[Buku Bahasa Indonesia stephen hawking] Grand Design
Menurut fisika kuantum, tidak peduli seberapa banyak informasi yang kita peroleh atau seberapa kuat kemampuan komputasi kita, hasil proses fisik tidak dapat diprediksi dengan kepastian karena memang tidak ditentukan secara pasti. Sebaliknya, dengan keadaan awal suatu sistem, alam menentukan keadaan masa depannya melalui proses yang secara mendasar bersifat tak pasti.
Dengan kata lain, alam tidak menentukan hasil suatu proses atau eksperimen, bahkan dalam situasi yang paling sederhana sekalipun. Sebaliknya, ia memungkinkan sejumlah kemungkinan yang berbeda, masing-masing dengan peluang tertentu untuk terwujud. Untuk memparafrasekan Einstein, seolah-olah Tuhan melempar dadu sebelum memutuskan hasil setiap proses fisik. Gagasan ini mengganggu Einstein, sehingga meskipun ia salah satu bapak fisika kuantum, ia kemudian menjadi kritis terhadapnya.
Fisika kuantum mungkin tampak meruntuhkan gagasan bahwa alam diatur oleh hukum, tetapi sebenarnya tidak demikian. Sebaliknya, ia membawa kita menerima bentuk determinisme baru: dengan mengetahui keadaan suatu sistem pada waktu tertentu, hukum-hukum alam menentukan probabilitas berbagai kemungkinan masa depan dan masa lalu, bukan menentukan masa depan dan masa lalu secara pasti. Meskipun hal ini tidak menyenangkan bagi sebagian orang, para ilmuwan harus menerima teori yang selaras dengan eksperimen, bukan dengan prasangka mereka sendiri.
Yang dituntut sains dari suatu teori adalah bahwa teori tersebut dapat diuji. Jika sifat probabilistik dari prediksi fisika kuantum membuatnya mustahil untuk dikonfirmasi, maka teori kuantum tidak akan memenuhi syarat sebagai teori yang sah. Namun meskipun prediksinya bersifat probabilistik, kita tetap dapat mengujinya. Misalnya, kita dapat mengulangi suatu eksperimen berkali-kali dan memastikan bahwa frekuensi berbagai hasil sesuai dengan probabilitas yang diprediksi. Pertimbangkan eksperimen buckyball. Fisika kuantum menyatakan bahwa tidak ada sesuatu pun yang pernah berada di satu titik yang pasti, karena jika demikian ketidakpastian momentumnya harus tak terhingga.
Bahkan, menurut fisika kuantum, setiap partikel memiliki probabilitas tertentu untuk ditemukan di mana saja di alam semesta. Jadi, meskipun peluang menemukan suatu elektron tertentu dalam perangkat dua celah sangat tinggi, selalu ada kemungkinan bahwa ia justru ditemukan di sisi lain bintang Alpha Centauri, atau di dalam pai daging di kafetaria kantor Anda. Akibatnya, jika Anda menendang buckyball kuantum dan membiarkannya terbang, tidak ada keterampilan atau pengetahuan yang memungkinkan Anda menyatakan sebelumnya secara tepat di mana ia akan mendarat. Namun jika eksperimen itu diulangi berkali-kali, data yang diperoleh akan mencerminkan probabilitas menemukan bola di berbagai lokasi, dan para peneliti telah mengonfirmasi bahwa hasil eksperimen semacam itu sesuai dengan prediksi teori.
Penting untuk disadari bahwa probabilitas dalam fisika kuantum tidak sama dengan probabilitas dalam fisika Newton atau dalam kehidupan sehari-hari. Kita dapat memahaminya dengan membandingkan pola yang terbentuk oleh aliran buckyball yang ditembakkan ke layar dengan pola lubang yang terbentuk oleh pemain yang membidik pusat papan dart. Kecuali para pemain telah minum terlalu banyak bir, peluang anak panah mendarat dekat pusat paling besar dan menurun semakin jauh dari pusat. Seperti halnya buckyball, setiap anak panah dapat mendarat di mana saja, dan seiring waktu akan terbentuk pola lubang yang mencerminkan probabilitas dasarnya.
Dalam kehidupan sehari-hari kita mungkin mengatakan bahwa anak panah memiliki probabilitas tertentu untuk mendarat di berbagai titik; tetapi jika kita mengatakannya demikian, berbeda dengan kasus buckyball, itu semata-mata karena pengetahuan kita tentang kondisi peluncurannya tidak lengkap. Kita dapat memperbaiki deskripsi kita jika mengetahui secara tepat cara pemain melepaskan anak panah, sudutnya, putarannya, kecepatannya, dan sebagainya. Secara prinsip, kita dapat memprediksi di mana anak panah akan mendarat dengan ketelitian sebesar yang kita inginkan. Dengan demikian, penggunaan istilah probabilistik dalam kehidupan sehari-hari mencerminkan bukan sifat intrinsik proses tersebut, melainkan ketidaktahuan kita terhadap aspek-aspek tertentu darinya.
Probabilitas dalam teori kuantum berbeda. Ia mencerminkan keacakan yang mendasar dalam alam. Model kuantum tentang alam mencakup prinsip-prinsip yang bertentangan bukan hanya dengan pengalaman sehari-hari kita, tetapi juga dengan konsep intuitif kita tentang realitas. Mereka yang menganggap prinsip-prinsip itu aneh atau sulit dipercaya berada dalam kelompok yang terhormat, yaitu kelompok fisikawan besar seperti Einstein dan bahkan Feynman, yang penjelasannya tentang teori kuantum akan segera kita sajikan. Bahkan Feynman pernah menulis,
“Saya pikir saya dapat dengan aman mengatakan bahwa tidak seorang pun memahami mekanika kuantum.” Namun fisika kuantum selaras dengan pengamatan. Ia tidak pernah gagal dalam suatu pengujian, dan telah diuji lebih banyak daripada teori mana pun dalam sains.
Pada tahun 1940-an Richard Feynman memperoleh suatu wawasan mengejutkan mengenai perbedaan antara dunia kuantum dan dunia Newton. Feynman tertarik pada pertanyaan bagaimana pola interferensi dalam eksperimen dua celah muncul. Ingatlah bahwa pola yang kita peroleh ketika menembakkan molekul dengan kedua celah terbuka bukanlah jumlah dari pola yang diperoleh ketika eksperimen dijalankan dua kali, masing-masing dengan satu celah terbuka. Sebaliknya, ketika kedua celah terbuka kita menemukan serangkaian pita terang dan gelap, yang terakhir merupakan daerah di mana tidak ada partikel yang mendarat.
Ini berarti bahwa partikel yang seharusnya mendarat di daerah pita gelap ketika hanya celah pertama terbuka, tidak mendarat di sana ketika celah kedua juga terbuka. Seolah-olah, di suatu titik dalam perjalanannya dari sumber ke layar, partikel memperoleh informasi tentang kedua celah. Perilaku semacam ini sangat berbeda dari cara benda tampak berperilaku dalam kehidupan sehari-hari, di mana sebuah bola akan mengikuti lintasan melalui salah satu celah dan tidak terpengaruh oleh keadaan di celah lainnya.
Menurut fisika Newton—dan sebagaimana eksperimen akan bekerja jika kita melakukannya dengan bola sepak alih-alih molekul—setiap partikel mengikuti satu lintasan yang terdefinisi dengan jelas dari sumber ke layar. Tidak ada ruang dalam gambaran ini untuk penyimpangan di mana partikel mengunjungi sekitar setiap celah sepanjang jalan. Namun menurut model kuantum, partikel dikatakan tidak memiliki posisi pasti selama waktu di antara titik awal dan titik akhir. Feynman menyadari bahwa hal ini tidak harus ditafsirkan sebagai berarti bahwa partikel tidak menempuh lintasan apa pun di antara sumber dan layar.
Sebaliknya, hal itu dapat berarti bahwa partikel menempuh setiap lintasan yang mungkin menghubungkan kedua titik tersebut. Inilah, menurut Feynman, yang membedakan fisika kuantum dari fisika Newton. Keadaan pada kedua celah menjadi penting karena, alih-alih mengikuti satu lintasan pasti, partikel menempuh setiap lintasan, dan menempuh semuanya secara bersamaan. Kedengarannya seperti fiksi ilmiah, tetapi bukan demikian. Feynman merumuskan suatu ekspresi matematis—penjumlahan atas sejarah Feynman—yang mencerminkan gagasan ini dan mereproduksi seluruh hukum fisika kuantum. Dalam teori Feynman, matematika dan gambaran fisiknya berbeda dari formulasi asli fisika kuantum, tetapi prediksinya sama.
Dalam eksperimen dua celah, gagasan Feynman berarti partikel menempuh lintasan yang hanya melalui satu celah atau hanya melalui celah lainnya; lintasan yang menyusup melalui celah pertama, kembali keluar melalui celah kedua, lalu masuk lagi melalui celah pertama; lintasan yang mampir ke restoran yang menyajikan udang kari lezat itu, kemudian mengitari Jupiter beberapa kali sebelum pulang; bahkan lintasan yang melintasi alam semesta dan kembali lagi.
Dalam pandangan Feynman, inilah yang menjelaskan bagaimana partikel memperoleh informasi tentang celah mana yang terbuka—jika suatu celah terbuka, partikel menempuh lintasan melaluinya. Ketika kedua celah terbuka, lintasan di mana partikel melewati satu celah dapat berinterferensi dengan lintasan di mana ia melewati celah lainnya, sehingga menghasilkan interferensi. Mungkin terdengar gila, tetapi untuk sebagian besar fisika fundamental yang dilakukan saat ini—dan untuk tujuan buku ini—formulasi Feynman terbukti lebih berguna daripada formulasi aslinya.
Comments (0)