Rabu, 24 April 2013

Stephen Hawking dan Teori M

Dalam The Grand Design, Stephen Hawking menyinggung teori M beberapa kali. Menurutnya teori M adalah satu-satunya kandidat teori segalanya, bila memang teori segalanya ada. Beliau menganalogikannya sebagai peta. Kita dapat membuat peta yang mewakili seluruh permukaan bumi. Sayangnya peta yang kita buat tidak akan tepat sama. Ukuran kotak di dekat kutub akan sama dengan ukuran kotak di Indonesia. Akibatnya daerah di dekat kutub, seperti Rusia, menjadi sangat berbeda dari aslinya. Bumi itu bulat sementara peta bentuknya datar. Agar dapat dibuat sama jaraknya, maka Bumi harus dipotong-potong dulu. Dan tiap potongan pada akhirnya digabungkan. Akan banyak daerah bertindihan satu sama lain. Seperti itulah teori M. Beberapa teori superstring saling bertindihan (ingat Miyabi). Ia adalah jaringan teori.
Bagi Hawking, teori M sungguh memberikan prediksi. Teori M memprediksikan kalau alam semesta kita bukan hanya satu-satunya alam semesta. Ada tak terhingga alam semesta banyaknya dan semua tercipta dari ketiadaan. Penciptaannya tidak memerlukan Sang Pencipta sama sekali, karena semata konsekuensi dari Teori M. Sama halnya dengan kamu tidak perlu menarik kaki orang yang melompat dari tingkat 10 agar orang itu jatuh, karena dengan melompat saja dia sudah pasti jatuh. Tak terelakkan.
Sebenarnya bukan teori M saja yang meramalkan alam semesta jumlahnya tak terhingga, teori kuantum maupun relativitas umum juga meramalkan demikian. Teori kuantum sudah ditunjukkan sendiri oleh Hawking dalam buku yang sama dengan Jumlahan sejarah Feynman, sementara Mark Tegmark mengatakan kalau Relativitas Umum tidak melarang adanya tak terhitung alam semesta mengembang dihyperspace yang tak terbatas luasnya.
Kembali ke Teori M. Tidak ada yang tahu M itu sebenarnya singkatan dari apa. Ada yang bilang Master, ada yang bilang Miracle, ada yang bilang Mystery dan saya bilang Miyabi, atau Mbah, tergantung anda suka yang mana. Bagi Hawking, manusia tidak akan dapat memecahkan seluruh teori M. Untuk setiap fenomena, mungkin hanya dapat di jelaskan oleh satu dua bagian dari teori M, tidak seluruhnya.
Ada beberapa ciri teori M.
1. Dunia terdiri dari sebelas dimensi (sepuluh dimensi ruang dan satu dimensi waktu). Tujuh terlipat menjadi sangat kecil sementara empat sisanya tetap sehingga kita dapat merasakannya sebagai tiga dimensi ruang dan 1 dimensi waktu. Ini dianalogikan seperti sebuah tali bra. Dari jauh ia terlihat garis, tapi begitu kita lihat dekat sekali, ia punya ketebalan dan lebar. Dari jauh satu dimensi, dari dekat ternyata tiga dimensi. Begitu juga alam ini, dalam teori M dari ukuran kita terdiri dari empat dimensi, tapi pada dasarnya terdiri dari sebelas dimensi.
2. Dunia bukan hanya terdiri dari string, tapi juga terdiri dari partikel titik, membran dua dimensi, gelembung tiga dimensi dan terus meningkat ke dimensi hingga sembilan dimensi. Mm, mungkin bisa anda bayangkan kalau unsur dasar alam semesta bukan hanya G string tapi juga bra. Hehe, maksudnya bran (branes). Semua objek dasar disebut bran dalam teori M. Partikel titik adalah bran 0. String adalah bran 1. Membran adalah bran 2. Gelembung adalah bran 3. Dst hingga bran 9. Tidak ada bran 10 karena dimensi kesepuluh adalah wadah dari bran 9.
3. Cara dimensi-dimensi kecil terlipat menentukan hukum dunia. Karena teori M meramalkan ada tak terhingga alam semesta, maka dapat jadi kalau alam semesta kita memiliki hukum fisika yang berbeda dengan alam semesta lainnya. Dari perhitungan ilmuan, mungkin ada 10500 kombinasi hukum yang dapat dibuat. Uhh, itu artinya 1 di ikuti 500 angka nol di belakangnya.
Apakah asal usul alam semesta tersembunyai dalam Teori M?

Nah, dari sini kita bisa bertanya. Mengapa harus 11 dimensi bukannya 4? Mengapa 7 dimensi dapat berkerut sementara 4 lainnya tidak? Jawaban pertanyaan pertama terletak pada hitungan matematis teorinya, jadi sulit dijabarkan tanpa membuat saya dan anda pusing. Ini teori segalanya loh. Jawaban pertanyaan kedua adalah, umm, anda mungkin tidak suka ini, tapi jawabannya adalah: KEBETULAN.
Yup. Kebetulan kita berada di alam semesta yang 7 dimensinya berkerut. Di alam semesta lain, ada yang semuanya gak berkerut (dan gak lengket), ada yang semuanya berkerut, ada yang 4 berkerut, dst. Itu semua merupakan seluruh kombinasi yang dapat dibentuk, yaitu 10 pangkat 500 tersebut. Tapi bukan berarti kita satu-satunya dunia yang dapat dihuni, kombinasi hukum dan nilai fisika lainnya dapat juga menghasilkan kehidupan, kan hukumnya beda?

Jumat, 05 April 2013

Gravitasi adalah gelombang

Dugaan tentang terdapatnya jenis gelombang lain yang dinamakan gelombang gravitasi pertamakali di perkirakan oleh fisikawan Albert Einstein pada tahun 1916. Kehadiran gelombang ini sebagai konsukensi langsung dari rumusannya dari teori gravitasinya, seperti yang juga terjadi pada James Clerk Maxwell ketika meramalkan adanya gelombang elektromagnetik sebagai akibat langsung dari teori listrik magnetnya. Gelombang elektromagnetik terjadi karena adanya getaran dari muatan listrik. Sedangkan gelombang gravitasi dihasilkan dari getaran dari massa suatu benda.


                                     Gambar: ilustrasi gelombang gravitasi

Gelombang gravitasi sifatnya meliputi seluruh alam semesta. Massa dari bintang, planet, dan seluruh benda semesta lainnya akan bergetar sambil mengeluarkan pancaran gelombang gravitasinya. Benda angkasa yang mempunyai massa yang besar akan menghasilkan gelombang gravitasi yang besar pula. Tetapi, meskipun cukup besar, gelombang ini masih sangat lemah untuk kita deteksi. Gelombang yang cukup kuat untuk kita deteksi memungkinkan terjadi dari ledakan bintang raksasa. Kendalanya adalah peristiwa seperti ini jarang terjadi, yaitu sekitar satu ledakan tiap ratusan tahun.
Gelombang gravitasi terdiri dari graviton. Graviton ini membawa pengaruh gravitasi pada setiap partikel di alam semesta yang memiliki massa. Graviton juga memiliki energi sehingga dapat berinteraksi dengan partikel graviton lainnya. Hal ini berarti bahwa graviton akan melengkung jika melewati lintasan yang melengkung dan menghadirkan sesuatu yang disebut sebagai kelengkungan ruang.
Gelombang gravitasi inilah yang bertanggung jawab dari adanya percepatan gravitasi. Lebih lanjut, Einstein menemukan bahwa tidak ada perbedaan antara gravitasi yang terjadi dipermukaan bumi dan percepatan. Kita akan merasakan hal yang sama seperti di bumi ketika kita sedang mengendarai kendaraan ruang angkasa yang sedang dipercepat dengan besar percepatan yang sama dengan percepatan gravitasi bumi. Pernyataan inilah yang dirumuskan sebagai prinsip kesetaraan/ekivalensi.
Kesetaraan ini merupakan prinsip kosmik yang dikenal pada masa itu. Prinsip ini menyatakan bahwa semua benda jatuh dengan laju yang sama dibawah pengaruh gravitasi. Seperti juga dengan prinsip kesetaraan lainnya yang menyatakan bahwa semua hukum fisika adalah sama dimanapun dan pada saat apapun diseluruh semesta serta bagaimanapun keadaan dari gerak atau gravitasinya.
Adalah Joseph Weber dari Universitas Maryland orang pertama yang membuat alat pendeteksi gelombang gravitasi. Alat ini terdiri dari silinder aluminium bermassa 1,5 ton yang diharapkan bergetar jika dilewati oleh pancaran gelombang gravitasi. Silinder ini ditempatkan dalam suatu tabung hampa udara dan dilengkapi dengan peredam getaran, kemudian dihubungkan dengan kristal piezoeletrik yang akan menghasilkan potensial listrik jika mengalami tegangan. Pada waktu itu dibuat dua alat pendeteksi yang ditempatkan di dua daerah yang terpisah sejauh 1000 km, satu terletak di Mariland dan antena lainnya diletakkan di Laboratorium Nasional Argonne. Dengan alat ini, Weber mengaku berhasil mendeteksi kehadiran gelombang ini. Sampai saat ini, para ilmuwan terus meningkatkan sensitivitas dari alat yang digunakan untuk mendeteksi kehadiran gelombang ini.

Kamis, 04 April 2013

TEORI WAKTU DARI EINSTEIN


Pernah merasa waktu berjalan cepat atau terasa begitu lambat? Seperti saat waktu berlalu begitu cepat ketika Anda sedang bersama teman- teman atau saat waktu terasa begitu lambat ketika Anda terjebak dalam hujan. Tapi Anda tidak bisa mempercepat atau memperlambat waktu kan?

Waktu selalu berjalan dalam kecepatan yang konstan. Einstein tidak berpikir demikian. Ide dia adalah semakin kita mendekati kecepatan cahaya, semakin lambat waktunya relatif dibandingkan kondisi orang yang tidak bergerak. Dia menyebutnya melambatnya waktu karena gerakan. Tidak mungkin, kamu bilang? Oke, bayangkan ini. Kamu berdiri di bumi, memegang jam. Teman baikmu ada di dalam roket dengan kecepatan 250.000 km/detik. Temanmu juga memegang sebuah jam. Kalau kamu bisa melihat jam yang dibawa temanmu, kamu akan melihat bahwa jam itu tampak berjalan lebih lambat daripada jam kamu. Sebaliknya temanmu akan merasa jam yang ia bawa berjalan biasa2 aja (tidak melambat), dia pikir malah jam kamu yang tampak berjalan lebih lambat.

Masih bingung? Ingat, Einstein butuh 8 tahun untuk menemukan hal ini. Dan dia dianggap jenius. Einstein memberikan contoh untuk menunjukan efek perlambatan waktu yang dia sebut “paradoks kembar”. Seperti permainan penjelajah waktu. Mari kita mencobanya dengan menganggap ada 2 orang kembar bernama Eyne dan Stine. Dua2nya kita anggap berumur 10 tahun. Eyne memutuskan dia sudah bosan di bumi dan perlu liburan. Dia mendengar bahwa ada hal yang menarik di sistem bintang Alpha3, yang berjarak 25 tahun cahaya. Stine yang harus mengikuti ujian matematika minggu depan, harus tinggal di rumah untuk belajar. Jadi Eyne berangkat sendiri. Ingin sampai secepatnya di sana, dia memutuskan untuk berjalan dengan kecepatan 99,99% kecepatan cahaya. Perjalanan ke sistem bintang itu bolak balik membutuhkan waktu 50 tahun. Apa yang terjadi ketika Eyne kembali? Stine sudah 60 tahun, tapi Eyen masih berumur 10 ½ tahun. Bagaimana mungkin? Eyne sudah pergi selama 50 tahun tapi hanya bertambah umur ½ tahun! Hey, apakah Eyne baru saja menemukan mata air awet muda!

Ide Einstein tentang waktu yang melambat tampak benar dan semua adalah teori, tapi bagaimana kamu tahu kalau dia benar? Salah satu cara adalah dengan naik roket dan memacu roket itu mendekati kecepatan cahaya. Tapi sampai saat ini, kita belum bisa melakukannya. Tapi ada satu cara untuk mengetestnya. Bagaimana kita tahu kalau Einstein tidak salah? Percobaan ini mungkin bisa memberikan penjelasan atas idenya. Jam atom adalah jam yang sangat akurat, bisa mengukur satuan waktu yang sangat kecil. Sepersejutaan detik bisa diukur. Di tahun 1971, ilmuwan menggunakan jam ini untuk mengetest ide Einstein. Satu jam atom diset di atas bumi, dan satu lagi dibawa keliling dunia menggunakan pesawat jet dengan kecepatan 966 km/jam. Pada awalnya kedua jam itu diset agar menunjukan waktu yang sama. Apa yang terjadi ketika jam dibawa mengelilingi dunia dan kemudian kembali ke titik di tempat jam satunya lagi berada? Sesuai perkiraan Einstein, kedua jam itu sudah tidak menunjukan waktu yang sama. Jam yang sudah dibawa keliling dunia, menunjukan keterlambatan waktu seperberapa juta detik!

Kamu mungkin bertanya kenapa kok bedanya begitu kecil? Pertanyaan yang bagus! Yah, 966 km/jam cukup cepat, tapi masih belum mendekati kecepatan cahaya. Untuk melihat perbedaan waktu yang signifikan, kamu harus melaju dengan sangat lebih cepat.