[Buku Bahasa Indonesia stephen hawking] Grand Design

Beberapa orang mendukung model di mana waktu mundur bahkan lebih jauh daripada peristiwa dentuman besar. Belum jelas apakah model di mana waktu berlanjut melampaui dentuman besar akan lebih baik dalam menjelaskan pengamatan saat ini, karena tampaknya hukum-hukum evolusi alam semesta mungkin runtuh pada saat dentuman besar. Jika memang demikian, maka tidak masuk akal untuk membuat model yang mencakup waktu sebelum dentuman besar, karena apa pun yang ada saat itu tidak akan memiliki konsekuensi yang dapat diamati pada masa kini, sehingga kita sebaiknya tetap berpegang pada gagasan bahwa dentuman besar merupakan penciptaan dunia.

Sebuah model adalah model yang baik jika:

1. Elegan

2. Mengandung sedikit unsur yang bersifat sewenang-wenang atau dapat disesuaikan

   Baca Juga: [Buku Bahasa Indonesia] Man's Search for Meaning - Viktor E. Frankl

3. Selaras dengan dan menjelaskan semua pengamatan yang ada

4. Membuat prediksi rinci tentang pengamatan di masa depan yang dapat membantah atau memalsukan model tersebut jika prediksi itu tidak terbukti

Sebagai contoh, teori Aristoteles bahwa dunia tersusun dari empat unsur—tanah, udara, api, dan air—serta bahwa benda-benda bertindak untuk memenuhi tujuannya adalah elegan dan tidak mengandung unsur yang dapat disesuaikan. Namun, dalam banyak kasus teori itu tidak menghasilkan prediksi yang pasti, dan ketika menghasilkan prediksi, prediksi tersebut tidak selalu selaras dengan pengamatan. Salah satu prediksinya adalah bahwa benda yang lebih berat seharusnya jatuh lebih cepat karena tujuannya adalah untuk jatuh. Tampaknya tidak ada yang menganggap penting untuk menguji hal ini sampai Galileo. Ada sebuah kisah bahwa ia mengujinya dengan menjatuhkan beban dari Menara Miring Pisa. Kisah ini kemungkinan besar bersifat apokrif, tetapi kita mengetahui bahwa ia menggulirkan beban dengan berat berbeda di atas bidang miring dan mengamati bahwa semuanya bertambah cepat dengan laju yang sama, bertentangan dengan prediksi Aristoteles.

Kriteria di atas jelas bersifat subjektif. Keanggunan, misalnya, bukanlah sesuatu yang mudah diukur, tetapi sangat dihargai oleh para ilmuwan karena hukum-hukum alam dimaksudkan untuk secara ekonomis merangkum sejumlah kasus khusus ke dalam satu rumus sederhana. Keanggunan merujuk pada bentuk suatu teori, tetapi berkaitan erat dengan ketiadaan unsur yang dapat disesuaikan, karena teori yang dipenuhi dengan faktor penyesuaian tambahan tidaklah terlalu elegan. Untuk memparafrasekan Einstein, suatu teori harus sesederhana mungkin, tetapi tidak lebih sederhana dari itu. Ptolemeus menambahkan episiklus pada orbit melingkar benda-benda langit agar modelnya dapat secara akurat menggambarkan gerakan mereka. Model tersebut dapat dibuat lebih akurat dengan menambahkan episiklus pada episiklus, atau bahkan episiklus pada yang sebelumnya. Meskipun kompleksitas tambahan dapat membuat model lebih akurat, para ilmuwan memandang model yang dipelintir untuk menyesuaikan satu set pengamatan tertentu sebagai sesuatu yang tidak memuaskan, lebih menyerupai katalog data daripada teori yang kemungkinan memuat prinsip yang berguna.

Kita akan melihat dalam Bab 5 bahwa banyak orang memandang “model standar,” yang menggambarkan interaksi partikel-partikel elementer di alam, sebagai tidak elegan. Model tersebut jauh lebih berhasil daripada episiklus Ptolemeus. Ia memprediksi keberadaan beberapa partikel baru sebelum partikel-partikel itu diamati, dan menggambarkan hasil berbagai eksperimen selama beberapa dekade dengan ketepatan tinggi. Namun, model itu mengandung puluhan parameter yang dapat disesuaikan, yang nilainya harus ditetapkan agar sesuai dengan pengamatan, alih-alih ditentukan oleh teori itu sendiri.

Mengenai poin keempat, para ilmuwan selalu terkesan ketika prediksi baru yang mencengangkan terbukti benar. Di sisi lain, ketika suatu model ditemukan memiliki kekurangan, reaksi yang umum adalah mengatakan bahwa eksperimennya yang salah. Jika hal itu ternyata bukan penyebabnya, orang-orang sering kali tetap tidak meninggalkan model tersebut, melainkan berusaha menyelamatkannya melalui modifikasi. Meskipun para fisikawan memang gigih dalam upaya menyelamatkan teori yang mereka kagumi, kecenderungan untuk memodifikasi teori akan memudar seiring modifikasi tersebut menjadi semakin artifisial atau rumit, dan karenanya tidak elegan.

Jika modifikasi yang diperlukan untuk menampung pengamatan baru menjadi terlalu berlebihan, hal itu menandakan perlunya model baru. Salah satu contoh model lama yang runtuh di bawah beban pengamatan baru adalah gagasan tentang alam semesta statis. Pada tahun 1920-an, sebagian besar fisikawan percaya bahwa alam semesta bersifat statis, atau tidak berubah ukurannya. Kemudian, pada tahun 1929, Edwin Hubble mempublikasikan pengamatannya yang menunjukkan bahwa alam semesta mengembang. Namun, Hubble tidak secara langsung mengamati alam semesta yang mengembang. Ia mengamati cahaya yang dipancarkan oleh galaksi-galaksi. Cahaya tersebut membawa tanda khas, atau spektrum, berdasarkan komposisi masing-masing galaksi, yang berubah dalam jumlah tertentu jika galaksi tersebut bergerak relatif terhadap kita. Oleh karena itu, dengan menganalisis spektrum galaksi-galaksi jauh, Hubble dapat menentukan kecepatannya. Ia mengharapkan untuk menemukan jumlah galaksi yang bergerak menjauh sama banyaknya dengan yang bergerak mendekat. Sebaliknya, ia menemukan bahwa hampir semua galaksi bergerak menjauh dari kita, dan semakin jauh jaraknya, semakin cepat gerakannya. Hubble menyimpulkan bahwa alam semesta mengembang, tetapi pihak lain yang berusaha mempertahankan model sebelumnya mencoba menjelaskan pengamatannya dalam kerangka alam semesta statis. Sebagai contoh, fisikawan Caltech, Fritz Zwicky, mengusulkan bahwa karena suatu alasan yang belum diketahui, cahaya mungkin secara perlahan kehilangan energi saat menempuh jarak yang sangat jauh. Penurunan energi ini akan bersesuaian dengan perubahan pada spektrum cahaya, yang menurut Zwicky dapat meniru pengamatan Hubble. Selama beberapa dekade setelah Hubble, banyak ilmuwan tetap berpegang pada teori keadaan tetap. Namun, model yang paling alami adalah model Hubble, yaitu alam semesta yang mengembang, dan model inilah yang akhirnya diterima.

Dalam pencarian kita untuk menemukan hukum-hukum yang mengatur alam semesta, kita telah merumuskan sejumlah teori atau model, seperti teori empat unsur, model Ptolemeus, teori flogiston, teori dentuman besar, dan sebagainya. Dengan setiap teori atau model, konsep kita tentang realitas dan tentang unsur-unsur dasar penyusun alam semesta telah berubah. Sebagai contoh, pertimbangkan teori tentang cahaya. Newton berpikir bahwa cahaya tersusun dari partikel-partikel kecil atau korpuskula. Hal ini akan menjelaskan mengapa cahaya merambat dalam garis lurus, dan Newton juga menggunakannya untuk menjelaskan mengapa cahaya dibelokkan atau dibiaskan ketika melewati satu medium ke medium lain, seperti dari udara ke kaca atau dari udara ke air.

Namun, teori korpuskular tidak dapat digunakan untuk menjelaskan suatu fenomena yang diamati sendiri oleh Newton, yang dikenal sebagai cincin Newton. Letakkan sebuah lensa di atas pelat datar yang memantulkan cahaya dan sinari dengan cahaya berwarna tunggal, seperti cahaya natrium. Jika dilihat dari atas, akan tampak serangkaian cincin terang dan gelap yang berpusat pada titik tempat lensa menyentuh permukaan. Hal ini sulit dijelaskan dengan teori partikel cahaya, tetapi dapat dijelaskan melalui teori gelombang.

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

Menurut teori gelombang cahaya, cincin terang dan gelap tersebut disebabkan oleh suatu fenomena yang disebut interferensi. Gelombang, seperti gelombang air, terdiri atas serangkaian puncak dan lembah. Ketika gelombang-gelombang bertabrakan, jika puncak dan lembahnya kebetulan bertepatan, keduanya saling memperkuat dan menghasilkan gelombang yang lebih besar. Ini disebut interferensi konstruktif. Dalam keadaan tersebut, gelombang dikatakan “sefasa.” Sebaliknya, ketika gelombang bertemu dan puncak gelombang yang satu bertepatan dengan lembah gelombang yang lain, keduanya saling meniadakan dan dikatakan “tidak sefasa.” Keadaan ini disebut interferensi destruktif.

Dalam cincin Newton, cincin terang terletak pada jarak dari pusat di mana jarak antara lensa dan pelat pemantul sedemikian rupa sehingga gelombang yang dipantulkan dari lensa berbeda dari gelombang yang dipantulkan dari pelat sebesar kelipatan bilangan bulat (1, 2, 3, …) dari panjang gelombang, sehingga menghasilkan interferensi konstruktif. (Panjang gelombang adalah jarak antara satu puncak atau lembah gelombang dengan puncak atau lembah berikutnya.)

Sebaliknya, cincin gelap terletak pada jarak dari pusat di mana perbedaan antara kedua gelombang pantul tersebut merupakan kelipatan setengah bilangan bulat (½, 1½, 2½, …) dari panjang gelombang, sehingga menyebabkan interferensi destruktif—gelombang yang dipantulkan dari lensa meniadakan gelombang yang dipantulkan dari pelat.

Pada abad kesembilan belas, hal ini dianggap sebagai konfirmasi teori gelombang cahaya dan menunjukkan bahwa teori partikel adalah keliru. Namun, pada awal abad kedua puluh, Einstein menunjukkan bahwa efek fotolistrik (yang kini digunakan dalam televisi dan kamera digital) dapat dijelaskan oleh partikel atau kuantum cahaya yang menumbuk suatu atom dan melepaskan sebuah elektron. Dengan demikian, cahaya berperilaku sebagai partikel sekaligus gelombang.

Konsep gelombang kemungkinan masuk ke dalam pemikiran manusia karena orang-orang mengamati lautan, atau genangan air setelah sebuah kerikil dijatuhkan ke dalamnya. Bahkan, jika Anda pernah menjatuhkan dua kerikil ke dalam genangan air, Anda mungkin telah melihat interferensi bekerja, seperti pada gambar di atas. Cairan lain juga diamati berperilaku serupa, kecuali mungkin anggur jika Anda meminumnya terlalu banyak.

Gagasan tentang partikel sudah dikenal melalui batu, kerikil, dan pasir. Namun dualitas gelombang/partikel—gagasan bahwa suatu objek dapat digambarkan sebagai partikel maupun sebagai gelombang—sama asingnya bagi pengalaman sehari-hari seperti gagasan bahwa Anda dapat meminum sebongkah batu pasir.

 

Dualitas seperti ini—situasi di mana dua teori yang sangat berbeda secara akurat menggambarkan fenomena yang sama—selaras dengan realisme yang bergantung pada model. Masing-masing teori dapat menggambarkan dan menjelaskan sifat-sifat tertentu, dan tidak satu pun dapat dikatakan lebih baik atau lebih nyata daripada yang lain.

Mengenai hukum-hukum yang mengatur alam semesta, yang dapat kita katakan adalah sebagai berikut: tampaknya tidak ada satu model atau teori matematis tunggal yang mampu menggambarkan setiap aspek alam semesta. Sebaliknya, sebagaimana disebutkan dalam bab pembuka, tampaknya terdapat suatu jaringan teori yang disebut teori-M. Setiap teori dalam jaringan teori-M unggul dalam menggambarkan fenomena dalam rentang tertentu.

Di wilayah di mana rentang tersebut saling tumpang tindih, berbagai teori dalam jaringan itu saling selaras, sehingga semuanya dapat dikatakan sebagai bagian dari teori yang sama. Namun, tidak ada satu pun teori dalam jaringan tersebut yang mampu menggambarkan setiap aspek alam semesta—seluruh gaya alam, partikel-partikel yang merasakan gaya-gaya tersebut, serta kerangka ruang dan waktu tempat semuanya berlangsung. Meskipun keadaan ini tidak memenuhi impian tradisional para fisikawan akan satu teori terpadu tunggal, hal itu dapat diterima dalam kerangka realisme yang bergantung pada model.

Kita akan membahas dualitas dan teori-M lebih lanjut dalam Bab 5, tetapi sebelum itu kita beralih pada suatu prinsip mendasar yang menjadi dasar pandangan modern kita tentang alam: teori kuantum, dan khususnya pendekatan terhadap teori kuantum yang disebut sejarah alternatif. Dalam pandangan tersebut, alam semesta tidak hanya memiliki satu keberadaan atau satu sejarah tunggal, melainkan setiap versi yang mungkin dari alam semesta ada secara bersamaan dalam apa yang disebut superposisi kuantum.

Hal itu mungkin terdengar sama keterlaluannya dengan teori yang menyatakan bahwa meja menghilang setiap kali kita meninggalkan ruangan, tetapi dalam hal ini teori tersebut telah melewati setiap uji eksperimental yang pernah diterapkan kepadanya.