Arsip Tag: Lawrence M. Krauss

Fisika Kuantum atau Sains yang Serba Mungkin

Mistik Pagihari

“Suatu ketika hiduplah seorang wanita bernama Bright –dan ia berkelana melampaui kecepatan cahaya. Suatu hari ia berangkat, dengan kecepatan relatif terhadap waktu, dan kembali pada malam sebelum keberangkatan” (dalam Lawrence M. Krauss, Physics of Star Trek).

Di jaman ini, alias di era internet atau jaman cyberspace, sains tentulah tidak lagi eksklusif miliki komunitas para ilmuwan semata, di saat jagat informasi mudah diakses oleh siapa saja dengan hanya perlu jarak dari ujung jari-jemari tangan pada keyboard. Begitu pun, sedapat mungkin upaya mengkomunikasikan sains dapat diminimalisir dari dominasi rumus-rumus rumit matematis yang tak dijangkau publik luas, apalagi bagi mereka yang ingin membaca dalam rangka rehat dan mencari kesenangan di waktu luang, termasuk tentang yang berbau kuantum, sebagaimana esai singkat ini.

Baiklah kita mulai dengan pertanyaan yang umum dan sederhana yang lazimnya ingin diketahui orang tentang sesuatu: Apa itu teori kuantum, yang belakangan meramaikan jagat sains? Fisika kuantum awalnya dikembangkan oleh Max Planck untuk mengenali sifat atom. Mulanya, pengembangan kuantum dilakukan sebagai upaya untuk menjawab berbagai fenomena yang tidak mampu dijelaskan oleh Fisika Klasik yang dipelopori Sir Isaac Newton melalui teori gravitasinya yang terinspirasi dari musibah kecil saat ia tertimpa buah apel ketika tengah duduk di bawah pohon tersebut. Namun, seiring perkembangan waktu, teori ini justru menjadi fenomena baru yang mendorong ke arah fisika modern.

Demikianlah selanjutnya, seorang fisikawan jenius yang kemudian amat masyhur di abad ke-20, yaitu Albert Einstein, memperkenalkan teori relativitas yang awalnya berbentuk teori relativitas khusus (disebut khusus karena dibatasi oleh karakter tertentu agar dapat berlaku) menjadi teori relativitas umum. Teori relativitas umum mampu menjelaskan berbagai fenomena alam semesta terkait gravitasi dan menjawab pertanyaan mengenai “Orbital Merkurius” yang cenderung berbeda dengan planet-planet lainnya di tata-surya.

Tak disangka, fenomena teori relativitas memunculkan penjelajahan baru dan luas di bidang fisika dimana ukuran materi penelitian berada pada skala atomik. Sejumlah fisikawan lain pun, seperti Niels Bohr, Wolfgang Pauli, Erwin Schrodinger, Werner Heisenberg, kemudian memunculkan alias melahirkan ragam teori baru yang membuka cakrawala akan pemikiran pada skala atomik tersebut.

Seiring dengan perkembangan teori dan hasil penelitian di bidang kuantum inilah, para ilmuwan kuantum mendapati fakta yang sulit diterima akal sehat dimana energi kuantum mengandung unsur probabilistik, tidak memenuhi konsep separabilitas dan lokalitas. Dan Albert Einstein, sang jenius yang merupakan salah satu dedengkot atawa salah seorang pioneer penelitian kuantum itu pun, tidak bisa menerima kenyataan bahwa teori kuantum ternyata tidak bersifat deterministik sebagai ungkapannya yang masyhur: “Tuhan tidak sedang bermain dadu”.

Dan di kemudian hari, Albert Einstein pun menerbitkan makalah tentang percobaan imajiner dengan meminta kita membayangkan setumpuk serbuk mesiu, karena ketidakstabilan beberapa partikel, akan terbakar suatu ketika. Di sini, persamaan mekanika kuantum menjelaskan paduan antara sistem yang belum dan sudah meledak. Namun, kenyataannya, belum tentu seperti itu. Karena, sebagaimana dimaklumi, tidak ada kondisi perantara antara meledak dan belum meledak.

Syahdan, analogi serbuk mesiu tersebut ternyata mendorong alias memotivasi kuriositas Erwin Schrodinger mengeluarkan ide eksperimen yang ternyata lebih meyakinkan dibanding analogi serbuk mesiu-nya Albert Einstein. Dan berikut eksperimen imajiner ala Erwin Schrodinger itu:

“Anggaplah terdapat seekor kucing yang terkurung dalam ruang baja, bersama alat pencacah Geiger (pengukur radiasi ionisasi) yang diberi sedikit zat radioaktif yang sangat sedikit. Dalam satu jam, salah satu atom meluruh, tetapi juga kemungkinan tidak. Jika atom meluruh, tabung pencacah tersebut melepas muatan zat yang melalui relasi yang terhubung sehingga mendorong palu di dalam ruang baja untuk memecahkan tabung percobaan kecil berisi asam hidrosianida. Jika ruang baja tersebut dibiarkan selama satu jam, kita akan mengatakan bahwa kucing itu masih hidup jika saat itu tidak ada atom yang luruh. Fungsi-psi seluruh sistem tersebut akan menunjukkan hal ini dengan kucing mati dan hidup yang tercampur atau tumpang tindih di dalamnya.”

Eksperimen imajiner Erwin Schrodinger ini pun tak pelak lagi menjadi fenomena yang mengejutkan di dunia fisika karena mempertanyakan realitas teori kuantum yang cenderung tidak rasional terhadap dunia nyata. Berdasarkan pemahaman teori kuantum yang saat itu sedang berkembang, kucing akan berada pada kondisi hidup dan mati sekaligus sampai diamati kondisi yang sebenarnya terjadi pada kucing.

Dan seperti kita tahu, hingga saat ini, sebenarnya, belum pernah dilakukan eksperimen sesungguhnya yang berbentuk kucing, tikus, kelinci, atau bahkan kutu (yang biasanya hidup makmur di rambut lebat manusia dan bulu rimbun para binatang). Namun pemikiran Erwin Schrodinger tersebut telah mendorong eksperimen lain di bidang fisika kuantum untuk membuktikan karakter fisika kuantum sebenarnya berdasarkan rekonstruksi eksperimen-eksperimen imajiner yang dilakukan oleh Einstein dan Schrodinger.

Singkatnya, terdapat berbagai interpretasi atawa tafsir eksplanatif terhadap eksperimen analogi yang dilontarkan Erwin Schrodinger. Teori ini menimbulkan paradoks yang bahkan menimbulkan pemikiran ruang dan waktu yang bersifat paradoks pula, dimana setiap kejadian memiliki alternatif kejadian berikut yang berbeda. Pemahaman tersebut memungkinan seseorang memiliki berbagai alternatif jalan hidup dengan kombinasi cerita yang berbeda-beda.

Begitupun, Kucing Schrodinger acapkali dilibatkan dalam karya seni populer seperti komik, film, kartun, serial televisi, hingga sastra kontemporer. Dan dalam hal ini, kita barangkali hanya bisa berdoa, semoga kucing Schrodinger tetap baik-baik saja alias tidak mati atau terluka meskipun berkali-kali digunakan dalam eksperimen imajiner para ahli fisika, bahkan para penulis dan seniman.

Hak cipta © Sulaiman Djaya (2015)

Iklan

Soal Jagat Raya dan Isu Akhir Dunia

Amazing Picture

Soal dan materi bahasan tentang “akhir dunia”, entah yang sifatnya teologis, filosofis, atau pun yang coba dijawab secara sains, memang dapat dikatakan masih “misteri”, meski orang-orang beragama (dari rumpun monotheis) tak mempertanyakan (atau mempersoalkan) masalah ini. Bahkan, telah banyak film yang mengangkat soal ini, entah yang sifatnya “skeptic” atau yang dekat ke soal-soal teologis, dan karena yang paling sering menggarapnya adalah Hollywood, tak ragu lagi film-film yang mencoba mengangkat masalah ini acapkali mendapatkan inspirasi dan materinya dari “teologi Kristiani”.

Tak terkecuali saya, yang saya yakin banyak orang juga demikian, kadangkala merenungkan masalah ini –semisal mencoba membandingkan antara khazanah sekuler yang saya baca dengan khazanah keagamaan (Islam) yang saya baca dan yang diajarkan para ustadz. Meski demikian, esai singkat ini, katakanlah, tak ubahnya sebuah diari yang hanya sekedar mencoba mencurahkan apa yang ada di dalam benak menjadi sebuah catatan kecil.

Ribuan tahun sebelum masehi, bangsa Sumeria-Babilonia dan Mesir memiliki ilmu astronominya sendiri untuk mamahami alam semesta atau jagat-raya –sedangkan bangsa Yunani mengandalkan logika, dan salah-seorang dari filsuf Yunani yang pernah berkunjung ke Mesir, yaitu Pythagoras, mengikuti jejak-jejak bangsa Timur tersebut, yaitu menggunakan geometri dan matematika ketika berusaha menjelaskan alam semesta atau jagat-raya.

Capaian yang dapat dikatakan sebagai babakan revolusioner dalam sejarah sains adalah ketika Galileo Galilei menemukan alias menciptakan teleskop, meskipun kita tahu tidak secanggih teleskop di jaman ini. Namun setidak-tidaknya alat tersebut tentu saja sangat penting dalam kerja sains di abad-abad selanjutnya –yang tak lain sebagai instrument observasi langsung alias pengamatan empiris.

Di abad-abad selanjutnya, wabil-khusus di abad-20, Albert Einstein menyatakan teori tentang kekekalan energi, energi kuantum, dan partikel sub-atom, yang tak diragukan lagi, menjadi dasar bagi perkembangan astronomi, yang tak lagi berkutat pada penelitian semesta di sekitaran gugusan tata-surya (matahari dan planet-planet yang mengitarinya) semata, tapi mencoba mengetahui ke arah yang lebih jauh.

Kita tahu, sejak penemuan Efek Doppler dalam gelombang cahaya dari berbagai benda angkasa, sejak itulah diketahui bahwa alam semesta alias jagat-raya berkembang (meluas) dan bahwa nebula di dalamnya bergerak saling menjauhi dengan kecepatan yang menakjubkan –dan makin jauh jarak mereka, makin tinggi pula kecepatannya.

Penemuan-penemuan itu pun menimbulkan atau memunculkan sejumlah pertanyaan atawa kuriositas baru di kalangan ilmuwan umumnya dan fisikawan khususnya. Misalnya, apakah alam semesta atau jagat-raya tak memiliki batas? Dan jika alam semesta atau jagat-raya terus meluas alias berkembang, apakah akan meluas begitu saja tanpa henti atau tanpa akhir? Dan bila saja ada awal kapan alam semesta mulai berkembang?

Terkait dengan pertanyaan-pertanyaan tersebut, George Gamov dan kawan-kawan berpandangan bahwa alam semesta atau jagat-raya mulai berkembang atau meluas kira-kira dua milyar tahun lalu, yaitu ketika masih dalam keadaan aslinya, dan meskipun jagat-raya itu sendiri sudah teramat sangat luas yang tak bisa diukur oleh kita.

Dalam hal ini, ada pernyataan yang cukup enigmatik dan menggoda, yang dilontarkan seorang matematikawan bernama Herman Minkowski (sebagaimana dikutip Lawrence M Krauss dalam Fisika Star Trek-nya): “Suatu saat ruang-waktu akan semakin pudar menjadi bayangan belaka, dan hanya ada semacam ikatan antara keduanya yang bisa memelihara realitas yang independen”.

Pernyataan Herman Minkowski, sang matematikawan itu, dilontarkan di tahun 1908 –di mana di tahun itu pula Albert Einstein menemukan Relativitas Ruang-Waktu, suatu temuan yang murni mengandalkan imajinasi, bukan observasi. Dan saya pun pernah bertanya (meski hanya di dalam hati): mungkinkah alam semesta atau jagat-raya di suatu saat, entah kapan itu, akan kelelahan dan menghancurkan dirinya sendiri?

Hak cipta © Sulaiman Djaya (2015)

Andai Manusia Tak Punya Imajinasi

National Geographic Best Award Photograph

Dalam Fisika Star Trek-nya, Lawrence M. Krauss menulis: “Ilmu fisika maju bukan karena revolusi yang segala-segalanya serba baru, tetapi lebih bersifat evolusi yang memanfaatkan hal-hal terbaik yang sudah diketahui sebelumnya”.

Tentu saja yang ditulis Krauss tersebut tentang kesinambungan sains modern saat ini setelah sains Barat bercerai dengan dogma gereja –yang menurut para fisikawan dan ilmuwan kala itu lebih mirip dengan takhayul. Sebab, haruslah diakui, pernah ada suatu jaman di Barat sana (Eropa), yang lazim dikenal sebagai Era Kegelapan atau Jaman Inkuisisi, di mana para filsuf dan ilmuwan yang kebetulan meragukan dogma gereja, dapat dikatakan telah membangun fondasi yang terbilang cukup revolusioner untuk ukuran jaman atau untuk kadar era itu, yang akhirnya membuka cahaya gerbang baru bagi sains modern.

Dengan kata lain, selain karena evolusi yang berkelanjutan, sains khususnya dan ilmu pengetahuan pada umumnya, dalam beberapa kasus, melakukan terobosan-terobosan yang revolusioner dalam mendobrak (ibarat berfilsafat dengan palu godam-nya Nietzsche) dogma dan paradigma lama yang menjadi rahim gelap kejumudan. Di sini, mereka melakukan pemberontakan paradigmatis untuk membuka kemungkinan dan kesempatan bagi lahirnya sains dan ilmu pengetahuan modern dari penjara dan ancaman politis dan dogmatis yang akan menghambat kemajuan sains dan ilmu pengetahuan.

Apa yang kita sebut dengan paradigma ini memang sebentuk lanskap epistemologis dan khazanah “kepercayaan” yang menjadi rahim bagi kerja dan ikhtiar sainstifik, yang pada akhirnya juga menentukan apa saja yang akan ditemukan dan dihasilkan sains. Bayangkan, jika para filsuf dan ilmuwan tidak melakukan pemberontakan terhadap dogma gereja kala itu, barangkali perkembangan sains modern agak sedikit terlambat.

Soal dogma gereja yang dilawan para filsuf dan ilmuwan ini, Bertrand Russell bahkan menyatakan bahwa sejarah awal menunjukkan, bukan hanya bahwa Genesis itu a-historis, tetapi juga sebagian besar diambil atau diadopsi dari mitos-mitos Babilonia yang sebenarnya sudah basi.

Dulu, sebagai contohnya, tak ada satu pun fisikawan yang tahu dan mempercayai bahwa jagat raya berkembang dan mengembang, di mana para fisikawan dan ilmuwan umumnya masih mempercayai bahwa jagat-raya bersifat statis dan tak berubah dalam skala besar. Namun, kemudian, seorang Albert Einstein sadar bahwa jagat-raya tidak statis.

Sebelumnya, ketika Einstein masih percaya bahwa jagat-raya bersifat statis, ia mencari jalan untuk “menghentikan” proses keruntuhan semua materi jagat-raya karena gravitasinya sendiri. Saat itu Einstein mengembangkan satu terminologi yang ia sebut “Tetapan Kosmologis” –yang memperkenalkan tolakan kosmik untuk mengimbangi daya-tarik gravitasi materi pada skala besar. Akan tetapi, setelah ia tahu jagat-raya mengembang alias tidak statis, ia pun segera mengakui bahwa “Tetapan Kosmologis-nya“ itu merupakan ketololannya yang paling besar.

Salah-satu faktor, yang ternyata adalah juga faktor yang sangat kuat, bagi kesadaran Barat (Eropa) di Era Inkuisisi itu adalah terdistribusinya sains dan ilmu pengetahuan dari dunia Islam –dari para filsuf dan ilmuwan muslim. Bahkan ketika Maimonedes, sang filsuf dan ilmuwan Yahudi itu, diusir oleh Eropa dari Eropa, ia justru ditampung oleh Dunia Islam. Hanya saja, setelah Eropa berhasil menyalakan cahaya sainsnya dengan terang benderang, cahaya sains di Dunia Islam malah redup, bahkan padam.

Sebagaimana kebudayaan dan kesusastraan, eksistensi dan kemajuan sains khususnya dan ilmu pengetahuan umumnya, merupakan hasil interaksi historis, kultural, bahkan politis. Para sejarahwan, arkeolog, dan para sarjana lainnya membuktikan hal itu. Capaian kemajuan arsitektur dan sains Mesir, contohnya, dipelajari oleh Yunani dan kemudian membuat Yunani sanggup membangun mahakarya peradabannya di benua Eropa, ketika mereka belajar dari Mesir dan Babilonia, ketika mereka mengirimkan para sejarawan dan filsuf mereka ke negeri-negeri itu.

Dan saat ini, kemajuan sains khususnya dan ilmu pengetahuan umumnya, berjalan bersamaan dan beriringan dengan motif dan kepentingan industrialisasi kapitalisme dan perlombaan tekno-sains alias tekhnologi informasi, tak terkecuali perlombaan untuk meraih kemajuan tekhnologi persenjataan perang dan industri serta infrastruktur pertahanan.

Kini manusia telah sanggup menjelajahi tempat-tempat tertentu di angkasa, semisal di Bulan, mencipta bom hidrogen, rudal pintar, komunikasi langsung yang sifatnya global, kloning, nano-technology, mesin penerjemah ragam bahasa, dan lain sebagainya. Bukan tak mungkin manusia di masa depan bisa membangun rumah-rumah mengambang di udara demi mengatasi perkembangan kepadatan penduduk dan keterbatasan lahan bagi hunian, dan bersamaan dengannya, bisa menciptakan transportasi yang lalu-lalang di udara tersebut.

Contoh-contoh itu hanya ingin menyatakan bahwa hasil dari imajinasi dan kecerdasan manusiawi telah memberikan bahan dan dasar-dasar bagi kemajuan imajinasi dan kecerdasan selanjutnya –alias bagi kemajuan sains dan ilmu pengetahuan di masa depan.

Sulaiman Djaya

Sketsa Sulaiman Djaya