Saat kami berdiskusi tentang asal usul alam semesta di facebook, seorang teman bertanya, apa itu teori M? Di sini faktailmiah berusaha menjawabnya.
Dasar dari teori M adalah string. Dahulu kala, ada dua orang fisikawan sedang termenung. Satu fisikawan bilang, umm, gimana kalau alam semesta ini memiliki bukannya tersusun dari bola-bola, tapi tersusun dari string. Temannya bertanya, terus gimana kalau gitu? Sang fisikawan bilang: Nggak tau.
Demikianlah analogi yang dibuat Lawrence Krauss saat ia menceritakan tentang perkembangan teori M sekarang. Tapi banyak fisikawan merasa kalau teori M adalah kandidat penting dalam pencarian TOE (Theory of Everything). Yup, teori segalanya, teori yang menjelaskan, yaaa, segalanya.
String memiliki energi tersimpan, yang sedemikian besar hingga bisa membuat big bang
Masalah String
Sebenarnya saya sedikit bingung, apa sih string? String theory kalau anda terjemahkan bisa teori benang, teori dawai, teori senar, teori untai, atau teori tali, tapi dia gak menjelaskan benang, dawai, senar, untai, atau tali sama sekali. Anda yang ahli bahasa mungkin tertarik melakukan analisa Wacana kritis terhadap pilihan kata ini. Tapi buat pembaca secara umum, biar anda tidak bingung, kita tetap saja menyebutnya string. Lagi pula ini kedengarannya seksi. You know, G String.
String adalah tabung massa-energi yang tipis tapi panjang. Radiusnya sangat kecil, mungkin sekecil panjang Planck. Itu jauh, jauh lebih kecil dari atom. Kalau kamu ingin melihat atom sebesar lapangan sepak bola, kamu harus membesarkan dirimu seukuran tata surya! Walaupun demikian, kamu akan belum bisa melihat string. Inti atom saja masih berukuran seperti biji beras di lapangan bola kita. Bahkan kalau kamu diperbesar sebesar galaksi, atom ikut membesar seukuran matahari, string masih seukuran atom di dalam matahari tersebut. Dengan kata lain, string adalah atomnya atom dari atom.
Teori string muncul sebagai salah satu usaha untuk menggabungkan teori kuantum dan relativitas. Teori ini lahir tahun 1980an dan terus berkembang hingga sekarang. Awalnya string itu hanya dipandang sebagai objek matematis 1 dimensi. Dinaikkan satu dimensi dari titik. Titik itu nol dimensi. Dulu orang mengira kalau penyusun dasar alam semesta adalah objek berbentuk titik, makanya ada istilah partikel dan atom. Wajar karena titik berdimensi nol. Satu dimensi di atas ketiadaan (-1). Tapi karena pusing, para ilmuan mencoba menaikkan saja dimensinya, yaitu menjadi 1 (garis). Bukannya tambah sederhana, malah semakin runyam. Sekarang, gagasan ini sudah mencakup sebelas dimensi. Karena besarnya dimensi yang dimakannya, maka teori ini disebut teori superstring.
Teori superstring sendiri ada banyak versi. Nah dari banyak versi ini semua pada dasarnya sama. Seperti bagian tubuh dari Maria Ozawa. Versi yang satu menjelaskan tangannya, satu lagi menjelaskan kaki kirinya, satu lagi menjelaskan kepalanya, dan umm, anda bisa menebak. Hehe
Teori M laksana tubuh Manusia. Sebagian tertutup (belum terjamah seorang ilmuan pun), sebagian terbuka namun tidak dapat disentuh oleh bukti
Apa itu Teori M
Maria Ozawa itulah teori M. Aneh kan? Ya aneh, karena kita tahu tangannya, tahu kakinya, tapi bilang kalau kita tahu bahwa ia adalah Maria Ozawa. Bagaimana kalau ternyata Mbah Jembrong? Atau malah Maria Ozawa hanya ilusi, dan yang kamu pegang adalah guling.
Nah, itu dia kenapa anda tidak menemukan string di Ensiklopedia Sains Van Nostrand yang tebalnya sampai 10 ribuan halaman itu. Ia hanya sebuah wacana ilmiah yang hingga kini belum memiliki bukti. Dia mampu menjelaskan tentang struktur alam semesta yang tidak seragam (dengan butiran-butiran galaksi) tapi teori Genderuwo juga mampu menjelaskannya. Bilang saja Genderuwo raksasa bersin dan tempat bersinnya menjadi butiran galaksi. Sebuah teori ilmiah harus membuat prediksi, dan seperti yang dikatakan Krauss di atas, teori M tidak mampu membuat prediksi, kalaupun mampu, ia malah memprediksi kalau segalanya mungkin terjadi! Gimana kita tahu dia benar kalau begitu?
Jaringan teori M
Mungkin kamu bisa membayangkan hirarki teorinya begini. Teori string adalah G stringnya Maria Ozawa, Teori Superstring adalah pinggangnya Maria Ozawa dan Teori M adalah seluruh tubuhnya Maria Ozawa. Ini rasanya sedikit lebih erotis, mengingat teori M, well, luar biasa susah.
Singkatnya teori M adalah salah satu jawaban untuk tanda tanya di gambar ini.
Hirarki teori alam semesta menurut Mark Tegmark
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 (bukan Maria Ozawa). 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 tersembunyi 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?
Kritik terhadap Hawking
Karena teori M merupakan teori yang diperdebatkan di dunia keilmuan fisika, maka datangnya Hawking mengusung teori M sebagai satu-satunya kandidat teori segalanya mendapat reaksi keras dari fisikawan, bahkan teoritikus M sendiri. Michael Duff, pakar teori M dari Imperial College London mengatakan “menurut saya, kita belum cukup memahami teori ini. Kita belum pantas mengatakan kalau apakah ada satu alam semesta atau ada banyak sekali alam semesta.” Profesor Filsafat Mark Tegmark tidak setuju. Seperti telah dijelaskan, walaupun kita tidak pernah mengenal teori M sekalipun, teori kuantum dan relativitas umum sudah cukup memungkinkan adanya banyak alam semesta.
Duff kemudian menunjuk ke celah lain dalam teori M. Teori M mengatakan kalau tujuh dimensi mengerut sementara 4 dimensi lainnya tidak. Well, hal ini tidak pasti demikian. Mungkin kalau tiga dimensi ruang yang kita miliki justru adalah dimensi yang mengerut dan alam semesta kita berada dalam sebuah gelembung raksasa yang memuat 7 dimensi ruang lainnya. Untuk ini Tegmark tampaknya setuju.
Teori M mengatakan kalau Big Bang adalah hasil pergesekan dua lembar bran dimensi tinggi
Tapi tantangan terbesar bagi Hawking dan pendukungnya adalah bukti. Apa buktinya? Masih menunggu seribu tahun lagi mungkin. Sekarang, para ilmuan sedang mencoba membuktikan teori string, belumlah teori superstring, apalagi teori M. Michael Duff baru saja mencoba membuktikan kebenaran teori string dengan mempelajari perilaku bit kuantum yang terselaraskan (entangled). Mereka berhasil, tapi sebagai ilmuan, Duff berkata “ini bukan membuktikan kalau teori string adalah teori yang benar untuk menjelaskan partikel dasar dan big bang.” Ya, bisa saja ada penjelasan yang lebih baik. Bisa saja ada teori yang lebih benar, hanya saja belum kita temukan.
Matematika Teori M
Sulit mengatakan seperti apa teori M sebenarnya secara pasti lewat matematika. Memangnya anda menduga teori tentang segalanya bisa dijelaskan hanya dengan satu dua rumus? Walau demikian saya bisa rekomendasikan sebuah buku yang komprehensif, walaupun masih berupa pengantar. Bukunya karya Katrin Becker, Melanie Becker dan John Schwarz berjudul String Theory and M-Theory. Buku ini tebalnya 750 halaman dan anda sudah akan bertemu rumus matematika pada halaman 6. Cukuplah memuaskan buat anda yang ingin mendalaminya.
Dimana dimensi ruang ke-4 hingga 10?
Rumus pertamanya adalah tentang ukuran string. Ini rumusnya
Rumus terakhirnya adalah tentang dekomposisi matriks Gamma yang muncul pada persamaan Lagrange yang mengandung medan alat U(2), sebuah suku pembersih alat dan medan-medan hantu (Gauge field,gauge fixing term dan ghost fields).
Kontribusi Indonesia
Pengembangan Teori M melibatkan banyak sekali ilmuan dari berbagai negara. Mungkin pakar dari Indonesia adalah Arianto, F.P. Zen, dan B.E. Gunara dari Fisika teoritik energi tinggi dan Instrumentasi ITB. Makalah mereka berjudul Modified gravitational equations on braneworld with Lorentz invariant violation (Persamaan gravitasi termodifikasi di dunia bran dengan pelanggaran invarian Lorentz) yang diterbitkan dalam General Relativity and Gravitation. Anda bisa belajar lebih jauh tentang teori String dan teori M dari beliau-beliau.
Kesimpulan
Seperti halnya teori Newton sebelum ditemukannya teori relativitas umum. Atau seperti teori geosentris, sebelum ditemukannya heliosentris. Atau teori bumi datar sebelum ditemukannya teori bumi bulat. Teori M hanyalah satu dari sekian banyak teori yang lahir dan mulai berkembang. Mungkin ada teori segalanya, sebuah teori yang bukan teori M, mungkin teori G. Jika ini benar, maka anda tidak perlu lagi berpegangan pada Miyabi, anda bisa berpegangan pada Gajah.
Sumber :
No comments:
Post a Comment