Teori Segalanya, Pengejaran Panjang Sebuah Mimpi
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? Wallahu'alam.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar