang mati. Tapi sebagian besar darinya pasti objek yang lebih eksotis – barangkali partikel-partikel unsur yang tersisa dari Big Bang –, menurut sebuah studi yang dipublikasikan minggu lalu dalam jurnal Nature oleh Dr. Robert Rood dari Universitas Virginia, bersama kolega-koleganya. Mereka mengukur keberlimpahan bentuk helium langka di Bima Sakti untuk menetapkan jumlah materi “normal” yang dihasilkan dalam Big Bang. Meski begitu, hubungan antara light matter dan dark matter , suatu kali dikemukakan, terus menghantui astronom. “Adalah sungguh beralasan jika galaksi-galaksi tidak menggugus seperti massa,” kata Dr. Heavens, seraya menambahkan, “tidak terkendali.” Dia dan Dr. Verde bermaksud mengukur derajat, secara teknis dikenal sebagai bias, ketidaksebandingan distribusi materi berkilau dan dark matter , menggunakan teknik statistik yang telah dikembangkan Dr. Verde untuk disertasi Ph.D-nya di bawah pengawasannya. Untuk database, mereka menggunakan katalog jarak relati dan posisi 130.000 galaksi di angkasa yang telah disusun oleh sebuah konsorsium astronom internasional yang dikenal sebagai 2-Degree Field Galaxy Redshit
67 Survey, atau 2dF, menggunakan Anglo-Australian Telescope berdiameter 12 kaki dekat Coonabarabran, Australia. Pada saat selesai, pensurveyan tersebut, yang mengambil namanya dari bidang pandang teleskop itu, semestinya telah memetakan 250.000 galaksi hingga jarak sekitar 500 juta tahun cahaya. Sebagaimana dijelaskan Dr. Verde, dirinya dan Dr. Heavens menggunakan statistik untuk menganalisa bentuk gugus-gugus galaksi di angkasa. Menurut teori gravitasi dan simulasi komputer, katanya, dark matter , yang hanya berinteraksi secara gravitasi, seharusnya bermula dalam gumpalan bundar dan kemudian secara berangsur membentuk dirinya menjadi lamen dan lembaran sambil gumpalan ini terlebih dahulu kempis sepanjang poros terpendek mereka. “Tanda gravitasi adalah lamen,” kata Dr. Verde. “Jika ada pembiasan, Anda mendapatkan distribusi yang bukan lembaran dan lamen – Anda mendapatkan pola berbeda.” Hasilnya, katanya dan Dr. Heavens, jelas konsisten dengan struktur lamen, “seperti sebuah jaring, bukan bukit dan gunung bundar.” “Anda harus mengajukan sebuah teori yang cukup gila untuk mendapat pola dengan pembiasan ini,” kata Dr. Verde. “Ketika dilakukan serentak, pengukuran-pengukuran ini menegaskan dengan kuat bahwa galaksi-galaksi 2dFGRS memang mencatat massa pada skala besar,” simpulnya dan 29 penulis lain dalam paper mutakhir itu. Gunung adalah tempat salju berada. Alam semesta adalah tempat cahaya berada. Dr. Rees menambahkan: “2dF menunjukkan bahwa segala sesuatu tetap bersatu. Bisa saja dahulu tidak demikian. Tidak ada bukti atas sesuatu yang gelap dan besar tanpa ada galaksi yang diasosiasikan dengannya.” Setidaknya di alam semesta sekarang. “Lima miliar tahun lalu, kita akan memperoleh jawaban berbeda,” kata Dr. Heavens, menjelaskan bahwa galaksi-galaksi mungkin memang terbentuk pertama kali dalam konsentrasi di pusat awan-awan dark matter tapi secara berangsur tersebar ke daerah pedalaman sepanjang sejarah kosmik yang mencerminkan secara lebih akurat distribusi keseluruhan materi, persoalan kosmik yang hingga kini belum diketahui. Secara rata-rata, galaksi-galaksi hari ini mencatat massa, dan oleh sebab itu astronomi tak nampak juga merupakan astronomi nampak.
68 Tentu saja dengan mengikuti cahayalah astronom tertuntun menuju kegelapan. Seperti pemabuk yang terlihat di bawah cahaya jalan lantaran kunci yang dimilikinya, mereka tak pernah punya pilihan tentang di mana harus mencari alam semesta. “Tiga puluh tahun lalu, kita pikir alam semesta adalah bintang-bintang. Ternyata bintang hanyalah puncak gunung es,” kata Dr. Michael Turner, kosmolog di Universitas Chicago. “Ada kekhawatiran bahwa cahaya di angkasa sebenarnya tidak mencatat distribusi materi. Pensurveyan besar keluar untuk mencari gumpalan materi yang tidak dapat disamakan dengan cahaya. “Cerita tersebut kini mulai sampai di titik akhir.” Jika seseorang mau melakukan sesuatu terkait dark energy itu.
69
RADIASI BLACK HOLE
Terobosan Hawking Masih Menjadi Enigma
C
AMBRIDGE, Inggris – Pada musim gugur 1973, Dr. Stephen Hawking, yang telah menghabiskan seluruh karir proesionalnya di Universitas Cambridge, mendapati dirinya terjerat dalam kalkulasi menghebohkan dan memalukan. Berupaya menginvestigasi atribut mikroskopis black hole (perangkap gravitasi yang darinya cahaya sekalipun tidak dapat melarikan diri), Dr. Hawking menemukan—hingga tak percaya—bahwa black hole dapat membocorkan energi dan partikel-partikel ke ruang angkasa, dan bahkan meledak memercikkan energi tinggi. Dr. Hawking mulanya bertahan untuk tidak mempublikasikan hasil temuannya, khawatir keliru. Ketika dia menyampaikannya pada tahun berikutnya dalam jurnal Nature, dia menjuduli paper -nya “Black Hole Explosions?” Kolega-koleganya kelinglungan dan bingung. Hampir 30 tahun kemudian, mereka masih kebingungan. Ketika mereka berkumpul di Cambridge bulan ini untuk merayakan ulang tahun Dr. Hawking yang ke-60 dengan sebuah workshop seminggu penuh berjudul “ The Future o Theoretical Physics and Cosmology”, gagasan-gagasan yang timbul dari kalkulasinya serta buntut perkaranya acapkali menjadi pusat perhatian. Itu adalah gagasan yang menyinggung hampir semua konsep musykil yang menggetarkan tulang dalam sika modern. “Black hole secara undamental masih merupakan objek yang enigmatik,” kata Dr. Andrew Strominger, sikawan Harvard, yang hadir dalam perayaan itu. Dalam sika undamental, gravitasi dan mekanika quantum adalah persoalan besar yang tidak kita pahami. Temuan radiasi black hole Dr. Hawking sangat penting dan undamental bagi hubungan tersebut.” Black hole adalah primadona teori relativitas umum Einstein, yang menjelaskan gaya gravitasi sebagai lengkungan ruang-waktu yang disebabkan oleh materi dan energi. Tapi Einstein pun tidak bisa menerima gagasan bahwa pelengkungan tersebut begitu ekstrim, misalnya dalam kasus bintang kolaps,
70 sehingga ruang dapat sepenuhnya membungkus suatu objek layaknya mantel sulap, menyebabkannya lenyap sebagai black hole. Terobosan Dr. Hawking sebagian dihasilkan dari sebuah pertarungan. Dia saat itu berharap membantah pendapat Jacob Bekenstein (saat itu mahasiswa di Princeton dan sekarang menjadi proesor di Universitas Hebrew, Yerusalem) bahwa area perbatasan black hole, point o no return di ruang angkasa, adalah ukuran entropi black hole. Dalam termodinamika, studi kalor dan gas, entropi adalah ukuran energi yang terbuang atau kekacauan, yang mungkin terasa seperti konsep aneh untuk terjadi di black hole. Tapi dalam sika dan sains komputer, entropi juga merupakan ukuran kapasitas inormasi sebuah sistem – jumlah bit yang diperlukan untuk menggambarkan status internalnya. Praktisnya, black hole atau sistem lainnya adalah seperti kotak huru Scrabble – semakin banyak huru dalam kotak tersebut, semakin banyak kata yang bisa Anda susun, dan semakin besar kemungkinan untuk melantur. Menurut hukum termodinamika kedua, entropi sistem tertutup selalu sama atau bertambah, dan penelitian Dr. Hawking telah memperlihatkan bahwa area permukaan black hole itu selalu bertambah, sebuah proses yang sepertinya meniru hukum tersebut. Tapi Dr. Hawking, seraya mengutip sika klasik, memperlihatkan bahwa sebuah objek berentropi pasti memiliki temperatur, dan apapun yang memiliki temperatur – mulai dari kening yang panas hingga sebuah bintang – pasti memancarkan panas dan cahaya dengan spektrum yang khas. Jika black hole tidak bisa memancarkan panas, ia mungkin tidak mempunyai temperatur dan dengan demikian tidak punya entropi. Tapi itu sebelum gravitasi, yang membentuk kosmos, bertemu teori quantum, kaidah paradoks yang menjelaskan perilaku materi dan gaya di dalamnya. Sewaktu Dr. Hawking menambahkan sentuhan ketidakpastian quantum pada model black hole Einstein yang baku, partikel-partikel mulai bermunculan. Mulanya dia terganggu, tapi ketika menyadari bahwa “radiasi Hawking” ini boleh jadi memiliki spektrum termal yang diprediksikan oleh teori termodinamika, dia menyimpulkan kalkulasinya benar. Tapi ada satu masalah. Radiasi tersebut acak, kata teori Dr. Hawking. Alhasil, semua detail mengenai objek apapun yang telah jatuh ke dalam black hole bisa terhapus sama sekali – sebuah pelanggaran terhadap ajaran suci teori quantum, yang bersikeras bahwa memutar lm secara terbalik dan mencaritahu detail tentang bagaimana sesuatu berawal adalah senantiasa
71 memungkinkan – entah itu seekor gajah atau satu unit Volkswagen, misalnya, yang terlempar ke dalam black hole. Jika dirinya benar, kata Dr. Hawking, teori quantum mungkin harus dimodikasi. Black hole, katanya dalam paper -nya dan perbincangan di akhir 1970-an, ialah pemusnah inormasi, memuntahkan ketidaktentuan dan meruntuhkan hukum dan tatanan di alam semesta. “Tuhan tidak hanya berjudi dengan alam semesta,” kata Dr. Hawking, mengubah susunan ungkapan terkenal yang digunakan Einstein untuk menolak ketidakpastian quantum, “melainkan terkadang melemparnya ke tempat di mana kita tidak bisa melihatnya.” Pernyataan seperti itu menimbulkan perhatian dari sikawan partikel. Meski mungkin terdengar aneh, teori quantum merupakan ondasi banyak bangunan dunia modern, mulai dari transistor sampai CD, dan ia adalah bahasa yang digunakan dalam mengungkapkan semua hukum undamental sika, kecuali gravitasi. “Ini tidak mungkin,” Dr. Leonard Susskind, teoris di Standord, mengenang perkataan pada dirinya sendiri. Ini adalah permulaan dari apa yang disebut Dr. Susskind sebagai adversarial relationship (hubungan berlawanan). “Stephen Hawking adalah salah satu orang paling keras kepala di dunia; bukan, dia adalah orang paling mengesalkan di alam semesta,” ujar Dr. Susskind dalam workshop di hari ulang tahun itu, sementara Dr. Hawking menyeringai di barisan belakang. Dalam 20 tahun berikutnya, opini-opini kebanyakan terbelah sepanjang isu ini. Fisikawan partikel seperti Dr. Susskind dan Dr. Gerrard ‘t Hoot (sikawan di Universitas Utrecht dan peraih Hadiah Nobel tahun 1999) mempertahankan teori quantum dan mengatakan bahwa bagaimanapun inormasi pasti akan keluar, barangkali ter- encode secara halus dalam radiasi. Kemungkinan lain – bahwa inormasi tersebut tertinggal dalam suatu jenis partikel unsur baru sewaktu black hole menguap – sepertinya telah gugur. Pakar relativitas seperti Dr. Hawking dan temannya, Dr. Kip Thorne (sikawan Caltech), lebih suka meyakini kemampuan black hole untuk menyimpan rahasia. Pada 1997, Dr. Hawking dan Dr. Thorne bertaruh atas lokasi mulut black hole, bertaruh satu set ensiklopedia dengan Dr. John Preskill (sikawan partikel Caltech), bahwa inormasi hancur dalam black hole. Sampai saat ini, kedua pihak tidak merasa berkewajiban untuk membayar.
72 MENULIS DI DINDING
Dr. Susskind dan yang lain mengatakan bahwa tidak ada yang pernah berhasil memasuki black hole sebab, menurut Einstein, segala sesuatu yang berada di perbatasannya (di mana waktu melambat) akan terlihat, menurut penglihatan pengamat luar, “membeku” dan kemudian memudar, tersebar di permukaan di mana itu bisa menimbulkan distorsi halus dalam radiasi Hawking. Maka, pada prinsipnya, inormasi tentang sesuatu yang telah jatuh ke black hole bisa dibaca dalam radiasi tersebut dan direkonstruksi; tidak akan lenyap. Timbul kebingungan, jelas Dr. Susskind, karena sikawan mencoba membayangkan situasi dari sudut pandang Tuhan daripada sudut pandang pengamat yang harus berada di black hole atau di luar, tapi tidak di kedua tempat pada saat yang sama. Jika perhitungan dilakukan dengan benar, katanya, “Tidak ada pengamat yang akan melihat pelanggaran terhadap hukum sika.” Paradoks inormasi membuat para teoris merasa penting untuk mencoba melampaui analogi termodinamika dan benar-benar mengkalkulasi bagaimana black hole menyimpan inormasi atau entropi. Tapi ada satu tangkapan. Menurut sebuah rumus cukup terkenal yang dikembangkan oleh sikawan Austria, Ludwig Boltzmann (dan terukir pada batu nisannya), entropi sebuah sistem bisa ditentukan dengan menghitung jumlah cara penyusunan muatannya. Dalam rangka menghitung cara-cara penyusunan muatan sebuah black hole, sikawan membutuhkan teori tentang apa yang ada di dalamnya. Pada pertengahan 1990-an, mereka punya satu: teori string, yang melukiskan gayagaya dan partikel-partikel alam, termasuk gaya dan partikel yang bertanggung jawab atas gravitasi, sebagai string-string kecil yang bervibrasi. Menurut teori ini, sebuah black hole adalah campuran kusut stringstring dan membran-membran multidimensi yang dikenal sebagai “bran-D”. Dalam sebuah kalkulasi tingkat tinggi di tahun 1995, Dr. Strominger dan Dr. Cumrun Vaa, juga dari Harvard, menguraikan isi perut sebuah black hole “extremal”, yang di dalamnya muatan listrik persis mengimbangi gravitasi. Black hole seperti itu akan berhenti menguap dan dengan demikian terlihat statis, memungkinkan periset menghitung status quantumnya. Mereka mengkalkulasi bahwa entropi sebuah black hole adalah areanya yang dibagi empat – persis seperti diperkirakan Dr. Hawking dan Dr. Bekenstein.
73 Hasil temuan tersebut merupakan kemenangan besar bagi teori string. “Jika teori string salah, itu akan berbahaya,” kata Dr. Strominger. Kesuksesan kalkulasi Harvard tersebut telah mendorong sikawan partikel untuk menyimpulkan bahwa black hole dapat dianalisa dengan alatalat mekanika quantum, dan bahwa isu inormasi itu telah dipecahkan. Tapi yang lain mengatakan bahwa ini masih harus diselesaikan – di antara mereka adalah Dr. Strominger, yang mengatakan, “Itu tetap isu yang belum selesai.” DERAJAT KEBEBASAN
Barangkali konsekuensi paling misterius dan luas dari black hole yang meledak adalah gagasan bahwa alam semesta dapat disamakan dengan sebuah hologram, di mana inormasi untuk citra tiga dimensi bisa disimpan pada permukaan fat, seperti citra pada kartu bank. Pada 1980-an, memperluas penelitiannya dan penelitian Dr. Hawking, Dr. Bekenstein menunjukkan bahwa entropi dan inormasi yang dibutuhkan untuk menjelaskan suatu objek dibatasi oleh areanya. “Entropi adalah ukuran seberapa banyak inormasi yang bisa Anda masukkan ke dalam sebuah objek,” jelasnya. “Batas entropi adalah batas inormasi.” Ini adalah hasil yang aneh. Normalnya Anda mungkin berpikir bahwa ada pilihan – atau derajat kebebasan di sekitar kondisi interior sebuah objek – sebanyak titik di dalam ruang tersebut. Tapi menurut apa yang disebut batas Bekenstein, hanya terdapat pilihan sebanyak titik di permukaan luarnya. “Titik” di sini adalah kawasan berdimensi 10-33 centimeter, panjang Planck yang diyakini sikawan sebagai “butir-butir" ruang. Menurut teori tersebut, masing-masingnya bisa diberi nilai nol atau satu – ya atau tidak – seperti bit-bit dalam komputer. “Yang terjadi ketika Anda menyelipkan terlalu banyak inormasi ke dalam sebuah objek adalah bahwa Anda memasukkan terlalu banyak energi ke dalamnya,” kata Dr. Bousso. Tapi jika terlalu berat untuk ukurannya, ia menjadi black hole, dan kemudian “ game is over ”, sebagaimana Dr. Bousso katakan. “Seperti sebuah piano dengan banyak tuts, Anda tidak bisa menekan lebih dari lima tuts secara serentak atau piano akan kolaps.” Prinsip hologra, pertama kali disebutkan oleh Dr. ‘t Hoot pada tahun 1993 dan diuraikan secara rinci oleh Dr. Susskind setahun kemudian, menyatakan bahwa jika Anda tidak bisa menggunakan tuts-tuts lain, mereka
74 sebenarnya tidak ada. “Kita punya gambaran yang sama sekali keliru tentang piano tersebut,” jelas Dr. Bousso. Teori-teori normal yang digunakan sika untuk menjelaskan peristiwa-peristiwa di ruang-waktu sangat mengherankan dan hingga kini masih misterius. “Kita dengan jelas melihat dunia sebagaimana kita melihat hologram,” ucap Dr. Bousso. “Kita melihat tiga dimensi. Ketika Anda memandangi salah satu kepingan itu, kelihatannya sungguh riil, tapi dalam kasus kita ilusi tersebut sungguh sempurna.” Dr. Susskin menambahkan: “Kita tidak melihat hologram. Kitalah hologram itu.” Prinsip hologra, kata para sikawan ini, bisa diterapkan pada ruangwaktu, tapi mereka tak tahu mengapa itu bekerja. “Itu benar-benar misterius,” kata Dr. Strominger. “Jika itu memang benar, itu adalah atribut mendalam dan indah dari alam semesta kita – tapi tidak jelas terlihat.” BATAS KEINDAHAN
Namun keindahan itu ada harganya, kata Dr. ‘t Hoot, yakni sebab dan akibat. Jika inormasi tentang apa yang kita lakukan terletak di dinding imajiner jauh, “bagaimana kelihatannya bagi kita yang duduk di sini bahwa kita sedang mematuhi hukum sika lokal?” dia bertanya pada audiens dalam workshop ulang tahun Hawking. Mekanika quantum telah terselamatkan, dia menyatakan, tapi mungkin masih perlu digantikan oleh hukum yang memelihara apa yang disebut sikawan sebagai “lokalitas nai”. Dr. ‘t Hoot mengakui bahwa sudah ada banyak upaya sia-sia untuk menyingkirkan gagasan tak masuk akal dalam mekanika quantum, seperti partikel-partikel yang dapat secara seketika bereaksi terhadap satu sama lain yang terpisah bertahun-tahun-cahaya di ruang angkasa. Namun, dalam setiap kasus, dia mengatakan ada asumsi-asumsi, atau “cetakan halus”, yang mungkin pada akhirnya tidak akan bertahan. Observasi mutakhir telah menimbulkan taruhan atas gagasan-gagasan seperti hologra dan inormasi black hole. Hasil observasi-observasi itu mengindikasikan bahwa perluasan alam semesta tengah mencepat. Jika itu terus berlanjut, kata astronom, galaksi-galaksi jauh akhirnya akan menjauh begitu cepat sehingga kita tidak akan bisa melihat mereka lagi.
75 Hidup di alam semesta demikian seperti dikelilingi oleh sebuah horizon, berpijar seperti horizon black hole, yang di atasnya inormasi menghilang selamanya. Dan karena horizon ini memiliki ukuran terbatas, kata sikawan, terdapat batasan pada jumlah kompleksitas dan inormasi yang dapat ditampung alam semesta, pada akhirnya menyebabkan malapetaka pada kehidupan. Fisikawan mengakui bahwa mereka tak tahu bagaimana menggunakan sika atau teori string di ruang seperti itu, yang disebut ruang de Sitter, diambil dari nama astronom Belanda, Willem de Sitter, yang pertama kali memecahkan persamaan Einstein untuk menemukan ruang angkasa demikian. “Ruang de Sitter adalah batas baru,” kata Dr. Strominger, yang berharap bahwa teknik dan perhatian yang dicurahkan pada black hole dalam dekade terakhir akan memungkinkan sikawan bergerak maju dalam memahami alam semesta yang mungkin sesungguhnya melambangkan kondisi manusia. Dr. Bousso mencatat bahwa baru beberapa tahun terakhir, dengan penemuan bran-D, pemecahan persoalan black hole menjadi mungkin. Kejutan apa lagi yang menanti dalam teori string? “Kita tidak tahu seberapa kecil atau besar kepingan teori yang belum kita lihat,” katanya. Sementara itu, barangkali meniru Boltzmann, Dr. Hawking menyatakan di akhir pertemuan bahwa dirinya ingin rumusan entropi black hole terukir di batu nisannya. SEMUA INI ADA DALAM MATEMATIKA
Ketika Stephen Hawking mengejutkan para kosmolog dengan menyatakan bahwa energi dan materi bisa keluar dari black hole, kalkulasi miliknya tidak mengatakan bagaimana partikel-partikel melarikan diri dari black hole, hanya mengatakan bahwa mereka bisa. Satu-satunya kebenaran ada dalam matematika, katanya. Menurut prinsip ketidakpastian Heisenberg, pilar teori quantum, apa yang disebut kevakuman ruang angkasa tidaklah hampa tapi berbuih partikelpartikel virtual yang timbul dalam pasangan-pasangan partikel-antipartikel berkat energi pinjaman dan kemudian bertemu dan saling menghancurkan dalam sebuah kilasan energi yang membayar utang eksistensi mereka. Tapi jika hanya satu anggota pasangan yang jatuh ke dalam black hole, pasangannya akan bebas berkeluyuran. Menurut penglihatan pengamat jauh,
76 ia akan terlihat keluar dari black hole, dan, karena energi untuk pembentukannya dipinjam dari medan gravitasi black hole dan belum dibayar kembali, black hole itu akan terlihat menyusut. Begitu menyusut, black hole semakin panas dan beradiasi semakin cepat, menurut kalkulasi Dr. Hawking, sampai akhirnya meledak. Kematian black hole merupakan keprihatinan yang sedikit berguna. Black hole umumnya berlangsung selama 1064 tahun, triliunan kali umur alam semesta.
77
Dr. JOHN ARCHIBALD WHEELER
Mengintai Gerbang Waktu
P
RINCETON, N.J., 5 Maret – Akhirnya sampai pada kesimpulan ini. Di satu sudut adalah Dr. John Archibald Wheeler, 90 tahun, pensiunan proesor sika di Princeton dan Universitas Texas, diperlengkapi serentetan alat bantu dengar, segenggam kapur warna, kesopan-santunan yang tak kunjung padam, kepandaian bermetaora ala penyair, rasa tanggung jawab yang gigih, dan sekompi pemikir-pemikir besar. Di sudut lain adalah “naga besar berasap”, sebutan yang kadangkadang digunakan Dr. Wheeler untuk salah satu misteri tertinggi di alam. Yaitu kemampuan, menurut hukum mekanika quantum yang mengatur urusan subatom, sebuah partikel seperti elektron untuk eksis dalam status kemungkinan berkabut – di suatu tempat, di semua tempat, atau tak di manapun sama sekali – sampai diklik menjadi eksis oleh detektor laboratorium atau bola mata. Dr. Wheeler menduga bahwa ketidakpastian quantum ini, demikian itu lebih dikenal, adalah kunci untuk memahami mengapa segala sesuatu eksis, bagaimana sesuatu, alam semesta beserta hukumnya, bisa berasal dari kenihilan. Atau, sebagaimana dia senang mengatakannya dalam ungkapan yang dia pungut sebagai mantera: “Bagaimana ada quantum? Bagaimana ada eksistensi?” Berdiri dekat jendela di kantornya di lantai tiga Princeton’s Jadwin Hall baru-baru ini, Dr. Wheeler menunjuk pada pohon-pohon yang bersemi dan kubah hijau gedung astronomi di kejauhan. “Kita semua terhipnotis hingga berpikir ada sesuatu di luar sana,” katanya. Seminggu dua kali dia naik bis dari rumah peristirahatannya tak jauh dari Hightstown untuk duduk di sini di bawah gambar Albert Einstein dan Niels Bohr, kutub kembar dalam kehidupan sainsnya, dan berhadapan muka dengan keanaan dunia mirip naga, mendiktekan pemikirannya kepada sekretarisnya, Emily Bennett.
78 “Waktu yang tersisa untuk saya di bumi terbatas,” tulisnya baru-baru ini. “Dan pertanyaan penciptaan begitu berat sampai saya hampir tidak bisa berharap menjawabnya dalam waktu yang tersisa untuk saya. Tapi setiap Selasa dan Kamis saya akan menuliskan jawaban terbaik yang saya bisa, sambil membayangkan bahwa saya sedang disiksa.” Dia tidak sedang berilusi tentang siapa yang akan memenangkan konrontasi. Sebuah serangan jantung pada tahun lalu telah memakan korban, dan dia mengakui bahwa pemikirannya terragmen, gagasan demi gagasan, sebagaimana dia senang mengatakannya, dan bukan untuk kolega-koleganya di masa sekarang tapi untuk bergenerasi-generasi kolega di sepanjang masa. Itulah yang dia kerjakan sepanjang hidupnya. Dr. Wheeler membantu menjelaskan si nuklir bersama Bohr, memperdebatkan teori quantum dengan Einstein, bersedia membuat bom atom dan hidrogen dan mempelopori studi atas apa yang kemudian dijulukinya sebagai black hole. Sepanjang hidup, dia memperturutkan seleranya terhadap kembang api dan berbuat kenakalan dan menjadi sikawan penyair paling trendi dalam generasinya, menggunakan metaora seeekti kalkulus hingga membuat murid-murid dan koleganya terpesona dan mengirim mereka, menyalakan pikiran, menuju barikade untuk berhadapan dengan alam. Ungkapan-ungkapan yang diciptakan Dr. Wheeler merupakan semacam jejak uap yang menandai jalur aspirasi sika dalam beberapa dekade terakhir: di antaranya black hole, buih quantum, hukum tanpa hukum. “Gambaran utama dirinya ialah bahwa dia merupakan seorang visioner,” kata Dr. Kip Thorne, proesor sika di Caliornia Institute o Technology yang merupakan murid Dr. Wheeler di Princeton. “Dia mencoba melihat lebih jauh di atas horizon dibanding kebanyakan orang lewat intuisi sikanya.” “Dia mengembalikan kesenangan ke dalam sika,” kata Dr. Max Tegmark, kosmolog di Universitas Pennsylvania yang baru-baru ini berkolaborasi dengan Dr. Wheeler, mengungkap alasan-alasan mengapa ilmuwan menyukai Wheeler. Fisikawan, katanya, biasanya enggan membicarakan Really Big Questions, seperti mengapa ada eksistensi, karena khawatir dicap rapuh. “Dia mengajari kita untuk tidak takut,” kata Dr. Tegmark. Inilah masa perayaan bagi Dr. Wheeler dan masa penuaian panen dari benih-benih inspirasi selama bergenerasi-generasi. Battelle Memorial Institution o Columbus, Ohio, telah mendonasikan $3 juta untuk
79 menganugerahkan guru besar sika atas nama Dr. Wheeler di Princeton, yang merayakan ulang tahun Dr. Wheeler dengan simposium sehari penuh pada bulan Juli lalu, dan merencanakan acara yang lebih besar. Really Big Questions yang disukai Dr. Wheeler akan dibahas ketika ilmuwan-ilmuwan terkemuka berkumpul di sebuah pusat konerensi di sini dalam simposium penghormatan, pada 16 Maret, yang berjudul sederhana, “Science and Ultimate Reality”, yang disponsori oleh John Templeton Foundation dan Peter Gruber Foundation Cosmology Prize. RAJA FILSUF: PERCAKAPAN BOHR SISAKAN TANDA YANG TAK DAPAT DIHAPUS
Dr. Wheeler pernah menyamakan dirinya dengan Daniel Boone, yang merasa terpaksa berjalan terus ke teritori baru setiap kali seseorang merapat satu mil dengannya. Dalam sika nuklirlah, sains inti padat atom-atom yang mendengung, dia pertama kali membuat tandanya. Dilahirkan pada 9 Juli 1911 di Jacksonville, Fla., anak tertua dalam sebuah keluarga pustakawan, dia memperoleh Ph.D sikanya dari Universitas John Hopkins di usia 21 tahun. Setahun kemudian, setelah bertunangan dengan kenalan lama, Janette Hegner, hanya setelah tiga kali kencan – mereka telah menikah selama 67 tahun dan mempunyai 3 orang anak, 8 cucu, dan 9 cicit – Dr. Wheeler berlayar menuju Kopenhagen. Di sana, Bohr tengah memimpin sebuah insitut riset kecil-kecilan dan bertindak sebagai raja lsu sebuah revolusi yang telah menggoncangkan sika dan akal sehat sampai tulang sumsum pada dekade sebelumnya. Batu pijak revolusi tersebut adalah prinsip ketidakpastian, diajukan oleh Werner Heisenberg di tahun 1927, yang menetapkan batas undamental pada apa yang bisa diketahui dari alam, yang menyatakan, contohnya, bahwa adalah mustahil, sekalipun secara teori, untuk mengetahui kecepatan dan posisi sebuah partikel subatom secara sekaligus. Mengetahui salah satunya akan merusak kemampuan untuk mengukur yang lainnya. Alhasil, sebelum teramati, partikel dan peristiwa subatom eksis dalam semacam awan kemungkinan, naga berasap. Dalam beberapa pengertian, tak ada partikel atau enomena riil, kata Bohr, hingga ia menjadi enomena teramati. Tahun yang dihabiskan di Kopenhagen untuk menyaksikan Bohr bergulat dengan paradoks-paradoks dunia quantum adalah permulaan hubungan abadi yang meninggalkan sebuah tanda yang tak dapat dihapus.
80 “Anda boleh bicara tentang orang-orang seperti Buddha, Yesus, Musa, Konusius, tapi hal yang membuat saya yakin bahwa orang-orang semacam itu eksis adalah percakapan dengan Bohr,” kata Dr. Wheeler kemudian. Pada Januari 1939, ketika Bohr datang mengunjungi AS, Dr. Wheeler, sang proesor muda Princeton, menghampiri kapalnya. Dalam beberapa minggu keduanya telah merancang sebuah teori tentang bagaimana si nuklir, yang baru saja ditemukan di Jerman, bekerja. Dalam model mereka, nukleus adalah seperti tetesan cair yang mulai bervibrasi ketika neutron mengenainya, memanjang menjadi berbentuk kacang tanah yang kemudian terbelah dua, menyemburkan energi dan partikel. Dr. Wheeler selanjutnya larut dalam Manhattan Project untuk membuat sebuah bom atom. Tapi dia masih menyalahkan dirinya atas ketertundaan selama dua tahun antara tahun 1939 ketika Einstein menulis sebuah surat untuk mendesak Presiden Franklin D. Roosevelt guna memulai sebuah proyek bom dan ketika itu dimulai. Seandainya perang berakhir dua tahun lebih awal, katanya, jutaan nyawa mungkin telah terselamatkan, termasuk seorang adiknya, Joe, yang tewas bertempur di Italia, tapi dia cukup tahu apa yang sedang berlangsung dalam sika sehingga sempat mengirim sebuah kartu kepada kakaknya ini pada tahun 1944 yang berbunyi, “Cepat!” Dr. Wheeler memotong cuti panjang di Paris tahun 1950 untuk kembali ke AS dan membantu Dr. Edward Teller mengembangkan bom hidrogen. Atas kecerobohannya, Dr. Wheeler pernah ditegur secara resmi oleh Presiden Dwight D. Eisenhower karena menghilangkan sebuah dokumen rahasia di kereta, tapi berikutnya dia dihormati oleh Presiden Lyndon B. Johnson dalam sebuah upacara Gedung Putih. GERBANG WAKTU: JALAN BUNTU PANDANGAN KOSMIK YANG PARADOKS
Dalam kehidupan akademis, Dr. Wheeler merasa dirinya terpancing meninggalkan sika nuklir karena teori-teori dari penghuni Princeton lainnya, Einstein. Keduanya kadang-kadang membicarakan teori quantum, yang menurut Einstein bersiat acak, tapi yang membangkitkan minat Dr. Wheeler adalah teori relativitas Einstein. Gravitasi, menurut pandangan Einstein, hanyalah geometri ruangwaktu, yang melengkung atau “ curved” dengan kehadiran materi atau energi, seperti matras yang melengkung karena orang besar dan kuat yang berbaring di atasnya.
81 Bagian yang paling menarik perhatian Dr. Wheeler adalah prediksi yang terkandung dalam persamaan tersebut: materi, katakanlah di sebuah bintang mati, bisa kolaps menjadi timbunan yang begitu padat sehingga cahaya sekalipun tidak bisa melepaskan diri darinya, hingga akhirnya meremas dirinya sendiri sampai lenyap. Di pusatnya, ruang melengkung tak terhingga, dan sebagaimana dikatakan Dr. Wheeler, “asap keluar dari komputer”. Ruang, waktu, dan bahkan hukum sika sendiri berhenti berungsi di jalan buntu kosmik ini, yang disebut singularitas. Dr. Wheeler menetapkan misi untuk menyiagakan seluruh koleganya terhadap pandangan sika paradoks yang memprediksikan kematiannya sendiri. Dr. Wheeler menjadikan Princeton sebagai pusat riset relativitas umum, sebuah bidang yang hampir menemui ajal gara-gara keterpisahannya dari eksperimen laboratorium, di AS. “Dia meremajakan kembali relativitas umum,” kata Dr. Freeman Dyson, teoris di Institute or Advanced Study, di kota seberang Princeton. Pada tahun 1967, dalam sebuah konerensi di New York City, barulah Dr. Wheeler, yang menerima usulan yang diserukan audiens, menemukan nama “black hole” untuk mendramatisasi kemungkinan mengerikan bagi bintang dan sika ini. Black hole “mengajari kita bahwa ruang bisa digumalkan seperti sehelai kertas menjadi noktah innitesimal (sangat kecil), bahwa waktu bisa dipadamkan seperti api yang padam, dan bahwa hukum sika yang kita anggap ‘sakral’, tak dapat diubah, adalah sama sekali tidak demikian,” katanya kemudian dalam otobiogranya tahun 1998, “ Geons, Black Holes & Quantum Foam: A Lie in Physics”, yang ditulis bersama Dr. Kenneth Ford, bekas muridnya dan pensiunan direktur American Institute o Physics. Selain itu, nasehat Dr. Wheeler, kemacetan sika tidak bisa diputuskan di sebuah bintang mati yang jauh. Dia menjelaskan bahwa ruang dan waktu pun harus patuh pada prinsip ketidakpastian. Ketika memandang pada skala yang sangat kecil atau kelahiran Big Bang yang mampat, apa yang terlihat begitu lembut dan continuous (tersambung), seperti samudera yang dilihat dari pesawat, akan menjadi discontinuous (terputus), larut seperti istana pasir kering menjadi titik-titik dan wormhole-wormhole tak terhubung yang berantakan yang dijuluki oleh Dr. Wheeler sebagai “buih quantum”. Dalam beberapa hal, black hole atau “gerbang waktu”, demikian dia kemudian menyebutnya, berada di mana-mana, di bawah kuku tangan kita,
82 berkat prinsip ketidakpastian, dan karenanya juga merupakan isu tentang dari mana hukum sika berasal. Pada 1970-an, Dr. Wheeler bersiap untuk jalan terus. Dihadapkan dengan perintah pensiun dari mengajar di Princeton, dia pindah ke Universitas Texas, di mana dia beralih ke bidang yang sangat kecil, yaitu quantum, dengan semangat dan keasihan berbicara yang pernah dia curahkan pada black hole. “Relativitas itu mengasyikkan tapi tidak mengejutkan, tidak istimewa,” katanya suatu kali kepada Dr. Ford. “Teori quantum masih menjadi misteri; ini adalah tantangan lebih besar bagi abad 21.” Satu gagasan yang diselidiki olehnya dan koleganya adalah pendapat bahwa alam semesta merupakan sebuah komputer raksasa dan bahwa teori quantum bisa diperoleh dari teori inormasi, logika bit dan byte. Penelitian itu berlanjut, dan kelak menjadi salah satu topik diskusi utama di Princeton. IT FROM BIT: PERKATAAN EINSTEIN DITATAH PADA BATU Diharuskan mengurangi kegiatan setelah operasi bypass, Dr. Wheeler pindah
ke sebuah rumah peristirahatan dekat Princeton pada tahun 1986. Dalam sebuah perjalanan makan siangnya baru-baru ini, Dr. Wheeler membawa seorang pengunjung mengambil jalan memutar melewati bangunan bata merah berumur tua yang pernah dikenal sebagai Fine Hall, kini Jones Hall, menunjukkan kantor-kantor yang pernah ditempati oleh dirinya, Einstein, dan Bohr pada tahun 1939. Di seberang aula itu terdapat sebuah lounge dengan deretan jendela, soa kulit, dan perapian berukiran tulisan dari Einstein pada papannya. “Raniert ist der Herr Gott, aber Boshat ist er nicht,” kata Dr. Wheeler, membaca. Lantas ia menerjemahkannya, kira-kira, “ God is clever, but he’s not malicious” (Tuhan itu cerdik, tapi tidak jahat). Ketika ditanya apakah dirinya setuju, Dr. Wheeler mengangguk, lalu mengacungkan tinjunya sebagai penegasan. Kembali ke kantornya, Dr Wheeler menyibukkan diri di depan papan tulis dengan sebuah diagram yang merupakan simbol keganjilan quantum, dan simbol harapannya untuk mengkonstruksi model alam semesta beserta hukumnya yang “kacau-balau”, sebagaimana dia senang menyebutnya, dari kenihilan.
83 Ini disebut eksperimen double slit. Di dalamnya, sebuah elektron atau partikel lain terbang ke arah screen bersepasang slit. Di belakang screen ada sikawan yang mempunyai dua pilihan eksperimen. Yang satu akan menunjukkan bahwa elektron adalah sebuah partikel dan melewati salah satu slit; yang lain akan menunjukkan bahwa ia adalah sebuah gelombang dan melewati kedua slit, menghasilkan pola intererensi. Elektron akan menjadi salah satu dari keduanya (partikel atau gelombang) tergantung pada pilihan pelaksana eksperimen. Ini cukup ganjil, tapi di tahun 1978 Dr. Wheeler menjelaskan bahwa pelaksana eksperimen dapat menunggu sampai elektron melewati slit sebelum memutuskan detektor mana yang digunakan dan apakah itu merupakan partikel atau gelombang. Praktisnya, dalam eksperimen “pilihan tertunda” ini, sikawan akan berpartisipasi dalam menciptakan masa lalu. Dalam sebuah paper tahun 1993, Dr. Wheeler menyamakan partikel seperti itu dengan “naga besar berasap”, yang ekornya berada di slit masuk chamber sementara giginya berada di detektor, tapi di antara itu – sebelum ia “terdatar” di detektor sebagai sebuah enomena – terdapat awan, probabilitas berasap. Barangkali masa lalu itu sendiri adalah naga berasap yang sedang menanti persepsi (tanggapan) kita. Dia penasaran apakah eksperimen “pilihan tertunda” tersebut adalah resep tentang bagaimana alam semesta bisa dibangun dari inormasi, seperti dalam game 20 pertanyaan kosmik, serangkaian keputusan ya-tidak yang dihasilkan dari miliaran pengamatan quantum. Ini adalah sebuah konsep yang telah dikenal dengan banyak nama dalam beberapa dekade terakhir, mulai dari “genesis by observership” sampai “participatory universe”, dan mode terbaru, “ it rom bit”. Umumnya terdapat sebuah diagram, sebenarnya sebuah kartun, yang terdiri dari sebuah U besar dengan sebuah bola mata di atas salah satu tangkai yang menoleh ke tangkai lain. Ujung U kurus tidak berhiasan adalah Big Bang, jelas Dr. Wheeler, menelusurkan jarinya sepanjang putaran. “Model alam semesta dimulai dari [bentuk] kurus dan kemudian membesar,” katanya. “Akhirnya itu membangkitkan kehidupan dan akal dan kemampuan untuk mengamati, dan lewat tindakan pengamatan terhadap hari-hari pertama, kita memberikan realitas pada hari-hari pertama itu.”
84 Sebuah petikan bertanggal 29 Januari 2002 dari jurnal Dr. Wheeler berbunyi: “Tak ada ruang, tak ada waktu, tak ada gravitasi, tak ada elektromagnetisme, tak ada partikel. Kita kembali ke masa di mana Plato, Aristoteles, dan Parmenides bergulat dengan pertanyaan-pertanyaan besar: Bagaimana Ada Alam Semesta, Bagaimana Ada Kita, Bagaimana Ada Segala Sesuatu? Tapi untunglah kita hampir memiliki jawaban atas pertanyaan ini. Yaitu kita.” Ini adalah pendapat yang terlalu mencolok bahkan untuk seorang petualang seperti Dr. Wheeler. Tapi sebagaimana dikatakan Dr. Thorne, rekam jejak Dr. Wheeler dengan gagasan-gagasan gilanya herannya sangat bagus. Salah satu gagasan itu telah membawa pada penganugerahan Hadiah Nobel untuk murid Dr. Wheeler, Dr. Richard Feynman, sikawan Caltech terkemuka. Dr. Thorne mengingat perkataan Dr. Feynman kepada dirinya suatu kali, “Beberapa orang berpikir Wheeler menjadi gila dalam tahun-tahun terakhirnya, padahal dia memang senantiasa gila.”
85
REALITAS MATEMATIKA
Persamaan Sains Paling Memikat: Keindahan sama dengan Kebenaran
P
ADA musim gugur tahun 1915, Albert Einstein, yang hidup di tengahtengah kekacauan sebagai bujangan dengan kopi, rokok, dan kesendirian di Berlin, hampir menuliskan sentuhan akhir pada teori gravitasi baru yang telah dia kejar melalui labirin matematika dan logika selama hampir satu dekade. Tapi pertama-tama dia harus mengetahui apa yang harus dikatakan teorinya tentang planet Merkurius, yang orbitnya di sekitar Matahari bertentangan dengan keakuratan Newtonian yang sudah lama mengatur kosmos dan sains. Hasilnya adalah semacam “ boing” kosmik yang mengubah kehidupannya. Teori relativitas umum Einstein, demikian dikenalnya, menjelaskan gravitasi sebagai ruang-waktu yang melengkung. Teori itu tidak punya aktor – tak ada angka untuk diputar-putar. Ketika kalkulasi menetapkan orbit Merkurius, jantung Einstein berdebar. Sesuatu di dalam dirinya membentak, cerita dia kemudian, dan keraguan yang pernah dia rasakan atas teorinya berubah menjadi apa yang disebut seorang teman sebagai “keyakinan liar”. Dia selanjutnya bercerita kepada seorang murid bahwa akan “sangat buruk bagi Tuhan” jika nantinya teori itu terbantahkan. Pengalaman melewati jalan panjang meyakinkan Einstein bahwa matematika bisa menjadi kawat telegra menuju Tuhan, dan dia menghabiskan sebagian besar sisa hidupnya dalam pengejaran—yang semakin abstrak dan akhirnya sia-sia—teori sika terpadu/nal ( unied theory o physics). Jarang memang ilmuwan yang tidak tergoda oleh keindahan persamaannya sendiri dan tercengang oleh apa yang pernah disebut sikawan Dr. Eugene Wigner (dari Princeton) sebagai “keeektian matematika yang tak masuk akal” dalam menjelaskan dunia. Surutnya bulan tiada akhir, warna khayali pelangi, kuatnya gelombang kejut nuklir, semuanya dapat diterangkan oleh goresan-goresan di atas sehelai kertas, yaitu persamaan. Setiap kali pesawat mendarat dengan aman dan
86 tepat waktu, komputer mem- booting up, atau kue terbuat dengan benar, keajaiban tercipta berulang-ulang. “Hal yang paling tidak dapat dimengerti dari alam semesta adalah bahwa ia dapat dimengerti,” ucap Einstein. Matematika adalah bahasa sika, tapi apakah ia bahasa Tuhan? Matematikawan sering mengatakan bahwa mereka merasa seolaholah teorema-teorema dan hukum-hukum mereka mempunyai satu realitas objekti, seperti alam gagasan sempurnanya Plato, yang tidak mereka ciptakan atau konstruksi sesederhana mereka temukan. Tapi penyamaan matematika dengan realitas, kata yang lain, mengirimkan arena pengalaman yang luas menuju kegelapan. Belum ada penjelasan matematis atas kehidupan, cinta, dan kesadaran. “Sepanjang hukum matematika merujuk realitas, ia tidaklah pasti; dan sepanjang ia pasti, ia tidak merujuk realitas,” kata Einstein. Dia tetap berpendapat bahwa menjelaskan prinsip ilmiah kepada seorang anak melalui perkataan seharusnya mungkin, tapi pengikutnya sering bersikeras bahwa perkataan saja tidak dapat menyampaikan keagungan sika, bahwa ada satu keindahan yang hanya terlihat oleh ahli matematika. Keindahan tidak manusiawi itulah yang sudah lama menjadi daya tarik bagi sikawan, kata Dr. Graham Farmelo, sikawan di Science Museum di London dan editor buku “ It Must Be Beautiul: Great Equations o Modern Science”. “Anda dapat menuliskannya pada telapak tangan Anda dan itu membentuk alam semesta,” ucap Dr. Farmelo mengenai persamaan gravitasi Einstein, persamaan yang mendebarkan jantung. Dia menyamakan perasaan memahami persamaan semacam itu dengan emosi yang Anda alami “ketika Anda mengambil kepemilikan sebuah lukisan atau syair besar.” Dengan harapan mengajak kita semua untuk memiliki suatu warisan intelektual kita, Dr. Farmelo merekrut ilmuwan, sejarawan, dan penulis sains untuk menulis tentang kehidupan dan sejarah 11 persamaan paling berpengaruh atau terkenal buruk dalam sains abad 20. Buku itu sebagian merupakan meditasi tentang keindahan matematika, mungkin sebuah konsep yang sulit bagi banyak rakyat Amerika sekarang karena mereka sedang menghadapi ormulir pajak mereka. Tapi sebagaimana ditekankan oleh Dr. Farmelo dalam sebuah wawancara, orang paling keras kepala sekalipun melihat keanggunan matematika secara sekilas saat, contohnya, mencocokkan buku cek.
87 Bayangkan bahwa pemotongan pajak Anda selalu sama persis dengan pajak yang harus Anda lunasi. Atau bahwa odometer mobil Anda selalu berbalik ke nol tak peduli seberapa jauh Anda telah berkendara. Peristiwa semacam itu adalah bukti pola-pola dalam urusan nansial Anda atau kebiasaan berkendara Anda yang mungkin berguna dalam mempersiapkan ormulir pajak atau menjadwalkan pemeliharaan mobil. Pola yang paling dijunjung tinggi dalam sika modern mutakhir adalah kesimetrian. Sebagaimana wajah dan kepingan salju yang indah dengan pola simetrisnya, begitu pula hukum sika yang dianggap lebih indah jika ia mempertahankan bentuk yang sama ketika kita mengubah sesuatu dengan, misalnya, pindah ke sisi lain alam semesta, membuat jam-jam berjalan mundur, atau memutar lab pada sebuah korsel. Persamaan yang bagus, kata Dr. Farmelo, semestinya merupakan pemampatan kebenaran tanpa simbol yang janggal. Dr. Farmelo mencari atribut-atribut seperti universalitas, kesederhanaan, ketakterelakkan, sebuah kekuatan dasar dan “logika granitis” dari hubungan yang dilukiskan oleh simbol-simbol itu. Contohnya, E = mc2 -nya Einstein, yang digambarkan oleh Dr. Peter Galison (sejarawan dan sikawan Harvard) dalam buku itu sebagai ”nama lain dari pengetahuan teknis dalam bentuk besar”, seraya menambahkan, “Ambisi kita akan sains, cita-cita kita untuk memahami, dan mimpi buruk kita akan kehancuran, terjejal dalam beberapa goresan pena.” Ketika sampai pada pencarian keindahan dalam sika, Einstein pun termasuk orang yang kikir dibandingkan dengan teoris Inggris, Paul Dirac, yang pernah mengatakan “lebih penting untuk menemukan keindahan dalam persamaan seseorang daripada harus mencocokkannya dengan eksperimen.” Sebuah esai karangan Dr. Frank Wilczek, proesor sika di Massachusetts Institute o Technology, menceriterakan bagaimana Dirac saat berusia 25 tahun mempublikasikan sebuah persamaan di tahun 1928 yang dimaksudkan untuk menjelaskan perilaku elektron, partikel unsur paling dasar dan ringan yang dikenal pada saat itu. Dirac sampai pada rumusnya dengan “bermain-main” dalam pencarian “matematika indah”, sebagaimana dia suatu kali katakan. Persamaan Dirac berhasil menggabungkan pedoman relativitas Einstein dengan pedoman mekanika quantum (kaidah radikal yang berlaku pada skala-skala sangat kecil), dan menjadi batu pijak sika sejak saat itu.
88 Tapi ada satu masalah. Persamaan tersebut mempunyai dua solusi, yang satu mewakili elektron, dan yang lain mewakili lawannya, sebuah partikel berenergi negati dan bermuatan positi, yang belum pernah terlihat atau dicurigai sebelumnya. Dirac akhirnya menyimpulkan bahwa elektron (dan itu berlaku pada semua partikel unsur lain) mempunyai seorang kembaran, antipartikel. Menurut interpretasi awal Dirac, seandainya elektron adalah bukit, gumpalan, di ruang, maka antipartikelnya, positron, adalah lubang – jika ditambahkan mereka berjumlah nol, dan mereka dapat diciptakan dan dimusnahkan dalam pasangan sebanding. Penciptaan dan pemusnahan tersebut kini merupakan urusan utama akselerator partikel dan sika high-energy. Persamaan Dirac telah memberi dunia pandangan pertamanya mengenai antimateri, yang menyusun, setidaknya secara prinsip, setengah alam semesta. Partikel antimateri pertama yang teramati, antielektron, ditemukan di tahun 1932, dan Dirac memenangkan Hadiah Nobel di tahun berikutnya. Prestasinya selalu terseret-seret sebagai Exhibit A dalam percekcokan untuk menunjukkan bahwa matematika memang betul-betul berkaitan dengan realitas. “Dalam sika modern, dan barangkali sepanjang sejarah intelektual, tidak ada episode yang lebih baik dalam mengilustrasikan siat kreati pemikiran matematika dibanding sejarah persamaan Dirac,” tulis Dr. Wilczek. Jika ditilik kembali, tulis Dr. Wilczek, apa yang coba dilakukan Dirac adalah mustahil secara matematis. Tapi, seperti tawon besar yang tidak tahu dirinya tidak bisa terbang, melalui serangkaian asumsi inkonsisten, Dirac menggali rahasia alam semesta. Dirac mulai menganggap elektron dan lawannya, si “lubang”, sebagai entitas undamental yang harus dijelaskan, tapi akta bahwa mereka bisa diciptakan dan dimusnahkan mengandung arti bahwa mereka sebenarnya adalah partikel ana yang bisa dihidupkan dan dimatikan seperti lampu senter, jelas Dr. Wilczek. Yang tetap menjadi subjek persamaan Dirac dan realitas utama sika partikel, katanya, adalah medan, dalam kasus ini medan elektron, yang merembesi ruang. Elektron dan lawannya hanyalah maniestasi singkat medan ini, seperti kepingan salju dalam badai. Namun, teori medan quantum ini (demikian itu dikenal) harus melompat melewati hoop matematis yang sama dengan elektronnya Dirac,
89 salah satu katedral sains, dan dengan demikian persamaan Dirac bisa bertahan. “Saat sebuah persamaan bisa sesukses persamaan Dirac, artinya tidak mungkin keliru,” tulis Dr. Steven Weinberg, peraih Nobel sika tahun 1979 dari Universitas Texas, dalam kalimat penutup buku Dr. Farmelo. Memang, sebagaimana telah dijelaskan Dr. Weinberg dalam sebuah buku sebelumnya, kekeliruan seringkali terdapat dalam kurangnya kita menaruh keyakinan terhadap persamaan-persamaan kita. Pada akhir 1940an, sekelompok teoris di Universitas George Washington yang dipimpin oleh Dr. George Gamow mengkalkulasikan bahwa kelahiran alam semesta dalam sebuah Big Bang menyisakan ruang angkasa penuh radiasi panas, tapi mereka tidak memikirkan hasil kalkulasi tersebut secara serius untuk menyusun penyelidikan radiasi. Satu kelompok lain kemudian menemukannya secara kebetulan di tahun 1965 dan memenangkan Hadiah Nobel. Menganalisa selang waktu ini, dalam bukunya, “ The First Three Minutes” (1997), Dr. Weinberg menulis: “Ini acapkali terjadi dalam sika. Kekeliruan kita bukanlah bahwa kita terlalu serius memikirkan teori-teori kita, melainkan kita tidak memikirkannya dengan cukup serius. Selalu sulit untuk menyadari bahwa angka-angka dan persamaan-persamaan yang kita mainkan di meja kita ini memiliki kaitan dengan dunia riil.”
90
KUTIPAN
A Famous Einstein ‘Fudge’ Returns to Haunt Cosmology, By Dennis Overbye. May 26, 1998, Late Edition – Final, Section F, Page 1, Science Desk. Quantum Theory Tugged, And All o Physics Unraveled, By Dennis Overbye. December 12, 2000, Late Edition – Final, Section F, Page 1, Science Desk. Essay; In the New Physics, No Quark Is an Island, By Dennis Overbye. March 20, 2001, Late Edition – Final, Section F, Page 1, Science Desk. From Light to Darkness: Astronomy’s New Universe, By Dennis Overbye. April 10, 2001, Late Edition – Final, Section F, Page 1, Science Desk. Beore the Big Bang, There Was…What?, By Dennis Overbye. May 22, 2001, Late Edition – Final, Section F, Page 1, Science Desk. Theorists o Inner Space Look to Observers o Outer Space, By Dennis Overbye. June 12, 2001, Late Edition – Final, Section F, Page 5, Science Desk. Cracking the Cosmic Code With a Little Help From Dr. Hawking, By Dennis Overbye. December 11, 2001, Late Edition – Final, Section F, Page 5 Science Desk. The End o Everything, By Dennis Overbye. January 1, 2002, Late Edition – Final, Section F, Page 1, Science Desk. Dark Matter, Still Elusive, Gains Visibility, By Dennis Overbye. January 8, 2002, Late Edition – Final, Section F, Page 1, Science Desk. Breakthrough Is Still an Enigma, By Dennis Overbye. January 22, 2002, Late Edition – Final, Section F, Page 1, Science Desk. Peering Through the Gates o Time, By Dennis Overbye. March 12, 2002, Late Edition – Final, Section F, Page 1, Science Desk. The Most Seductive Equation in Science: Beauty Equals Truth, By Dennis Overbye. March 26, 2002, Late Edition – Final, Section F, Page 5, Science Desk.
91
SESA NA
Sebagai orang awam, rasanya kita mulai memahami mengapa terdapat kesimpulan yang menyebutkan bahwa alam semesta ini tidak diciptakan, kebetulan, muncul begitu saja, kekal selamanya. Setiap kata di buku ini ditulis. Meskipun Anda menjadi malaikat atau bahkan menjadi komunis atau atheis hanya agar sebuah huru di buku ini muncul dengan sendirinya, itu tidak akan terjadi. Namun rupanya analogi tersebut tidak bisa Anda ajukan begitu saja kepada ilmuwan karena mereka melihat kehalusan luar biasa di alam semesta. Seolah-olah kemunculan kita di alam semesta adalah sebuah keharusan. Jadi, untuk mudahnya kita dapat mengatakan: "ALLAH adalah yang Haq." Rasulullah SAW bersabda: Bait syair (puisi) paling bagus yang pernah diucapkan oleh orang-orang Arab adalah bait syair Labid: "Ketahuilah, segala sesuatu selain Allah adalah batil." Wajar jika orang-orang non-Muslim tidak mengenal apa itu Haq. Perkataan Rasulullah ini adalah jawaban singkat yang nyata bagi orang-orang kar.
NUHUN KA
Dan Allah menciptakan langit dan bumi dengan tujuan yang benar dan agar dibalasi tiap-tiap diri terhadap apa yang dikerjakannya, dan mereka tidak akan dirugikan. (QS. Al-Jaatsiyah [45]: 22) Rasulullah saw. ditanya: "Wahai Rasulullah! Apakah sudah diketahui orang yang akan menjadi penghuni surga dan orang yang akan menjadi penghuni neraka?" Rasulullah saw. menjawab: "Ya." Kemudian beliau ditanya lagi: "Jadi untuk apa orang-orang harus beramal?" Rasulullah saw. menjawab: "Setiap orang akan dimudahkan untuk melakukan apa yang telah menjadi takdirnya." (HR. Muslim)
Mereka akan bertanya kepadamu (Muhammad) tentang Dzulkarnain. Katakanlah: “Aku akan bacakan kepadamu cerita tentangnya.” | Sesungguhnya Kami telah memberi kekuasaan kepadanya di (muka) bumi, dan Kami telah memberikan kepadanya jalan (untuk mencapai) segala sesuatu, | maka diapun menempuh suatu jalan. | Hingga apabila dia telah sampai ke tempat terbenam matahari, dia melihat matahari terbenam di dalam laut yang berlumpur hitam, dan dia mendapati di situ segolongan umat. Kami berkata: “Hai Dzulkarnain, kamu boleh menyiksa atau boleh berbuat kebaikan terhadap mereka.” | Berkata Dzulkarnain: “Adapun orang yang aniaya, maka kami kelak akan mengazabnya, kemudian dia kembalikan kepada Tuhannya, lalu Tuhan mengazabnya dengan azab yang tiada taranya. | Adapun orang-orang yang beriman dan beramal saleh, maka baginya pahala yang terbaik sebagai balasan, dan akan kami titahkan kepadanya (perintah) yang mudah dari perintah-perintah kami.” | Kemudian dia menempuh alan (yang lain). | Hingga apabila dia telah sampai ke tempat terbit matahari (sebelah Timur) dia mendapati matahari itu menyinari segolongan umat yang Kami tidak menjadikan bagi mereka sesuatu yang melindunginya dari (cahaya) matahari itu, | demikianlah, dan sesungguhnya ilmu Kami meliputi segala apa yang ada padanya. | Kemudian dia menempuh suatu jalan (yang lain lagi). | Hingga apabila dia telah sampai di antara dua buah gunung, dia mendapati di hadapan kedua bukit itu suatu kaum yang hampir tidak mengerti pembicaraan. | Mereka berkata: “Hai Dzulkarnain, sesungguhnya Ya’juj dan Ma’juj itu orang-orang yang membuat kerusakan di muka bumi, maka dapatkah kami memberikan sesuatu pembayaran kepadamu, supaya kamu membuat dinding antara kami dan mereka?” | Dzulkarnain berkata: “Apa yang telah dikuasakan oleh Tuhanku kepadaku terhadapnya adalah lebih baik, maka tolonglah aku dengan kekuatan (manusia dan alat-alat), agar aku membuatkan dinding antara kamu dan mereka, | berilah aku potongan-potongan besi.” Hingga apabila besi itu telah sama rata dengan kedua (puncak) unung itu, berkatalah Dzulkarnain: “Tiuplah (api itu).” Hingga apabila besi itu sudah menjadi (merah seperti) api, diapun berkata: “Berilah aku tembaga (yang mendidih) agar aku tuangkan ke atas besi panas itu.” | Maka mereka tidak bisa mendakinya dan mereka tidak bisa (pula) melubanginya. | Dzulkarnain berkata: “Ini (dinding) adalah rahmat dari Tuhanku, maka apabila sudah datang janji Tuhanku, Dia akan menjadikannya hancur luluh; dan janji Tuhanku itu adalah benar.” Kadang sabar itu memanas seperti api... Kadang amarah itu mengalir seperti air...
“A t, ei k k uh , k is nu pet lni. D k bac uh kma b, k ei h by t bnnk y. D egl yn bac k ua i d ja h es d ua.” (Jos Gar d Klu Ha)
