mandegar.info
Sejak zaman dahulu ilmu fisika telah dipelajari untuk mengamati pergerakan benda-benda di alam semesta, mulai dari pegerakan bintang-bintang di angkasa, pergerakan benda yang selalu jatuh menuju ke bawah, pergerakan muncul dan hilangnya bulan dan bintang, dan sebagainya.
Memprediksi gerakan dari benda-benda di alam semesta adalah misi utama dari ilmu fisika. Ilmu fisika sendiri telah dipelajari sekitar 2400 SM silam hingga sekarang. Seiring dengan berjalannya waktu prediksi gerakkan dari benda-benda tersebut semakin akurat dan presisi, karena alat yang digunakan untuk meneliti lebih canggih dari sebelumnya.
Era fisika terbagi menjadi 2, yaitu era fisika klasik yang berkembang sebelum tahun 1900 M dan era fisika modern yang berkembang 1900 M hingga sekarang. Kontribusi terbesar dari fisika klasik diberikan oleh Newton, yang melahirkan cabang ilmu fisika paling dasar yaitu mekanika klasik. Newton juga mengembangkan ilmu matematika yang merupakan ‘bahasa’ dari fisika, yaitu kalkulus.
Di era fisika klasik banyak cabang baru di fiska yang muncul selain mekanika klasik, seperti termodinamika, optik, dan elektromagnetika. Sedangkan di era fisika modern ditandai dengan ditemukannya teori relativitas khusus oleh Albert Einstein.
Perbedaan era ini disebabkan oleh sudut pandang mengamati kelajuan benda-benda di alam semesta. Newton dapat menjelaskan pergerakkan benda-benda di alam semesta yang kelajuannya jauh dibawah kelajuan cahaya (kelajuan cahaya = 300.000 kilometer per detik) sedangkan Albert Einstein mampu menjelaskan pergerakan benda-benda di alam semesta yang kelajuannya dibawah kelajuan cahaya dan yang kelajuannya mendekati kelajuan cahaya.
Begitulah pekerjaan ilmuwan fisika, selalu menyempurnakan teori-teori terdahulu untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat dan presisi.
Era fisika modern juga melahirkan cabang baru di ilmu fisika yaitu mekanika kuantum. Sederhananya, mekanika kuantum adalah cabang ilmu fisika yang fokus utamanya mengamati pergerakan benda-benda yang mikroskopik, seukuran atom dan sub-atom.
Lahirnya mekanika kuantum membawa dunia baru dalam ilmu fisika, pada dunia makroskopik pergerakan benda diprediksi berdasarkan pengamatan atau konsep dahulu baru dijelaskan ke dalam persamaan matematis, sedangkan pada dunia mikroskopik (mekanika kuantum) pergerakan benda diprediksi berdasarkan model persamaan matematis dahulu baru dijelaskan konsep apa yang kira-kira cocok dengan model tersebut.
Fisikawan mencoba membangun sebuah model atau teori yang kompatibel di dunia makroskopik maupun mikroskopik, salah satu teori yang paling kontroversial adalah teori relativitas umum Einstein.
Teori relativitas umum adalah teori gravitasi yang paling baru, hasil dari penyempurnaan teori gravitasi Newton. Bagaimana gravitasi bekerja ? Newton pasti bisa menjawabnya, tetapi jika pertanyaannya diubah menjadi kenapa gravitasi itu ada ? Maka Newton pasti tak mampu untuk menjawab.
Albert Einstein menjawab pertanyaan ini dengan melihat gravitasi sebagai perwujudan dari kelengkungan ruang dan waktu akibat massa atau kerapatan dari suatu benda, jika ruang melengkung maka waktu pun akan melengkung juga (saling mempengaruhi). Berikut ini adalah contoh ilustrasi dari teori relativitas umum Einstein
Seandainya kita gerakan sebuah bola yang bernama ‘bulan’ ke dalam ilustrasi tersebut maka bulan akan bergerak mengitari bumi di dalam ruang-waktu yang dilengkungkan oleh bumi.
Waktu akan berjalan sangat lambat di ruang yang sangat melengkung, contohnya seperti di Black Hole.
Gravitasi yang sangat besar ini menarik objek disekelilingnya, termasuk cahaya. Cahaya pun tidak dapat lolos. Pada jarak tertentu dari black hole, cahaya hanya melayang-layang saja di tempat tersebut, karena terlalu lemah untuk melarikan diri. Jarak ini disebut Event-Horizon atau horison peristiwa. Dinamai demikian karena diyakini bahwa bila cahaya berhenti, maka waktupun ikut berhenti di tempat itu.
Dalam dunia mikroskopik (mekanika kuantum) gravitasi seolah-olah tak punya efek, karena kekuatannya yang sangat lemah. Dari sinilah lahir teori baru yang mencoba menghubungkan antara teori kuantum dengan teori gravitasi, yaitu teori kuantum gravitasi.
Sebelum mendalami tentang teori kuantum gravitasi, terlebih dahulu kita pahami mengenai istilah kontinyu dan diskrit.
Kontinyu artinya dapat bernilai berapa saja (tidak terpotong-potong) seperti lengkungan kurva gravitasi pada skala makroskopik ilustrasi di atas, sedangkan diskrit artinya hanya dapat menempati nilai tertentu saja (terpotong-potong) seperti sinar matahari yang misal kita zoom sebesar 1 juta kali maka akan terlihat suatu bagian terkecil dari sinar matahari tersebut (yang biasa disebut foton) yang ternyata tidak kontinyu.
Agar lebih dapat memahami konsep kontinyu dan diskrit silahkan lihat gambar berikut ini
Teori kuantum gravitasi mencoba menjelaskan kuantisasi dari gravitasi, artinya bagaimana fenomena gravitasi dijelaskan secara diskrit pada skala kuantum.
Sebelum lebih lanjut, mari kita mengenal 4 gaya dasar yang bekerja di alam ini terlebih dahulu, diurutkan dari gaya yang terkuat hingga yang terlemah, yaitu gaya nuklir kuat, gaya elektromagnetik, gaya nuklir lemah, dan gaya gravitasi.
Salah satu contoh untuk memahami perbandingan kekuatan antara gaya elektromagnetik dan gaya gravitasi ; jatuhkan sebuah paperclip dari atas meja, maka paperclip akan jatuh ke bawah akibat gaya gravitasi. Sekarang angkat paperclip itu dengan menggunakan sepotong magnet, maka sekarang gaya elektromagnetik berhasil mengalahkan gaya gravitasi.
Setiap gaya dasar ini memiliki partikel pembawa gayanya (force carriers) masing-masing. Partikel pembawa gaya ini adalah partikel perantara antara gaya yang diberikan objek ke objek lain, konsep ini sangat diperlukan di level kuantum, yang selalu bekerja secara diskrit.
Contoh partikel pembawa gaya nuklir kuat adalah gluon, elektromagnetik adalah foton, nuklir lemah adalah W dan Z boson, gravitasi adalah graviton (hipotesis).
Graviton masih merupakan partikel hipotesis karena keberadaan partikel ini masih sulit dideteksi, akibat efek kekuatan gravitasi yang sangat lemah di level kuantum.
Dari sini ilmuwan berfikir untuk membangun teori baru untuk menjelaskan kekuatan gravitasi yang sangat lemah di level kuantum, dan keberadaan dari partikel graviton.
Akhirnya teori string hadir untuk menjelaskan permasalahan dari teori kuantum gravitasi ini.
Menurut teori string, ukuran terkecil yang bisa dimiliki oleh sebuah objek di alam semesta itu adalah ukuran dari string itu sendiri, bukan atom, elektron, proton, apalagi quark, berikut ini adalah ilustrasinya
Ukuran dari string biasa disebut sebagai Planck's Length, yaitu sekitar 1,6 x 10-35 m.
Awalnya terdapat 5 variasi teori string berdasarkan persamaan matematis (ingat! ini level kuantum, persamaan matematis dahulu, baru kemudian dibangun konsep apa yang cocok dengan model tersebut).
Singkat cerita pada tahun 1995, pada konvensi fisika sedunia, seorang fisikawan yang bernama Edward Witten dari Institute for Advance Study mempublikasikan papernya.
Edward Witten berhasil menggabungkan ke-lima teori string menjadi sebuah teori tunggal yaitu M-Theory (Membrane-Theory).
M-theory mengemukakan bahwa:
1. String merupakan tali super kecil yang memiliki panjang saja (1 dimensi) dengan kedua ujungnya terbuka (open loop) dan ada juga yang kedua ujungnya tertutup (closed loop)
2. Terdapat string yang melar hinga memiliki panjang dan lebar (2-dimensi), membentuk membrane (disingkat, “brane”) atau sebuah lembaran super tipis. Kita sebut ini sebagai 2-brane. Sedangkan string 1 dimensi disebut dengan 1-brane
3. Kedua ujung string 1-brane harus melekat / bertumpu pada 2-brane
Konsekuensi dari M-Theory adalah kemungkinan dunia kita terdiri dari 11 dimensi. 3 dimensi ruang, 1 dimensi waktu dan 7 dimensi mikroskopis, atau sub atomik yang belum bisa kita amati sekarang.
Dimensi mikroskopis ini analogi dengan pergerakan semut yang berada di atas sedotan. Semut bisa bergerak ke atas-bawah, kanan-kiri, atau memutari sedotan, itu pergerakan semut yang teramati jika kita melihat dari jarak yang sangat dekat. Jika dilihat dari jarak yang sangat jauh, dimana sedotan hanya terlihat memiliki 1 dimensi saja, maka semut akan terlihat menghilang ketika bergerak ke atas-bawah atau memutari sedotan.
Grand Unified Theory (GUT) adalah teori tentang penggabungan 3 gaya dasar, yaitu gaya nuklir kuat, elektromagnetik, dan nuklir lemah, yang masih belum melibatkan gaya gravitasi di dalamnya. Sedangkan M-Theory adalah teori tentang penggabungan 4 gaya dasar, yang telah melibatkan gaya gravitasi. M-Theory ini adalah salah satu kandidat dari Theory Of Everything (TOE) atau teori segala hal.
Era fisika mistis dimulai ketika teori brane atau string mulai menjelaskan tentang graviton. Graviton diprediksi bisa berpindah-pindah brane atau dimensi karena struktur string dari graviton, yaitu struktur closed string, yang bisa melayang-layang bebas ke dimensi lainnya, karena struktur closed string tidak melekat/terikat pada brane 2-D/3-D (lihat ilustrasi string di atas !)
Sedangkan untuk partikel lainnya seperti elektron, proton, neutron, foton (atau cahaya, salah satu partikel yang kita gunakan untuk melihat suatu benda), dan sebagainya adalah termasuk open string. Mereka melekat/terikat pada brane 2-D/3-D, jadi pergerakannya terbatas di permukaan/di dalam brane tersebut, sehingga tidak bisa berpindah dimensi layaknya graviton.
Hanya satu cara untuk mendeteksi adanya graviton, yaitu dengan mendeteksi gelombang gravitasinya (seperti menjatuhkan bola ke air, maka akan terbentuk gelombang di sana).
Karena partikel foton atau cahaya, termasuk jenis open string sedangkan graviton adalah jenis closed string, sehingga graviton tidak bisa dideteksi oleh mata kita yang memanfaatkan cahaya untuk melihat suatu objek.
Dari ke 4 gaya dasar hanya gaya gravitasi yang bisa bekerja di semua dimensi. Itu sebabnya para ilmuwan berpikir untuk menggunakan Graviton sebagai media komunikasi antara universe yang satu dengan universe yang lain. Dan ini juga yang menjadi alasan kenapa gaya gravitasi mempunyai kekuatan yang sangat lemah sekali, karena partikel pembawa gayanya, yaitu graviton, membawa sebagian besar kekuatan gaya gravitasi ke dimensi lain.
Sampai disini penjelasan ilmuwan sudah mulai absurd. Dan benar saja, banyak orang yang mulai menghubungkan teori string tentang graviton ini dengan kejadian-kejadian yang sebelumnya kurang masuk akal, seperti perjalanan seorang manusia yang hanya memerlukan 1 detik dari satu tempat ke tempat lainnya, ruh mahkluk hidup yang termasuk jenis closed string, zero-brane adalah tempat tuhan berada, dan lain-lain.
Mekanisme dari teori string ini sudah cukup detail, tapi sayang konsep paling dasarnya yang menyatakan bahwa semua benda yang ada di sekeliling kita tersusun atas string, belum bisa dibuktikan kebenarannya, karena string-nya sendiri belum pernah di-observe. Teknologi kita saat ini belum mampu untuk mendeteksi objek sekecil itu. Oleh karena itu, kebenaran dari teori string sendiri belum dapat dipastikan.