Sekali Lagi Multisemesta
Foto : http://science.howstuffworks.com/what-is-the-multiverse.htm
Sebagai pengantar untuk tulisan ini, silakan baca :
Pada tahun 1919, seorang ilmuwan matematika German bernama Theodor Kaluza mengajukan sebuah ide yang sangat kasar dan, dalam beberapa cara, sangat cemerlang. Dia menyatakan bahwa alam semesta mungkin saja memiliki lebih dari tiga dimensi yang telah kita semua ketahui. Itu berarti tambahan terhadap kiri-kanan, atas-bawah, dan depan-belakang.
Kaluza mengajukan bahwa terdapat kemungkinan ada dimensi ruang tambahan yang karena beberapa alasan, belum dapat kita lihat. Sekarang, ketika seseorang membuat ide yang sangat kasar dan cemerlang, sering kali hanya berhenti di situ, dalam artian tidak berhubungan dengan keseharian dunia di sekitar kita.
Namun, ide yang satu ini, meski kita belum bisa mengetahui benar atau salahnya, dan dalam tulisan ini akan dibahas bahwa baru dalam beberapa tahun ke depan, eksperimen-eksperimen dapat memberitahu kita tentang kebenaran ide ini. Ide ini telah memiliki dampak yang besar terhadap fisika di abad terakhir dan terus menginformasikan banyak persinggungan penelitian.
Untuk memulai tulisan ini, kita perlu sedikit kembali ke tahun 1907. Ini adalah tahun ketika Einstein diliputi kegemilangan dari menemukan teori relativitas khusus dan memutuskan untuk mengambil proyek baru, untuk mencoba memahami secara penuh gravitasi yang besar dan pervasive.
Pada momen itu, terdapat banyak orang yang berpikir bahwa proyek tersebut telah terselesaikan. Newton telah memberikan teori gravitasi kepada dunia 1600 tahun sebelumnya yang bekerja dengan baik, menjelaskan pergerakan planet-planet, matahari, bulan, dan lain-lain begitu juga dengan apelapocryphal yang jatuh dari pohon dan menghantam kepala orang.
Semua itu dapat dijelaskan menggunakan hasil kerja Newton. Tapi Einstein menyadari bahwa Newton telah meninggalkan sesuatu di luar cerita yang utuh, karena, bahkan Newton sendiri menuliskannya, bahwa meskipun dia memahami cara menghitung efek gravitasi, dia belum bisa menjelaskan cara kerja gravitasi yang sesungguhnya.
Bagaimana cara matahari, 93 juta mil jauhnya, dapat memengaruhi gerakan bumi? Bagaimana matahari melalui ruang kosong yang inert dan memberikan pengaruhnya? Itulah tugas yang diberikan oleh Einstein kepada dirinya sendiri, menemukan cara kerja gravitasi. Einstein menemukan bahwa medium yang menghantarkan gravitasi adalah ruang itu sendiri.
Idenya berjalan seperti ini. Bayangkan ruang adalah substrat yang terdiri dari kubus-kubus yang bersusun rapat membentuk jejaring yang amat besar. Einstein berkata, ruang awalnya terlihat rapih dan semua kubusnya “datar” ketika tidak ada benda apapun di sana.
Tapi ketika terdapat benda di lingkungan tersebut, seperti matahari, itu akan membuat bentuk dari “kubus-kubus” ruang “terdesak”, melekuk, dan melengkung. Ini kemudian “menyampaikan” gaya dari gravitasi. Bahkan bumi juga mendesak, melekukkan, dan melengkungkan ruang di sekitarnya lalu membuat bulan merasakan efek darinya.
Bulan mengorbit bumi dan bumi mengorbit matahari berdasarkan ide Einstein ini, dikarenakan keduanya “menggelinding” sepanjang lembah yang ditimbulkan oleh lingkungan yang melekuk dan melengkung yang dibuat oleh kehadiran matahari dan bumi. Ini adalah ide baru tentang cara kerja gravitasi.
Ide ini diuji pada tahun 1919 melalui pengamatan astronomi. Ide ini benar-benar bekerja dan dapat menjelaskan data-data yang ada. Ini memberi Einstein sanjungan dari dunia. Lalu momen itulah yang membuat Kaluza berpikir.
Dia, seperti Einstein, sedang mencari sesuatu yang kita sebut sebagai teori unifikasi. Satu teori yang dapat menjelaskan semua gaya di alam dari satu set ide, satu set prinsip, bahkan jika perlu satu persamaan kunci.
Kaluza mengatakan, Einstein sudah dapat menjelaskan gravitasi dalam bentuk lekukan dan lengkungan pada ruang, sebenarnya pada ruang dan waktu untuk lebih tepatnya, mungkin dirinya dapat memainkan cara yang sama terhadap gaya lain yang telah diketahui, yang pada waktu itu, dikenal sebagai gaya elektromagnetik.
Menurut Kaluza, terdapat kemungkinan gaya elektromagnetik dapat dijelaskan dengan cara yang sama dalam bentuk lekukan dan lengkungan. Ini menimbulkan pertanyaan, lekukan dan lengkungan pada apa? Einstein sudah menggunakan ruang dan waktu untuk menjelaskan gravitasi dan tidak terlihat ada hal lain yang dapat dilekukkan dan dilengkungkan.
Maka Kaluza mengatakan, mungkin terdapat lebih banyak dimensi ruang. Menurutnya, untuk menjelaskan lebih banyak gaya, dibutuhkan lebih banyak dimensi. Bayangkan dunia memiliki empat dimensi, bukan tiga, dan gaya elektromagnetik adalah efek dari lekukan dan lengkungan pada dimensi keempat itu.
Lalu di sinilah titik pentingnya. Ketika dia menurunkan persamaan yang menjelaskan lekukan dan lengkungan dalam semesta dengan empat dimensi, dia menemukan hal-hal yang serupa dengan persamaan-persamaan lama yang juga telah diturunkan Einstein dalam tiga dimensi untuk gravitasi.
Namun, dia menemukan satu tambahan persamaan (karena ada satu dimensi tambahan). Ketika dia melihat persamaan tambahan itu, persamaan tersebut tidak berbeda dengan persamaan yang telah diketahui para ilmuwan untuk menjelaskan gaya elektromagnetik. Luar biasa. Itu terjadi begitu saja.
Kaluza sangat gembira dengan hal ini bahwa ia telah menemukan teori unifikasi. Jelas sekali bahwa Kaluza adalah seorang yang sangat serius dengan teori. Namun, untuk orang-orang yang berpikiran lebih praktis, dua pertanyaan langsung muncul dari ide Kaluza tersebut.
Pertama, jika ada lebih dari tiga dimensi ruang, di manakah dimensi-dimensi tambahan itu? Kita tidak dapat melihat satupun di antaranya. Kedua, apakah teori ini benar-benar bekerja sampai ke hal-hal detail ketika dicoba diterapkan di dunia di sekitar kita?
Sumber gambar: http://wordassociation1.net/Says_who_jm.html
Pertanyaan pertama dijawab pada tahun 1926 oleh seorang yang bernama Oskar Klein. Dia mengusulkan bahwa dimensi-dimensi dapat berwujud dengan dua variasi, dimensi yang besar dan dapat dilihat dan dimensi yang begitu kecil sehingga tidak dapat dilihat. Sederhananya, hal ini dapat digambarkan sebagai berikut.
Bayangkan kita melihat benda seperti kabel atau tali penyangga yang terentang. Kabel tersebut akan dari jarak yang tidak terlalu dekat tampak seperti benda satu dimensi, yaitu hanya memiliki panjang, tidak punya lebar dan kedalaman.
Sementara kita sendiri tahu bahwa kabel tersebut memiliki ketebalan yang sulit dilihat dari jauh. Jika kita perbesar kabel tersebut dan mengambil perspektif dari semut-semut yang merayapi kabel, kita akan dapati bahwa semut begitu kecil sehingga dapat mengakses semua dimensi kabel.
Ini menggambarkan bahwa dimensi memiliki dua tipe, besar dan kecil, dan bahwa selain dimensi besar di sekitar kita yang dapat kita lihat, terdapat kemungkinan adanya dimensi tambahan yang sangat mengkerut seperti bagian melingkar dari kabel tersebut yang begitu kecil sehingga sejauh ini tetap tak terlihat.
Jadi, berdasarkan ide ini, jika kita melihat ruang, sebagai kumpulan dari kubus-kubus yang tersusun sebagaimana dijelaskan Einstein, lalu kita bedah terus sampai kebagian yang lebih kecil, lebih kecil, dan lebih kecil lagi hingga kedalaman ultramikroskopik dari ruang itu sendiri, kita bisa mendapatkan dimensi tambahan dalam bentuk-bentuk seperti lingkaran yang sangat kecil.
Jika kita adalah semut ultramikroskopik, kita akan dapat berjalan-jalan pada dimensi tersebut dan melihatnya sebagai dimensi besar tanpa perlu menggunakan peralatan apapun. Bahwa dengan definisi dari bentuk ruang itu sendiri, ide tentang dimensi tambahan dapat terbentuk dan dijelaskan secara rasional.
Lalu bagaimana dengan pertanyaan kedua? Apakah teori ini benar-benar bekerja jika dicoba diterapkan pada dunia nyata? Nampaknya, Einstein, Kaluza, dan banyak lainnya bekerja untuk membentuk kerangka kerja ini dan menerapkannya pada fisika alam semesta dan mereka memahami bahwa saat itu, dalam hal detail, teori ini tidak bekerja.
Contoh hal detail tersebut adalah mereka tidak dapat memperoleh hal spesifik seperti massa elektron dapat bekerja dengan benar pada teori ini. Banyak orang mencobanya, tapi pada tahun 50-an, ide yang aneh tapi menarik tentang unifikasi hukum-hukum fisika ini, mulai menghilang. Sampai hal yang luar biasa terjadi di masa kita.
Pada era kita, terdapat pendekatan baru untuk melakukan unifikasi hukum-hukum fisika yang dibawa oleh para ahli fisika yang disebut sebagai teori benang (superstring theory). Hal yang menakjubkan adalah, sekilas, teori benang ini, pada awalnya tidak berhubungan apapun dengan ide tentang dimensi ekstra.
Namun, saat dipelajari lebih lanjut, para ilmuwan menemukan bahwa teori benang ini kembali mengajukan ide tentang dimensi ekstra tersebut, dalam bentuk yang sama sekali baru. Lalu apakah teori benang itu sendiri?
Teori benang ini adalah teori yang muncul ketika orang-orang berusaha menjawab pertanyaan tentang konstituen dasar yang tidak terbagi yang menyusun semua hal di dunia kita, termasuk menyusun atom dan partikel subatom.
Teori tersebut menyatakan, bahwa setiap benda tersusun atas atom yang terdiri dari elektron yang mengelilingi inti. Inti atom sendiri terdiri dari proton dan neutron yang masing-masing disusun oleh quarks. Ini merupakan tempat berhenti dari teori konvensional.
Teori benang menelusuri lebih jauh ke konstituen yang lebih kecil yang menyusun quarks dan menyatakan di sana terdapat suatu filamen energi yang bergetar. Setiap filamen memiliki tingkat energi yang berbeda sehingga memiliki pola getar yang berbeda. Pola getar tersebut akan menentukan sifat dari partikel yang dibentuknya sehingga membentuk jenis partikel yang berbeda yang menyebabkan keragaman yang terjadi di dunia sekitar kita.
Karena ide ini menyatakan semua benda berbeda yang ada di semesta, termasuk elektron, quark, partikel radiasi, foton, graviton, dan lain-lain, disusun oleh satu konstituen terkecil yang sama, maka ide ini juga menjadi teori unifikasi. Hasil akhirnya, semua gaya yang berpengaruh di semesta akan berada dalam satu rubrik general yang sama, benang-benang yang bergetar.
Namun, ada satu hal yang menarik di sini. Jika dipelajari lebih dalam, matematika teori benang tidak sepenuhnya bekerja dalam semesta yang hanya memiliki tiga dimensi ruang. Ini juga tidak bekerja di semesta dengan empat, lima, atau bahkan enam dimensi ruang. Akhirnya, teori ini bekerja hanya pada semesta dengan sepuluh dimensi ruang dan satu dimensi waktu.
Ini membawa kembali kepada ide Kaluza dan Klein bahwa dunia kita memiliki lebih banyak dimensi daripada yang kita lihat. Sekarang bagaimana ide tentang semesta multidimensi ini dapat berhubungan dengan ide tentang dunia multisemesta? Hal ini akan dibahas pada tulisan selanjutnya.
Bersambung.
Tulisan ini dimuat di http://www.qureta.com/post/sekali-lagi-multisemesta-1
Comments
Post a Comment