[BUKU BAHASA INDONESIA] A BRIEF HISTORY OF TIME - STEPHEN HAWKING

Pada tahun 1974 Joel Scherk dari Paris dan John Schwarz dari California Institute of Technology menerbitkan makalah yang menunjukkan bahwa teori string dapat menggambarkan gaya gravitasi, tetapi hanya jika tegangan string jauh lebih besar, sekitar seribu juta juta juta juta juta juta ton (1 dengan tiga puluh sembilan nol setelahnya). Prediksi teori string akan sama dengan relativitas umum pada skala panjang biasa, tetapi akan berbeda pada jarak yang sangat kecil, kurang dari seperseribu juta juta juta juta juta sentimeter (satu sentimeter dibagi 1 dengan tiga puluh tiga nol setelahnya).

Karya mereka tidak banyak mendapat perhatian, karena pada waktu itu kebanyakan orang meninggalkan teori string asli tentang gaya kuat dan beralih ke teori berbasis quark dan gluon, yang tampak jauh lebih sesuai dengan pengamatan. Scherk meninggal dalam keadaan tragis (ia menderita diabetes dan mengalami koma ketika tidak ada seorang pun di sekitarnya untuk memberinya suntikan insulin). Dengan demikian Schwarz hampir menjadi satu-satunya pendukung teori string, tetapi kini dengan nilai tegangan string yang jauh lebih tinggi yang diusulkan.

Pada tahun 1984 minat terhadap string tiba-tiba bangkit kembali, tampaknya karena dua alasan. Pertama, orang tidak benar-benar membuat kemajuan dalam menunjukkan bahwa supergravitasi bersifat hingga atau bahwa ia dapat menjelaskan jenis-jenis partikel yang kita amati. Kedua, terbitnya makalah oleh John Schwarz dan Mike Green dari Queen Mary College, London, yang menunjukkan bahwa teori string mungkin dapat menjelaskan keberadaan partikel yang memiliki sifat kidal bawaan, seperti beberapa partikel yang kita amati. Apa pun alasannya, sejumlah besar orang segera mulai bekerja pada teori string dan versi baru dikembangkan, yang disebut string heterotik, yang tampak seolah-olah dapat menjelaskan jenis-jenis partikel yang kita amati.

Teori string juga menghasilkan ketakterhinggaan, tetapi diperkirakan semuanya akan saling meniadakan dalam versi seperti string heterotik (meskipun hal ini belum diketahui secara pasti). Namun teori string memiliki masalah yang lebih besar: ia tampak konsisten hanya jika ruang-waktu memiliki sepuluh atau dua puluh enam dimensi, alih-alih empat dimensi seperti biasa.

Tentu saja, dimensi ruang-waktu tambahan merupakan hal yang lazim dalam fiksi ilmiah; memang, dimensi tersebut menyediakan cara ideal untuk mengatasi pembatasan normal relativitas umum bahwa seseorang tidak dapat bergerak lebih cepat dari cahaya atau kembali ke masa lalu (lihat Bab 10). Gagasannya adalah mengambil jalan pintas melalui dimensi tambahan. Kita dapat membayangkannya sebagai berikut. Bayangkan bahwa ruang yang kita huni hanya memiliki dua dimensi dan melengkung seperti permukaan cincin jangkar atau torus Figure 11:7.

Distributor pusat penjualan segala alat listrik tenaga surya. Toko online jual listrik tenaga matahari. Produsen Produk solar sel murah.www.tokosolarcell.net . daftar Paket harga penjualan listrik tenaga matahari

Jika Anda berada di satu sisi tepi dalam cincin dan ingin mencapai titik di sisi lain, Anda harus mengelilingi tepi dalam cincin tersebut. Namun, jika Anda bisa bergerak di dimensi ketiga, Anda bisa memotong langsung menyeberang.

Mengapa kita tidak menyadari semua dimensi tambahan ini, jika memang benar ada? Mengapa kita hanya melihat tiga dimensi ruang dan satu dimensi waktu? Saran yang diajukan adalah bahwa dimensi lain dilipat menjadi ruang dengan ukuran sangat kecil, sesuatu seperti satu per sejuta juta juta juta juta inci. Ukuran ini begitu kecil sehingga kita tidak menyadarinya: kita hanya melihat satu dimensi waktu dan tiga dimensi ruang, di mana ruang-waktu relatif datar. Ini seperti permukaan sedotan. Jika diperhatikan dengan dekat, permukaan ini dua dimensi (posisi sebuah titik pada sedotan dijelaskan dengan dua angka, panjang sepanjang sedotan dan jarak mengelilingi arah melingkar). Namun, jika dilihat dari jauh, kita tidak melihat ketebalan sedotan dan terlihat satu dimensi (posisi titik hanya ditentukan oleh panjang sepanjang sedotan). Begitu pula dengan ruang-waktu: pada skala sangat kecil, ia sepuluh dimensi dan sangat melengkung, tetapi pada skala yang lebih besar kita tidak melihat kelengkungan atau dimensi tambahan.

Jika gambaran ini benar, ini berarti kabar buruk bagi calon penjelajah luar angkasa: dimensi tambahan akan terlalu kecil untuk memungkinkan kapal luar angkasa melewatinya. Namun, ini menimbulkan masalah besar lain. Mengapa beberapa dimensi, tapi tidak semua, digulung menjadi bola kecil? Kemungkinan, pada alam semesta yang sangat awal, semua dimensi sangat melengkung. Mengapa satu dimensi waktu dan tiga dimensi ruang menjadi datar, sementara dimensi lain tetap digulung rapat?

Salah satu jawaban yang mungkin adalah prinsip antropik. Dua dimensi ruang tampaknya tidak cukup untuk memungkinkan berkembangnya makhluk kompleks seperti kita. Misalnya, hewan dua dimensi yang hidup di bumi satu dimensi harus memanjat satu sama lain untuk bisa melewati satu sama lain. Jika makhluk dua dimensi memakan sesuatu yang tidak bisa dicerna sepenuhnya, ia harus mengeluarkan sisa makanan dengan cara yang sama seperti menelannya, karena jika ada lorong menembus tubuhnya, makhluk tersebut akan terbelah menjadi dua bagian terpisah: makhluk dua dimensi kita akan hancur. Demikian pula, sulit membayangkan bagaimana peredaran darah bisa terjadi pada makhluk dua dimensi.

Masalah juga muncul jika ada lebih dari tiga dimensi ruang. Gaya gravitasi antara dua benda akan menurun lebih cepat seiring jarak dibandingkan dalam tiga dimensi. (Dalam tiga dimensi, gaya gravitasi turun menjadi 1/4 jika jarak digandakan. Dalam empat dimensi turun menjadi 1/5, dalam lima dimensi menjadi 1/6, dan seterusnya.) Hal ini berarti orbit planet, seperti bumi, mengelilingi matahari akan tidak stabil: gangguan sekecil apa pun pada orbit melingkar (misalnya akibat tarik-menarik gravitasi planet lain) akan membuat bumi terlempar menjauh dari atau jatuh ke matahari. Kita akan membeku atau terbakar. Bahkan, perilaku gravitasi dengan jarak pada lebih dari tiga dimensi ruang menunjukkan bahwa matahari tidak bisa eksis dalam keadaan stabil dengan tekanan yang menyeimbangkan gravitasi. Matahari akan hancur atau runtuh membentuk lubang hitam. Dalam kedua kasus, matahari tidak akan berguna sebagai sumber panas dan cahaya untuk kehidupan di bumi. Pada skala lebih kecil, gaya listrik yang menyebabkan elektron mengorbit inti atom akan berperilaku seperti gaya gravitasi. Akibatnya, elektron akan melarikan diri dari atom atau spiraling ke inti. Dalam kedua kasus, atom seperti yang kita kenal tidak bisa ada.

Jelaslah, kehidupan, setidaknya seperti yang kita kenal, hanya dapat eksis di wilayah ruang-waktu di mana satu dimensi waktu dan tiga dimensi ruang tidak digulung kecil. Ini memungkinkan kita menggunakan prinsip antropik lemah, dengan catatan teori string setidaknya memperbolehkan adanya wilayah seperti itu di alam semesta – dan tampaknya memang teori string memungkinkan hal itu. Mungkin ada wilayah lain di alam semesta, atau alam semesta lain (apapun artinya), di mana semua dimensi digulung kecil atau di mana lebih dari empat dimensi hampir datar, tetapi tidak akan ada makhluk cerdas di wilayah tersebut untuk mengamati jumlah dimensi efektif yang berbeda.

Masalah lain adalah bahwa ada setidaknya empat teori string berbeda (string terbuka dan tiga teori string tertutup berbeda) dan jutaan cara dimensi tambahan yang diprediksi teori string bisa digulung. Mengapa hanya satu teori string dan satu cara penggulungannya yang dipilih? Untuk sementara waktu tampaknya tidak ada jawaban, dan kemajuan terhenti. Lalu, sekitar 1994, orang mulai menemukan apa yang disebut dualitas: teori string berbeda dan cara penggulungan dimensi tambahan berbeda bisa menghasilkan hasil yang sama dalam empat dimensi. Selain partikel, yang menempati satu titik di ruang, dan string, yang berupa garis, ditemukan juga objek lain yang disebut p-brane, yang menempati volume dua dimensi atau lebih tinggi di ruang. (Partikel dapat dianggap sebagai 0-brane, string sebagai 1-brane, tetapi ada juga p-brane untuk p=2 hingga p=9.) Ini menunjukkan adanya semacam demokrasi di antara teori supergravitasi, string, dan p-brane: mereka tampaknya saling cocok tetapi tidak ada yang lebih fundamental dari yang lain. Mereka tampaknya adalah pendekatan berbeda terhadap teori fundamental yang valid dalam situasi berbeda.

Orang telah mencari teori fundamental ini, tetapi sejauh ini tanpa hasil. Namun, saya percaya mungkin tidak ada satu formulasi tunggal dari teori fundamental, sama seperti, seperti yang ditunjukkan Godel, aritmatika tidak bisa diformulasikan hanya dengan satu set aksioma. Sebaliknya, mungkin seperti peta – Anda tidak bisa menggunakan satu peta untuk mendeskripsikan permukaan bumi atau cincin jangkar: dibutuhkan setidaknya dua peta untuk bumi dan empat untuk cincin jangkar agar setiap titik tercover. Setiap peta hanya valid di wilayah terbatas, tetapi wilayah berbeda akan memiliki tumpang tindih. Kumpulan peta menyediakan deskripsi lengkap permukaan. Demikian pula dalam fisika mungkin perlu menggunakan formulasi berbeda dalam situasi berbeda, tetapi dua formulasi berbeda akan setuju di situasi di mana keduanya bisa diterapkan. Seluruh kumpulan formulasi berbeda bisa dianggap sebagai teori terpadu lengkap, meski tidak bisa diekspresikan dengan satu set postulat.

Namun, mungkinkah benar-benar ada teori terpadu seperti itu? Atau mungkin kita hanya mengejar fatamorgana? Tampaknya ada tiga kemungkinan:

1. Memang ada teori terpadu lengkap (atau kumpulan formulasi yang tumpang tindih), yang suatu saat akan kita temukan jika cukup cerdas.

2. Tidak ada teori akhir alam semesta, hanya urutan tak terbatas teori yang semakin akurat menggambarkan alam semesta.

3. Tidak ada teori alam semesta: peristiwa tidak bisa diprediksi di luar batas tertentu dan terjadi secara acak dan sewenang-wenang.

Beberapa orang akan memilih kemungkinan ketiga dengan alasan bahwa jika ada satu set hukum lengkap, itu akan membatasi kebebasan Tuhan untuk mengubah pikiran dan campur tangan di dunia. Ini mirip dengan paradoks lama: bisakah Tuhan membuat batu begitu berat sehingga Dia tidak bisa mengangkatnya? Namun gagasan bahwa Tuhan mungkin ingin mengubah pikiran adalah contoh kesalahan, seperti yang ditunjukkan St. Augustine, membayangkan Tuhan sebagai makhluk yang ada dalam waktu: waktu adalah properti hanya dari alam semesta yang Tuhan ciptakan. Tampaknya, Dia sudah mengetahui apa yang Dia rencanakan saat menciptakannya!

Dengan munculnya mekanika kuantum, kita menyadari bahwa peristiwa tidak bisa diprediksi dengan akurat sepenuhnya, tetapi selalu ada tingkat ketidakpastian. Jika mau, kita bisa mengaitkan randomness ini dengan campur tangan Tuhan, tetapi itu akan menjadi campur tangan yang aneh: tidak ada bukti bahwa campur tangan itu diarahkan untuk tujuan tertentu. Bahkan, jika memang ada tujuan, maka secara definisi itu tidak acak. Di masa modern, kita pada dasarnya telah menghapus kemungkinan ketiga dengan mendefinisikan ulang tujuan sains: tujuan kita adalah merumuskan seperangkat hukum yang memungkinkan kita memprediksi peristiwa hanya sampai batas yang ditetapkan oleh prinsip ketidakpastian.

Kemungkinan kedua, yaitu urutan tak terbatas teori yang semakin diperhalus, sesuai dengan semua pengalaman kita sejauh ini. Dalam banyak kesempatan kita meningkatkan sensitivitas pengukuran atau melakukan pengamatan baru, lalu menemukan fenomena baru yang tidak diprediksi teori yang ada, dan untuk menjelaskannya kita harus mengembangkan teori yang lebih maju. Maka tidak mengherankan jika generasi saat ini dari teori penyatuan besar salah dalam mengklaim tidak akan ada hal baru yang terjadi antara energi unifikasi elektrolemah sekitar 100 GeV dan energi penyatuan besar sekitar seribu juta juta GeV. Kita mungkin memang akan menemukan beberapa lapisan struktur baru yang lebih mendasar daripada quark dan elektron yang kini kita anggap sebagai partikel “elementer”.

Namun, tampaknya gravitasi mungkin memberikan batas pada urutan “kotak dalam kotak” ini. Jika ada partikel dengan energi di atas energi Planck, sepuluh juta juta juta GeV (1 diikuti sembilan belas nol), massanya akan sangat terkonsentrasi sehingga terisolasi dari alam semesta lain dan membentuk lubang hitam kecil. Jadi tampaknya urutan teori yang semakin diperhalus harus memiliki batas saat kita pergi ke energi yang semakin tinggi, sehingga harus ada teori akhir alam semesta. Tentu, energi Planck jauh lebih tinggi dibandingkan energi sekitar seratus GeV, yang paling bisa kita hasilkan di laboratorium saat ini. Kita tidak akan menutup kesenjangan itu dengan akselerator partikel dalam waktu dekat! Tahap awal alam semesta, bagaimanapun, adalah arena di mana energi seperti itu pasti terjadi. Saya percaya ada peluang besar bahwa studi alam semesta awal dan kebutuhan konsistensi matematis akan membawa kita ke teori terpadu lengkap dalam masa hidup sebagian dari kita yang ada saat ini, dengan catatan kita tidak menghancurkan diri sendiri terlebih dahulu.

Apa artinya jika kita benar-benar menemukan teori akhir alam semesta? Seperti dijelaskan di Bab 1, kita tidak bisa yakin sepenuhnya bahwa kita telah menemukan teori yang benar, karena teori tidak bisa dibuktikan. Namun jika teori tersebut konsisten secara matematis dan selalu memberikan prediksi yang sesuai observasi, kita bisa cukup yakin itu benar. Ini akan menutup bab panjang dan gemilang dalam sejarah perjuangan intelektual manusia memahami alam semesta. Tetapi ini juga akan merevolusi pemahaman orang biasa tentang hukum yang mengatur alam semesta. Pada masa Newton, orang terpelajar bisa memahami seluruh pengetahuan manusia, setidaknya secara garis besar. Namun sejak itu, perkembangan ilmu pengetahuan begitu cepat sehingga hal ini tidak mungkin. Karena teori selalu diubah untuk menyesuaikan pengamatan baru, teori-teori itu tidak pernah sepenuhnya dipahami atau disederhanakan agar orang biasa bisa memahaminya. Anda harus menjadi spesialis, dan bahkan itu hanya memungkinkan memahami sebagian kecil teori ilmiah. Lebih jauh, laju kemajuan begitu cepat sehingga apa yang dipelajari di sekolah atau universitas selalu agak usang. Hanya sedikit orang yang bisa mengikuti batas pengetahuan yang terus berkembang, dan mereka harus mendedikasikan seluruh waktunya dan mengkhususkan diri di area kecil. Sisanya hampir tidak tahu kemajuan yang dibuat atau sensasi yang ditimbulkannya. Tujuh puluh tahun lalu, jika Eddington dipercaya, hanya dua orang yang memahami teori relativitas umum. Sekarang, puluhan ribu lulusan universitas memahaminya, dan jutaan orang paling tidak mengenal idenya. Jika teori terpadu lengkap ditemukan, hanya soal waktu sampai itu dipahami dan disederhanakan dengan cara yang sama dan diajarkan di sekolah, setidaknya secara garis besar. Kita semua akan bisa memahami hukum yang mengatur alam semesta dan bertanggung jawab atas keberadaan kita.

Bahkan jika kita menemukan teori terpadu lengkap, itu tidak berarti kita bisa memprediksi peristiwa secara umum, karena dua alasan. Pertama adalah batasan prinsip ketidakpastian mekanika kuantum pada kemampuan prediksi kita. Tidak ada yang bisa kita lakukan untuk mengatasinya. Dalam praktiknya, batasan pertama ini kurang membatasi daripada yang kedua. Batasan kedua muncul karena kita tidak bisa menyelesaikan persamaan teori secara tepat, kecuali dalam situasi sangat sederhana. (Kita bahkan tidak bisa menyelesaikan secara tepat gerak tiga benda dalam teori gravitasi Newton, dan kesulitan bertambah seiring jumlah benda dan kompleksitas teori.) Kita sudah mengetahui hukum yang mengatur perilaku materi dalam semua kondisi kecuali yang paling ekstrem. Khususnya, kita mengetahui hukum dasar yang mendasari semua kimia dan biologi. Namun kita tentu belum mereduksi subjek-subjek ini menjadi masalah yang terselesaikan: kita sejauh ini belum berhasil memprediksi perilaku manusia dari persamaan matematika! Jadi meskipun kita menemukan seperangkat hukum dasar lengkap, masih akan ada tantangan intelektual di masa depan dalam mengembangkan metode aproksimasi lebih baik, agar kita bisa membuat prediksi berguna tentang kemungkinan hasil dalam situasi kompleks dan realistis. Teori terpadu lengkap, konsisten, hanyalah langkah pertama: tujuan kita adalah pemahaman lengkap tentang peristiwa di sekitar kita dan tentang keberadaan kita sendiri.