|
Febdian Rusydi (Rijkuniversiteit Groningen)
PERNAHKAH Anda membayangkan satu kota memiliki dua aturan
yang sama sekali berbeda? Tentu akan terjadi kekacauan dan
kerancuan. Tapi percayakah Anda, itulah yang terjadi pada
alam semesta kita. Ada dua aturan sangat berbeda untuk menjelaskan
fenomena dalam alam semesta kita? Aturan itu adalah Teori
Relativitas Umum Einstein dan Mekanika Kuantum.
Teori Relativitas Umum menggambarkan alam semesta sebagai
hubungan antara materi dan geometri ruang-waktu (spacetime).
Materi membuat ruang-waktu melengkung (curved), dan ruang-waktu
membuat materi bergerak (motion). Kombinasi geometri-materi
inilah yang kita rasakan sebagai gravitasi. Teori Relativitas
Umum menjelaskan interaksi pada skala makro atau tingkat
kasat mata, misalnya peredaran planet, bintang, dan galaksi
Ketika kita mencoba memahami alam semesta pada ukuran mikro
atau tingkat partikel, maka kita harus memakai Mekanika
Kuantum. Mekanika Kuantum mendeskripsikan alam semesta sebagai
superposisi dari berbagai kemungkinan. Beberapa aturan umum
pada skala makro dilanggar, seperti atas-bawah, simetri
kanan-kiri, dan bahkan waktu sebelum atau sesudah.
Masalahnya adalah kenapa harus ada dua aturan? Kenapa materi
pada skala mikro berperilaku berbeda dengan materi pada
skala makro? Walau demikian, berbeda dengan contoh kota
yang kacau karena memiliki dua aturan berbeda, alam semesta
tetap harmonis. Atas dasar pemikiran itulah, orang berpikir
seharusnya ada satu teori umum yang mampu menjelaskan kedua
hal tersebut.
Ide penyatuan teori
Sebelum kita masuk pada ide "Penyatuan Teori",
ada baiknya kita mengenal dulu interaksi dasar yang mengatur
alam semesta. Semua fenomena di alam semesta terjadi karena
interaksi antarpartikel. Ada empat interaksi dasar, yaitu
elektromagnetik, lemah, kuat, dan gravitasi. Interaksi elektromagnetik
menghasilkan listrik, magnet, dan cahaya. Interaksi lemah
menyebabkan peluruhan radioaktif. Dan interaksi kuat mengikat
proton-proton dan neutron-neutron dalam inti atom. Mekanika
Kuantum dipakai untuk menjelaskan mekanisme tiga interaksi
pertama ini. Interaksi terakhir, gravitasi, dijelaskan Teori
Relativitas Umum.
Adalah Albert Einstein yang pertama kali mencoba menggabungkan
keempat interaksi tersebut dalam sebuah teori umum yaitu
"Teori Segalanya" (Theory of Everything). Pertama,
dia mencoba menggabungkan interaksi gravitasi dengan elektromagnetik,
karena secara matematika kedua interaksi ini memiliki sifat
sama yaitu berbanding terbalik dengan kuadrat jarak. Einstein
menghabiskan lebih dari 30 tahun sisa hidupnya berkutat
pada masalah ini, namun dia gagal.
Mimpi Einstein tetap hidup. Idenya adalah alam semesta
ini seharusnya bisa dijelaskan satu teori tunggal, yang
berlaku baik pada dunia makro maupun mikro. Para ilmuwan
dari berbagai kalangan terus memburu teori tunggal ini.
Mereka percaya, teori ini adalah kunci utama memahami alam
semesta sesungguhnya bekerja. Inilah isu utama di kalangan
para fisika teoritis.
Sejauh ini, ada dua kandidat utama sebagai "Teori
Segalanya", yaitu Model Baku (Standard Model), dan
Teori Dawai (String Theory). Artikel ini memberikan gambaran
singkat bagaimana dua teori ini menggapai "Teori Segalanya".
Model baku
"Model Baku" memiliki sejarah yang panjang. Ratusan
fisikawan berkontribusi dan ribuan eksperimen terlibat untuk
mencari sebuah model untuk menjelaskan semua fenomena. "Model
Baku" pertama kali diperkenalkan trio Nobel Fisika
1979, Sheldom Glashow, Abdus Salam, dan Steven Weinberg.
Disebut "Model Baku" karena teori penyusunnya
didukung hasil eksperimen. "Model Baku" sejauh
ini adalah pemodelan untuk menyatukan tiga interaksi dunia
mikro.
Ide utama "Model Baku" adalah menganggap partikel
dasar pembentuk materi (quark dan lepton) adalah sebagai
partikel titik. Partikel titik ini berinteraksi dengan partikel
titik lain dan saling menukarkan sebuah partikel khusus
yang disebut partikel pengantar interaksi (exchange particle).
Satu partikel pengantar hanya bekerja khusus pada satu interaksi
saja.
Para eksperimentalis sudah menemukan partikel pengantar
untuk masing-masing interaksi. Foton untuk interaksi elektromagnetik,
W dan Z untuk interaksi lemah, dan gluon untuk interaksi
kuat. Satu partikel pengantar yang masih dalam prediksi
teori adalah graviton untuk interaksi gravitasi.
Penemuan partikel pengantar ini adalah kunci dari penggabungan
teori. Alasannya, pada tingkat energi tertentu maka partikel
pengantar pada masing-masing interaksi bersatu dan tidak
bisa dibedakan.
Glashow, Salam, dan Weinberg sudah berhasil membuktikan
hal ini. Mereka menggabungkan interaksi elektromagnetik
dan interaksi lemah dalam satu Teori Elektrolemah (Electroweak
Theory). Tugas selanjutnya adalah menyatukan interaksi kuat
bersama interaksi elektrolemah dalam satu teori, "Teori
Unifikasi Agung" (Grand Unified Theory).
"Teori Unifikasi Agung" bukanlah masalah gampang
karena ada satu sarat yang model ini belum buktikan, yaitu
partikel supersimetri. Partikel supersimetri adalah partikel
bayangan dari partikel pengantar interaksi. Satu partikel
pengantar interaksi memiliki satu partikel supersimetri.
Kalau "Teori Unifikasi Agung" bisa tercapai,
selanjutnya tugas yang tak kalah berat adalah mengawinkan
dengan interaksi gravitasi dalam satu aturan: Kuantum-Gravitasi.
Kendala selanjutnya adalah graviton yang belum ditemukan.
Saat ini "Model Baku" bekerja pada jalur utama
fisika partikel dalam menguak rahasia alam semesta. Alasannya
karena banyak prediksi teoretis dengan "Model Baku"
terbukti secara eksperimental. Kini para eksperimentalis
dari berbagai belahan dunia bekerja untuk membuktikan prediksi
terbesar dari "Model Baku" ini, Teori Unifikasi
Agung dan Kuantum-Gravitasi.
Teori dawai
Teori ini lahir tanpa sengaja pada akhir tahun 60-an, ketika
Leonard Susskind dari Stanford University menguraikan persamaan
matematika Gabriele Veneziano (Itali) untuk interaksi kuat.
Susskind melihat, persamaan tersebut menjelaskan partikel
titik dalam Model Baku (quark dan lepton) dan partikel pembawa
interaksi memiliki struktur internal, yaitu dawai energi
yang bergetar. Dawai tersebut berosilasi, merenggang dan
merapat, memutar dan memuntir. Perbedaan frekuensi osilasi
pada dawai akan memberikan karakter unik pada partikel tersebut,
seperti massa (mass) dan muatan (charge).
Ide Teori Dawai ini berkembang pesat di awal 80-an, setelah
Michael Greene dan John Schwarz memperbaiki matematika Teori
Dawai. Karya mereka menunjukkan, Teori Dawai mengarah pada
penyatuan fenomena mikroskopik dan makroskopik.
Fisika kita sekarang hanya sanggup untuk mengerti "Bagaimana
alam bekerja", tapi tidak sanggup menjawab, "Kenapa
alam bekerja seperti demikian". "Teori Segalanya"
menjanjikan penyatuan semua fenomena alam dalam satu teori
umum, memberi jawaban "kenapa alam bekerja demikian".
Tidak hanya sampai di sana, misteri awal kelahiran alam
semesta pun bisa dilacak.
Kita sebenarnya adalah saksi sejarah pencarian intelektual
"what is behind God's mind" tentang alam semesta
ini. Akankah mimpi panjang Einstein ini akan berakhir pada
suatu kesimpulan? Akankah "Teori Segalanya" menjadi
akhir dari Fisika? Ataukah Tuhan sudah menyiapkan sesuatu
di balik itu?
[Top]
|
