[Buku Bahasa Indonesia] The Universe In a Nutshell - Stephen Hawking
Bab 1 : Sejarah Singkat Relativitas
1.1 Bagaimana Einstein Meletakkan Dasar Dua Teori Fundamental Abad ke-20: Relativitas Umum dan Teori Kuantum
Albert Einstein, penemu teori relativitas khusus dan relativitas umum, lahir di Jerman pada tahun 1879. Namun setahun kemudian keluarganya pindah ke München, tempat ayahnya, Hermann, bersama pamannya Jacob, mendirikan usaha kecil di bidang kelistrikan yang tidak terlalu berhasil.
Albert bukanlah seorang anak ajaib, tetapi anggapan bahwa ia berprestasi buruk di sekolah tampaknya merupakan suatu pembesar-besaran.
Pada tahun 1894 usaha ayahnya gagal, dan keluarganya pindah ke Milan. Orang tuanya memutuskan agar ia tetap tinggal untuk menyelesaikan sekolahnya, tetapi ia tidak menyukai sistem yang otoriter. Dalam beberapa bulan ia meninggalkan sekolah itu dan bergabung dengan keluarganya di Italia. Ia kemudian menyelesaikan pendidikannya di Zürich dan lulus dari Sekolah Politeknik Federal yang bergengsi—dikenal sebagai ETH—pada tahun 1900.
Sifatnya yang gemar berdebat dan ketidaksukaannya terhadap otoritas tidak membuatnya disenangi para profesor di ETH, sehingga tidak seorang pun dari mereka menawarinya posisi asisten, yang biasanya merupakan jalur awal menuju karier akademik. Dua tahun kemudian ia akhirnya memperoleh pekerjaan junior di Kantor Paten Swiss di Bern. Ketika memegang jabatan inilah, pada tahun 1905 ia menulis tiga makalah yang sekaligus menempatkannya sebagai salah satu ilmuwan terkemuka di dunia dan memulai dua revolusi konseptual—revolusi yang mengubah pemahaman kita tentang waktu, ruang, dan realitas itu sendiri.
Menjelang akhir abad ke-19 para ilmuwan percaya bahwa mereka hampir mencapai deskripsi lengkap mengenai alam semesta. Mereka membayangkan bahwa ruang dipenuhi oleh medium kontinu yang disebut eter. Sinar cahaya dan sinyal radio dianggap sebagai gelombang dalam eter ini, sebagaimana suara merupakan gelombang tekanan dalam udara. Yang diperlukan untuk menyempurnakan teori tersebut hanyalah pengukuran yang cermat terhadap sifat elastis eter.
Bahkan, dalam mengantisipasi pengukuran semacam itu, Laboratorium Jefferson di Universitas Harvard dibangun tanpa menggunakan paku besi sama sekali, agar tidak mengganggu pengukuran magnetik yang sangat peka. Namun rencana ini melupakan satu hal: batu bata merah kecokelatan yang digunakan untuk membangun laboratorium—dan sebagian besar bangunan Harvard—mengandung banyak unsur besi. Bangunan itu masih digunakan hingga sekarang, meskipun Harvard sendiri tidak sepenuhnya yakin berapa beban yang dapat ditanggung lantai perpustakaan yang dibangun tanpa paku besi tersebut.
Menjelang pergantian abad, ketidaksesuaian dalam gagasan tentang eter yang meresap ke seluruh ruang mulai tampak. Diperkirakan bahwa cahaya merambat melalui eter dengan kecepatan tetap. Akan tetapi, jika seseorang bergerak melalui eter searah dengan cahaya, kecepatannya akan tampak lebih kecil; sebaliknya, jika bergerak berlawanan arah dengan cahaya, kecepatannya akan tampak lebih besar. Namun serangkaian percobaan gagal mendukung gagasan ini. Yang paling teliti dan paling akurat dilakukan oleh Albert Michelson dan Edward Morley di Case School of Applied Science di Cleveland, Ohio, pada tahun 1887. Mereka membandingkan kecepatan cahaya dalam dua berkas yang saling tegak lurus.
Ketika Bumi berputar pada porosnya dan mengelilingi Matahari, alat percobaan itu seharusnya bergerak melalui eter dengan kecepatan dan arah yang berubah-ubah. Namun Michelson dan Morley tidak menemukan perbedaan harian maupun tahunan antara kedua berkas cahaya tersebut. Seolah-olah cahaya selalu merambat dengan kecepatan yang sama relatif terhadap pengamat, tidak peduli seberapa cepat dan ke arah mana ia bergerak.
Berdasarkan percobaan Michelson–Morley, fisikawan Irlandia George Fitzgerald dan fisikawan Belanda Hendrik Lorentz mengusulkan bahwa benda-benda yang bergerak melalui eter akan mengalami penyusutan, dan jam-jam akan berjalan lebih lambat. Penyusutan dan perlambatan waktu ini akan sedemikian rupa sehingga semua orang tetap mengukur kecepatan cahaya yang sama, apa pun gerak mereka terhadap eter.
Fitzgerald dan Lorentz masih menganggap eter sebagai substansi nyata. Namun dalam sebuah makalah yang ditulis pada Juni 1905, Einstein menunjukkan bahwa jika seseorang tidak dapat mendeteksi apakah ia sedang bergerak melalui ruang atau tidak, maka gagasan tentang eter menjadi tidak diperlukan. Sebaliknya, ia memulai dari postulat bahwa hukum-hukum sains harus tampak sama bagi semua pengamat yang bergerak bebas. Secara khusus, mereka semua harus mengukur kecepatan cahaya yang sama, tidak peduli seberapa cepat mereka bergerak.
Kecepatan cahaya tidak bergantung pada gerak mereka dan sama ke segala arah. Hal ini menuntut ditinggalkannya gagasan bahwa ada besaran universal yang disebut waktu yang diukur oleh semua jam. Sebaliknya, setiap orang memiliki waktunya sendiri. Waktu dua orang akan sama jika keduanya diam relatif satu sama lain, tetapi tidak jika mereka saling bergerak.
Hal ini telah dikonfirmasi oleh sejumlah eksperimen, termasuk percobaan di mana dua jam yang sangat akurat diterbangkan mengelilingi dunia ke arah yang berlawanan, lalu dikembalikan dan menunjukkan perbedaan waktu yang sangat kecil. Hal ini mungkin memberi kesan bahwa jika seseorang ingin hidup lebih lama, ia sebaiknya terus terbang ke arah timur sehingga kecepatan pesawat menambah kecepatan rotasi Bumi. Namun pecahan detik kecil yang diperoleh itu akan lebih dari cukup terhapus oleh makan hidangan pesawat.
1.2 Paradoks Kembar
Dalam teori relativitas, setiap pengamat memiliki ukuran waktunya sendiri; hal ini dapat menimbulkan apa yang disebut paradoks kembar.
Salah satu dari sepasang kembar melakukan perjalanan ruang angkasa dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, sementara saudaranya tetap berada di Bumi. Karena geraknya, waktu berjalan lebih lambat di pesawat ruang angkasa menurut pengamatan kembar yang tinggal di Bumi. Ketika ia kembali, sang penjelajah ruang angkasa akan mendapati bahwa saudaranya telah menua lebih banyak daripada dirinya.
Meskipun tampak bertentangan dengan akal sehat, sejumlah eksperimen menunjukkan bahwa dalam skenario ini kembar yang bepergian memang akan lebih muda.
Bayangkan sebuah pesawat ruang angkasa melintas Bumi dari kiri ke kanan dengan kecepatan empat perlima kecepatan cahaya. Sebuah pulsa cahaya dipancarkan dari salah satu ujung kabin dan dipantulkan di ujung lainnya. Cahaya ini diamati oleh orang-orang di Bumi dan di dalam pesawat. Karena gerak pesawat, kedua pengamat akan berbeda pendapat mengenai jarak yang ditempuh cahaya sebelum dipantulkan kembali. Karena itu mereka juga akan berbeda pendapat mengenai waktu yang ditempuh cahaya tersebut. Hal ini sejalan dengan postulat Einstein bahwa kecepatan cahaya sama bagi semua pengamat yang bergerak bebas.
Postulat Einstein—bahwa hukum-hukum alam harus tampak sama bagi semua pengamat yang bergerak bebas—menjadi dasar teori relativitas, yang dinamai demikian karena menyiratkan bahwa hanya gerak relatiflah yang penting. Keindahan dan kesederhanaannya meyakinkan banyak pemikir, tetapi masih ada banyak penentangan.
Einstein telah menggulingkan dua “kemutlakan” dalam sains abad ke-19: keadaan diam mutlak—yang diwakili oleh eter—dan waktu mutlak atau universal yang diukur oleh semua jam. Banyak orang merasa konsep ini meresahkan: apakah ini berarti bahwa segala sesuatu bersifat relatif, bahwa tidak ada standar moral yang mutlak? Kegelisahan ini terus berlangsung sepanjang dekade 1920-an dan 1930-an.
Ketika Einstein dianugerahi Hadiah Nobel pada tahun 1921, kutipan penghargaannya menyebut “karya penting”, namun—menurut standarnya—“relatif kecil”, yang juga ia lakukan pada tahun 1905. Tidak ada penyebutan tentang relativitas, yang dianggap terlalu kontroversial. Bahkan hingga kini saya masih menerima dua atau tiga surat setiap minggu yang mengatakan kepada saya: “Einstein salah …”
Namun demikian, teori relativitas kini sepenuhnya diterima oleh komunitas ilmiah, dan prediksinya telah diverifikasi dalam tak terhitung banyaknya penerapan.
Salah satu konsekuensi yang sangat penting dari relativitas adalah hubungan antara massa dan energi. Postulat Einstein bahwa kecepatan cahaya harus tampak sama bagi semua orang menyiratkan bahwa tidak ada sesuatu pun yang dapat bergerak lebih cepat daripada cahaya. Ketika energi digunakan untuk mempercepat sesuatu—baik partikel maupun pesawat ruang angkasa—massanya meningkat, sehingga semakin sulit untuk mempercepatnya lebih jauh.
Mempercepat sebuah partikel hingga mencapai kecepatan cahaya adalah mustahil, karena memerlukan energi tak hingga. Massa dan energi setara, sebagaimana dirangkum dalam persamaan terkenal Einstein:
E = mc²
Ini barangkali satu-satunya persamaan fisika yang dikenal luas oleh masyarakat umum. Salah satu konsekuensinya adalah kesadaran bahwa jika inti atom uranium terbelah menjadi dua inti dengan massa total yang sedikit lebih kecil, maka akan dilepaskan sejumlah energi yang sangat besar.
Pada tahun 1939, ketika kemungkinan pecahnya perang dunia lain semakin nyata, sekelompok ilmuwan yang menyadari implikasi ini membujuk Einstein untuk mengesampingkan keberatan pasifisnya dan menambahkan wibawanya pada sebuah surat kepada Presiden Roosevelt, yang mendesak Amerika Serikat untuk memulai program penelitian nuklir. Hal ini kemudian melahirkan Proyek Manhattan dan akhirnya menghasilkan bom yang dijatuhkan di Hiroshima dan Nagasaki pada tahun 1945.
Sebagian orang menyalahkan Einstein atas bom atom karena ia menemukan hubungan antara massa dan energi. Namun itu sama saja dengan menyalahkan Newton atas kecelakaan pesawat terbang karena ia menemukan gravitasi. Einstein sendiri tidak mengambil bagian dalam Proyek Manhattan dan merasa sangat ngeri atas pengeboman tersebut.
1.3 Surat Kenabian Einstein kepada Presiden Roosevelt pada Tahun 1939
Dalam empat bulan terakhir, melalui pekerjaan Joliot di Prancis serta Fermi dan Szilard di Amerika, menjadi mungkin bahwa reaksi berantai nuklir dapat terjadi dalam massa uranium yang besar, yang akan menghasilkan sejumlah besar energi serta berbagai unsur baru yang menyerupai radium. Kini tampaknya hampir pasti bahwa hal ini dapat dicapai dalam waktu dekat.
Fenomena baru ini juga dapat mengarah pada pembuatan bom, dan dapat dibayangkan—meskipun masih jauh dari pasti—bahwa bom jenis baru yang sangat kuat dapat dikembangkan.
Setelah makalah-makalah revolusionernya pada tahun 1905, reputasi ilmiah Einstein pun mantap. Namun baru pada tahun 1909 ia memperoleh jabatan di Universitas Zürich yang memungkinkannya meninggalkan Kantor Paten Swiss. Dua tahun kemudian ia pindah ke Universitas Jerman di Praha, tetapi pada tahun 1912 ia kembali ke Zürich, kali ini ke ETH.
Meskipun antisemitisme tersebar luas di sebagian besar Eropa—bahkan di universitas-universitas—Einstein kini menjadi akademisi yang sangat diminati. Tawaran datang dari Wina dan Utrecht, tetapi ia memilih menerima posisi penelitian di Akademi Ilmu Pengetahuan Prusia di Berlin karena membebaskannya dari kewajiban mengajar.
Ia pindah ke Berlin pada April 1914 dan tak lama kemudian disusul oleh istrinya serta dua putranya. Namun pernikahan mereka telah lama berada dalam keadaan buruk, dan keluarganya kembali ke Zürich. Meskipun ia sesekali mengunjungi mereka, akhirnya ia dan istrinya bercerai. Einstein kemudian menikahi sepupunya, Elsa, yang tinggal di Berlin.
Fakta bahwa ia menghabiskan tahun-tahun perang sebagai seorang lajang, tanpa tanggung jawab rumah tangga, mungkin merupakan salah satu alasan mengapa periode itu sangat produktif baginya secara ilmiah.
Meskipun teori relativitas cocok dengan hukum-hukum yang mengatur listrik dan magnetisme, ia tidak sesuai dengan hukum gravitasi Newton. Hukum ini menyatakan bahwa jika distribusi materi di suatu wilayah ruang berubah, perubahan medan gravitasi akan segera dirasakan di seluruh bagian alam semesta. Hal ini bukan saja berarti bahwa sinyal dapat dikirim lebih cepat daripada cahaya—sesuatu yang dilarang oleh relativitas—tetapi juga memerlukan adanya waktu mutlak atau universal, yang telah dihapus oleh relativitas.
Einstein menyadari kesulitan ini pada tahun 1907 ketika ia masih bekerja di Kantor Paten di Bern. Namun baru pada tahun 1911, ketika berada di Praha, ia mulai memikirkan masalah tersebut secara serius.
Ia menyadari adanya hubungan erat antara percepatan dan medan gravitasi. Seseorang di dalam kotak tertutup—misalnya sebuah lift—tidak dapat mengetahui apakah kotak itu diam dalam medan gravitasi Bumi atau sedang dipercepat oleh roket di ruang bebas.
Tentu saja ini terjadi sebelum zaman Star Trek, sehingga Einstein membayangkan orang berada di dalam lift, bukan pesawat ruang angkasa. Namun seseorang tidak dapat jatuh bebas atau dipercepat sangat jauh di dalam lift sebelum terjadi bencana.
Jika Bumi datar, kita dapat sama saja mengatakan bahwa apel jatuh menimpa kepala Newton karena gravitasi, atau karena Newton dan permukaan Bumi dipercepat ke atas. Kesetaraan antara percepatan dan gravitasi ini tampaknya tidak berlaku untuk Bumi yang bulat: orang-orang di sisi berlawanan dunia harus dipercepat ke arah yang berlawanan, tetapi tetap berada pada jarak tetap satu sama lain.
Namun ketika kembali ke Zürich pada tahun 1912, Einstein mendapat gagasan cemerlang: kesetaraan itu akan berlaku jika geometri ruang-waktu melengkung dan bukan datar sebagaimana sebelumnya diasumsikan. Gagasannya adalah bahwa massa dan energi akan melengkungkan ruang-waktu dengan cara tertentu yang masih harus ditentukan.
Benda-benda seperti apel dan planet berusaha bergerak dalam garis lurus melalui ruang-waktu, tetapi lintasannya tampak melengkung oleh medan gravitasi karena ruang-waktu itu sendiri melengkung.
Baca Juga: Lighten PDF Converter OCR 6.1.1 Full Version
Dengan bantuan temannya Marcel Grossmann, Einstein mempelajari teori ruang dan permukaan melengkung yang sebelumnya dikembangkan oleh Georg Friedrich Riemann sebagai cabang matematika abstrak. Riemann sendiri tidak pernah membayangkan bahwa teorinya akan relevan bagi dunia nyata.
Einstein dan Grossmann menulis makalah bersama pada tahun 1913 yang mengemukakan gagasan bahwa apa yang kita anggap sebagai gaya gravitasi sebenarnya hanyalah manifestasi dari kelengkungan ruang-waktu. Namun karena suatu kesalahan Einstein—yang tetap manusia biasa yang dapat keliru—mereka tidak berhasil menemukan persamaan yang menghubungkan kelengkungan ruang-waktu dengan massa dan energi di dalamnya.
Einstein terus mengerjakan masalah ini di Berlin, tanpa banyak gangguan urusan rumah tangga dan relatif tidak terpengaruh oleh perang, hingga akhirnya pada November 1915 ia menemukan persamaan yang benar.
Ia telah mendiskusikan gagasannya dengan matematikawan David Hilbert selama kunjungannya ke Universitas Göttingen pada musim panas 1915. Hilbert secara independen menemukan persamaan yang sama beberapa hari sebelum Einstein. Namun, sebagaimana diakui oleh Hilbert sendiri, penghargaan atas teori baru itu sepenuhnya milik Einstein.
Teori baru ruang-waktu ini disebut relativitas umum, untuk membedakannya dari teori sebelumnya tanpa gravitasi yang kini disebut relativitas khusus.
Teori ini memperoleh konfirmasi spektakuler pada tahun 1919 ketika sebuah ekspedisi Inggris ke Afrika Barat mengamati sedikit pembelokan cahaya yang melintas dekat Matahari selama gerhana. Ini merupakan bukti langsung bahwa ruang dan waktu memang melengkung, dan penemuan ini memicu perubahan terbesar dalam cara kita memandang alam semesta sejak Euclid menulis Elements of Geometry sekitar tahun 300 SM.
Teori relativitas Einstein mengubah ruang dan waktu dari sekadar latar pasif tempat peristiwa berlangsung menjadi peserta aktif dalam dinamika alam semesta.
Dari sini muncul persoalan besar yang masih menjadi pusat perhatian fisika pada abad ke-21.
Alam semesta dipenuhi materi, dan materi melengkungkan ruang-waktu sedemikian rupa sehingga benda-benda cenderung saling jatuh mendekat. Einstein menemukan bahwa persamaannya tidak memiliki solusi yang menggambarkan alam semesta yang tidak berubah terhadap waktu. Alih-alih meninggalkan gagasan tentang alam semesta abadi—yang ia dan banyak orang lain percayai—ia memodifikasi persamaannya dengan menambahkan suatu suku yang disebut konstanta kosmologis, yang melengkungkan ruang-waktu dengan arah berlawanan sehingga benda-benda justru saling menjauh.
Efek tolak dari konstanta kosmologis dapat menyeimbangkan efek tarik materi, sehingga memungkinkan solusi alam semesta statis.
Ini merupakan salah satu peluang yang terlewatkan dalam fisika teoretis. Seandainya Einstein tetap mempertahankan persamaan aslinya, ia dapat memprediksi bahwa alam semesta harus mengembang atau menyusut.
Namun kemungkinan alam semesta yang berubah terhadap waktu tidak dipandang serius sampai pengamatan pada tahun 1920-an dengan teleskop berdiameter 100 inci di Gunung Wilson. Pengamatan ini menunjukkan bahwa semakin jauh galaksi lain dari kita, semakin cepat mereka menjauh. Alam semesta ternyata mengembang.
Penemuan ini menghilangkan kebutuhan akan konstanta kosmologis untuk mempertahankan alam semesta statis. Einstein kemudian menyebut konstanta kosmologis sebagai “kesalahan terbesar dalam hidupnya.” Namun kini tampaknya hal itu mungkin bukan kesalahan sama sekali.
Pengamatan terbaru—yang akan dibahas dalam Bab 3—menunjukkan bahwa memang mungkin terdapat konstanta kosmologis kecil.
Teori relativitas umum sepenuhnya mengubah pembahasan mengenai asal-usul dan nasib alam semesta. Alam semesta yang statis dapat saja telah ada selamanya, atau mungkin diciptakan dalam bentuknya yang sekarang pada suatu waktu di masa lalu. Namun, jika galaksi-galaksi sekarang saling menjauh, itu berarti pada masa lampau mereka pasti lebih berdekatan. Sekitar 15 × 10? tahun yang lalu, semuanya akan berada hampir bertumpuk satu sama lain, dan kerapatannya akan sangat besar. Tahap ini disebut “atom purba” oleh imam Katolik Georges Lemaître, yang pertama kali menyelidiki asal-usul alam semesta yang kini kita sebut Big Bang.
Albert Einstein tampaknya tidak pernah benar-benar menganggap gagasan Big Bang secara serius. Ia tampaknya berpendapat bahwa model sederhana tentang alam semesta yang mengembang secara seragam akan runtuh jika gerak galaksi ditelusuri kembali ke masa lalu; menurutnya, kecepatan kecil ke arah samping yang dimiliki galaksi-galaksi akan menyebabkan mereka saling meleset. Ia juga menduga bahwa alam semesta mungkin pernah mengalami fase penyusutan sebelumnya, lalu memantul menuju pengembangan yang sekarang pada kerapatan yang relatif sedang.
Namun kini kita mengetahui bahwa agar reaksi nuklir pada alam semesta awal dapat menghasilkan jumlah unsur-unsur ringan yang kita amati sekarang, kerapatannya harus setidaknya sekitar 10 ton per inci kubik (sekitar 4 × 10? kali kerapatan air), dengan suhu sekitar 10¹? derajat. Pengamatan lebih lanjut terhadap radiasi latar gelombang mikro menunjukkan bahwa kerapatan itu mungkin pernah mencapai sekitar satu triliun triliun triliun triliun triliun triliun ton per inci kubik—yakni 1 dengan 72 angka nol di belakangnya. Kita juga kini mengetahui bahwa teori relativitas umum Einstein tidak memungkinkan alam semesta memantul dari fase penyusutan menuju pengembangan yang sekarang.
Seperti yang akan dibahas dalam bab 2, Roger Penrose dan saya mampu menunjukkan bahwa relativitas umum memprediksi bahwa alam semesta memang bermula dari Big Bang. Dengan demikian, teori Einstein sebenarnya menyiratkan bahwa waktu memiliki permulaan, meskipun Einstein sendiri tidak pernah merasa nyaman dengan gagasan tersebut.
Einstein bahkan lebih enggan lagi menerima bahwa relativitas umum juga memprediksi bahwa waktu akan berakhir bagi bintang-bintang masif ketika mereka mencapai akhir kehidupannya dan tidak lagi menghasilkan cukup panas untuk menyeimbangkan gaya gravitasi mereka sendiri yang berusaha membuatnya menyusut. Einstein mengira bintang-bintang semacam itu akan mencapai keadaan akhir yang stabil. Namun kini kita mengetahui bahwa tidak ada konfigurasi akhir yang stabil bagi bintang yang massanya lebih dari dua kali massa Matahari. Bintang-bintang seperti itu akan terus menyusut sampai menjadi lubang hitam, yaitu wilayah ruang-waktu yang begitu melengkung sehingga cahaya pun tidak dapat lolos darinya.
Ketika sebuah bintang masif kehabisan bahan bakar nuklirnya, ia akan kehilangan panas dan menyusut; kelengkungan ruang-waktu akan menjadi begitu besar sehingga terbentuklah lubang hitam yang tidak dapat dilewati cahaya. Di dalam lubang hitam, waktu akan berakhir. Penrose dan saya menunjukkan bahwa relativitas umum memprediksi berakhirnya waktu di dalam lubang hitam, baik bagi bintang tersebut maupun bagi astronot malang yang mungkin jatuh ke dalamnya. Namun baik awal maupun akhir waktu merupakan tempat di mana persamaan relativitas umum tidak dapat didefinisikan. Karena itu teori tersebut tidak dapat memprediksi apa yang muncul dari Big Bang.
Sebagian orang melihat hal ini sebagai tanda kebebasan Tuhan untuk memulai alam semesta dengan cara apa pun yang dikehendaki-Nya; namun yang lain, termasuk saya sendiri, merasa bahwa awal alam semesta seharusnya juga diatur oleh hukum yang sama yang berlaku pada waktu-waktu lainnya.
Kami telah membuat beberapa kemajuan menuju tujuan ini, seperti yang akan dijelaskan dalam bab 3, tetapi kita masih belum memiliki pemahaman lengkap tentang asal-usul alam semesta.
Alasan relativitas umum gagal menjelaskan Big Bang adalah karena teori ini tidak selaras dengan teori kuantum, revolusi konseptual besar lainnya pada awal abad ke-20. Langkah pertama menuju teori kuantum terjadi pada tahun 1900 ketika Max Planck di Berlin menemukan bahwa radiasi dari benda yang berpijar merah dapat dijelaskan jika cahaya hanya dapat dipancarkan atau diserap dalam paket-paket diskret yang disebut kuanta.
Dalam salah satu makalah revolusionernya pada tahun 1905, ketika bekerja di kantor paten, Einstein menunjukkan bahwa hipotesis kuanta Planck dapat menjelaskan apa yang disebut efek fotolistrik, yaitu cara logam tertentu melepaskan elektron ketika terkena cahaya. Fenomena ini menjadi dasar detektor cahaya modern dalam kamera televisi, dan atas pekerjaan inilah Einstein dianugerahi Hadiah Nobel Fisika.
Einstein terus mengembangkan gagasan kuantum hingga tahun 1920-an, tetapi ia sangat terganggu oleh karya Werner Heisenberg, Paul Dirac, dan Erwin Schrödinger, yang mengembangkan gambaran baru tentang realitas yang disebut mekanika kuantum. Dalam teori ini, partikel kecil tidak lagi memiliki posisi dan kecepatan yang pasti. Sebaliknya, semakin tepat kita menentukan posisi suatu partikel, semakin tidak tepat kita dapat menentukan kecepatannya, dan sebaliknya.
Baca Juga: [Buku Bahasa Indonesia] Cosmos - Carl Sagan
Einstein sangat terganggu oleh unsur keacakan yang tidak dapat diprediksi dalam hukum-hukum dasar tersebut dan tidak pernah sepenuhnya menerima mekanika kuantum. Perasaannya terkenal melalui ucapannya: “Tuhan tidak bermain dadu.”
Namun sebagian besar ilmuwan menerima keabsahan hukum kuantum baru tersebut karena kemampuannya menjelaskan berbagai fenomena yang sebelumnya tidak dapat dipahami serta kesesuaiannya yang sangat baik dengan pengamatan. Teori ini menjadi dasar perkembangan modern dalam kimia, biologi molekuler, dan elektronika, serta fondasi teknologi yang telah mengubah dunia dalam lima puluh tahun terakhir.
Pada Desember 1932, menyadari bahwa kaum Nazi dan Adolf Hitler akan segera berkuasa, Einstein meninggalkan Jerman. Empat bulan kemudian ia melepaskan kewarganegaraan Jermannya dan menghabiskan dua puluh tahun terakhir hidupnya di Institute for Advanced Study di Princeton, New Jersey.
Di Jerman, rezim Nazi melancarkan kampanye melawan “ilmu Yahudi”, dan banyak ilmuwan Jerman yang memang keturunan Yahudi. Hal ini menjadi salah satu alasan mengapa Jerman tidak mampu membangun bom atom. Einstein dan teori relativitas menjadi sasaran utama kampanye tersebut. Ketika diberi tahu tentang sebuah buku berjudul “100 Authors Against Einstein”, ia menjawab: “Mengapa harus 100? Jika saya salah, satu orang saja sudah cukup.”
Setelah World War II, Einstein mendesak negara-negara Sekutu untuk membentuk pemerintahan dunia guna mengendalikan bom atom. Pada tahun 1948 ia bahkan ditawari jabatan presiden negara baru Israel, tetapi ia menolaknya. Ia pernah berkata: “Politik berlaku untuk saat ini, tetapi sebuah persamaan berlaku selamanya.”
Persamaan-persamaan relativitas umum Einstein merupakan epitaf terbaik untuk mengenangnya. Persamaan itu kemungkinan akan bertahan selama alam semesta masih ada.
Dunia telah berubah jauh lebih besar dalam 100 tahun terakhir dibandingkan abad mana pun sebelumnya. Penyebabnya bukanlah doktrin politik atau ekonomi baru, melainkan perkembangan teknologi yang luar biasa, yang dimungkinkan oleh kemajuan dalam ilmu pengetahuan dasar. Dan tidak ada tokoh yang lebih melambangkan kemajuan tersebut selain Albert Einstein.
Comments (0)