Saturday, October 20, 2018

Mengenal Teori Quantum

Oleh: Michio Kaku

Teori quantum didasarkan pada ide bahwa semua kemungkinan peristiwa memiliki probabilitas untuk terjadi, tak peduli seberapa fantastik atau pandirnya peristiwa itu. Ini, pada gilirannya, terletak di jantung teori alam semesta berinflasi—ketika big bang awal terjadi, terdapat transisi quantum menuju status baru di mana alam semesta tiba-tiba berinflasi luar biasa besar. Keseluruhan alam semesta kita, kelihatannya, muncul dari lompatan—yang sangat tidak mungkin—quantum. Walaupun Adams menulis dengan bergurau, kita fisikawan menyadari bahwa bila kita bisa, dengan suatu cara, mengendalikan probabilitas-probabilitas ini, seseorang bisa melakukan perbuatan luar biasa yang tidak dapat dibedakan dari sulap. Tapi untuk saat ini, pengubahan probabilitas peristiwa berada jauh di luar jangkauan teknologi kita.

Saya terkadang mengajukan pertanyaan sederhana kepada mahasiswa Ph.D. kami di universitas, seperti misalnya, kalkulasikan probabilitas bahwa diri mereka akan tiba-tiba lenyap dan mewujud kembali (rematerialize) di sisi lain sebuah dinding batu bata. Menurut teori quantum, terdapat probabilitas kecil, namun dapat dikalkulasi, bahwa ini bisa terjadi. Atau, sebetulnya, bahwa kita akan lenyap di ruang tinggal rumah kita dan berakhir di Mars. Menurut teori quantum, seseorang pada prinsipnya dapat secara tiba-tiba mewujud kembali di planet merah tersebut. Tentu saja, probabilitasnya begitu kecil sehingga kita harus menanti lebih lama dari umur alam semesta. Alhasil, dalam kehidupan sehari-hari kita, kita bisa mengabaikan peristiwa seimprobabel itu. Tapi di level subatom, probabilitas semacam itu sangat krusial untuk keberfungsian alat elektronik, komputer, dan laser.

Determinisme atau Ketidakpastian?

Teori quantum adalah teori fisika tersukses sepanjang masa. Rumusan tertinggi teori quantum adalah Standard Model, yang melambangkan buah eksperimen akselerator partikel selama berdekade-dekade. Sebagian dari teori ini telah diuji hingga 1 bagian dalam 10 miliar. Bila seseorang memasukkan massa neutrino, maka Standard Model konsisten dengan semua eksperimen partikel subatom, tanpa kecuali.

Tapi tak peduli seberapa sukses teori quantum ini, secara eksperimen ia didasarkan pada postulat-postulat yang telah melepaskan badai kontroversi filsafat dan teologis selama 80 tahun terakhir. Postulat kedua, khususnya, telah menimbulkan kemarahan agama-agama karena menanyakan siapa yang memutuskan takdir kita. Di sepanjang zaman, para filsuf, teolog, dan ilmuwan tertarik dengan masa depan dan bertanya-tanya apakah, entah bagaimana caranya, takdir kita bisa diketahui. Dalam Macbeth-nya Shakespeare, Banquo, putus asa mengangkat tabir yang menutupi takdir kita, menyampaikan dialog terkenang berikut:

Kehendak Bebas dan Determinisme (Part II)

Pandangan lain tentang kebebasan adalah sebagian (atau semua) peristiwa disebabkan, akan tetapi peristiwa yang kita ciptakan tidak memiliki sebab dari dalam alam semesta. Secara khusus, gagasan ini menegaskan bahwa pikiran kita berada di luar dunia fisik (filsafat dualistik), tetapi pikiran kita agaknya bisa mencapainya dan mempengaruhi apa yang terjadi. Dengan demikian, sejauh dunia fisik saja yang diperhatikan, tidak semua peristiwa dapat ditentukan, karena pikiran bukan bagian dari dunia fisik. Kita masih bertanya, apa yang menyebabkan pikiran memutuskan sebagaimana ia memutuskan?

Jika sebab-sebab itu bermula dalam dunia fisik (dan jelas sebagian memang demikian), maka kita kembali ke determinisme, dan pengenalan pikiran non-fisik merupakan hiasan kosong. Akan tetapi, jika sebagian dari sebab-sebab itu non-fisik, apakah hal itu membuat kita lebih bebas? Jika kita tidak memiliki kendali atas sebab-sebab non-fisik, maka kita tidak lebih baik daripada kita memiliki sebab-sebab fisik yang tak dapat dikendalikan. Namun jika kita dapat mengontrol sebab-sebab keputusan kita sendiri, apa yang menentukan bagaimana kita memilih melaksanakan kontrol tersebut: lebih banyak pengaruh eksternal (fisik atau non-fisik) atau kita? “Saya melakukannya karena saya menjadikan diri saya, menjadikan diri saya, menjadikan diri saya…” Di manakah rangkaian itu berakhir? Haruskah kita jatuh dalam gerak mundur tak berhingga? Dapatkah kita mengatakan bahwa kaitan pertama dalam rangkaian tersebut disebabkan oleh diri: kita tidak membutuhkan sebab dari luar diri kita? Apakah konsep ini kausalitas diri (sebab tanpa sebab) memiliki makna?

Kehendak Bebas dan Determinisme (Part I)

Ketika Newton menemukan hukum mekanikanya, banyak orang yang menilainya sebagai kematian konsep kehendak bebas. Menurut Newton, alam semesta bagaikan sebuah mesin jam raksasa, yang bergerak sepanjang jalan yang kaku dan tetap menuju suatu kondisi akhir yang tak dapat diubah. Gerak setiap atom diduga telah diputuskan di muka, dan ditetapkan semenjak permulaan waktu. Manusia hanya dilihat sebagai komponen mesin kompleks yang terperangkap dalam mekanika kosmik yang sangat besar. Kemudian muncul fisika baru dengan relativitas ruang dan waktunya serta ketidakpastian kuantumnya. Seluruh persoalan kebebasan memilih dan determinisme berpulang ke titik temunya.

Tampaknya ada sebuah antagonisme fundamental antara dua teori yang merupakan fondasi fisika baru. Di satu sisi, teori kuantum memberikan kepada pengamat suatu peran penting dalam hakikat realitas fisik. Banyak fisikawan mengklaim bahwa ada bukti eksperimen yang konkret berlawanan dengan gagasan ‘realitas obyektif’. Ini menawarkan kepada manusia suatu kemampuan unik untuk mempengaruhi struktur semesta fisik dengan cara yang tak terimpikan pada masa Newton. Di sisi lain, teori relativitas, yang melumpuhkan konsep waktu universal, masa lalu, masa kini dan masa depan absolut, membangkitkan suatu gambaran masa depan yang dalam pengertian tertentu telah ada. Jika masa depan ‘ada’, apakah itu berarti kita tak berdaya mengubahnya?

Kehidupan (Bagian III)

Asal-usul kehidupan tetap menjadi salah satu misteri saintifik yang sangat besar. Hanya ketika molekul organik mencapai tingkat kompleksitas tertentu yang sangat tinggi, mereka dapat disebut ‘hidup’, dalam arti bahwa mereka menginsyaratkan banyak informasi dalam bentuk yang stabil dan tidak hanya menunjukkan kemampuan menyimpan cetak-biru bagi peniruan, tetapi juga sarana untuk mengimplementasikan tiruan tersebut. Persoalannya adalah, bagaimana persoalan ini dapat ditembus oleh proses fisika dan kimiawi tanpa bantuan sebab supernatural.

Bumi kira-kira berusia 4,5 milyar tahun. Jejak kehidupan yang telah berkembang yang ada dalam rekaman fosil menunjukkan setidak-tidaknya 3,5 milyar tahun, dan kemungkinan bentuk kehidupan yang sangat sederhana telah ada sebelumnya. Jadi, dalam istilah geologi, kehidupan segera terbentuk di planet baru kita yang dingin manakala trauma kelahiran sistem tata surya telah hilang. Ini menunjukkan bahwa mekanisme apapun yang bertanggungjawab atas munculnya kehidupan, sistem itu sangat efisien, suatu pengamatan yang telah mendorong sebagian saintis berkesimpulan bahwa kehidupan merupakan suatu hasil tak terelakkan berkat kondisi fisika dan kimiawi.

Kehidupan (Bagian II)

Dalam kasus sistem yang hidup, tak seorang pun menyangkal bahwa organisme merupakan kumpulan atom-atom. Kesalahannya adalah mengandaikan bahwa organisme tidak lain hanya kumpulan atom. Klaim semacam itu lucu seolah-olah menegaskan bahwa simfoni Beethoven hanyalah kumpulan not, atau bahwa novel Harry Potter hanyalah kumpulan kata-kata. Sifat kehidupan, tema nada atau alur cerita itulah yang disebut sifat-sifat ‘yang muncul’. Sifat-sifat itu muncul hanya pada tingkat struktur yang kolektif, dan tidak bermakna pada tingkat komponen. Deskripsi komponen tidak bertentangan dengan deskripsi holistik; dua sudut pandang yang saling melengkapi, yang masing-masing absah pada tingkatannya sendiri-sendiri. (Jika kita menyelidiki teori kuantum, kita akan menemukan lagi gagasan tentang deskripsi yang berbeda tetapi saling melengkapi atas satu sistem.)

Arti penting perbedaan tingkat ini sudah banyak dikenal oleh para operator komputer. Komputer elektronik modern terdiri dari jaringan rumit dari kontak dan saklar elektrik yang dikitari oleh urutan sengatan listrik yang kompleks. Itulah tingkat deskripsi perangkat kerasnya (hardware). Di sisi lain, aktivitas elektrik yang sama menggambarkan penyelesaian seperangkat persamaan matematis atau analisis atas jalannya peluru. Deskripsi semacam itu, yang berada pada tingkat yang lebih tinggi daripada perangkat keras, menggunakan konsep-konsep semisal antara lain program, operasi, simbol, input, output, jawaban, yang tentu tak bermakna pada tingkat perangkat keras. Komponen saklar dalam komputer tidak menyala untuk menghitung kuadrat, misalnya. Ia menyala karena voltasenya benar dan hukum fisika mengharuskannya begitu. Desktipsi program tingkat tinggi tentang cara kerja komputer disebut tingkat perangkat lunak (software). Baik deskripsi perangkat keras maupun perangkat lunak sama-sama menggambarkan apa yang sedang terjadi dalam komputer, yang masing-masing sesuai dengan jalannya, tetapi pada tingkat konseptual yang benar-benar berbeda.

Kehidupan (Bagian I)

Menurut teolog, kehidupan adalah mukjizat tertinggi, dan kehidupan manusia menggambarkan prestasi puncak rencana kosmik Tuhan. Bagi saintis, kehidupan adalah fenomena yang sangat mengagumkan di alam. Ratusan tahun lalu, masalah asal-muasal dan evolusi kehidupan telah menjadi medan pertempuran bagi benturan terbesar sejarah antara sains dan agama.

Teori Evolusi Darwin telah menggoyang dasar doktrin Kristen, dan lebih dari pernyataan lain semenjak Copernicus menempatkan matahari sebagai pusat tata surya, menyadarkan orang awam akan konsekuensi luas analisis ilmiah. Sains, tampaknya, dapat mengubah seluruh perspektif manusia tentang dirinya dan hubungannya dengan alam semesta.

Apakah kehidupan itu dan apakah ia menjadi bukti bagi spirit Ilahi?

Alkitab (dan beberapa kitab suci lainnya) menyatakan secara eksplisit bahwa kehidupan adalah akibat langsung perbuatan Tuhan. Ia tidak muncul secara alamiah sebagai akibat dari proses fiskal biasa yang terbentuk setelah penciptaan langit dan bumi. Sebaliknya, Tuhan sengaja menciptakan, dengan kekuatan ilahi, pertama-tama tumbuhan dan hewan, kemudian Adam dan Hawa. Sebagian besar orang Kristen dan Yahudi kini memang mengakui sifat alegoris Kejadian, dan tidak melakukan upaya untuk membela pandangan kitabiah tentang asal usul kehidupan sebagai fakta historis. Namun, sifat Ilahi dalam kehidupan, terutama kehidupan manusia, terus menjadi ciri utama doktrin keagamaan kontemporer.

Saturday, October 13, 2018

Tanpa Patahan di Permukaan Bumi, Tidak Ada Kehidupan!

Ilustrasi exoplanet yang mengorbit bintang lain. Kredit: ESO/L. Calçada Oleh:

Apa yang membuat sebuah planet serupa Bumi?

Saat ini, manusia sudah menemukan lebih dari 3500 planet di bintang lain. Sebagian di antaranya adalah planet batuan yang seukuran-Bumi. Tapi, tidak berarti planet-planet itu mirip rumah kita, Bumi.

Ilustrasi exoplanet yang mengorbit bintang lain. Kredit: ESO/L. Calçada

Untuk membantu kita memahami perbedaan berbagai tipe planet kecil dan batuan, para astronom dan pakar kebumian (orang-orang yang belajar tentang batuan) berkolaborasi. Mereka meneliti berbagai campuran materi di dalam bintang untuk memperoleh informasi tentang planet yang ada di bintang-bintang itu.

Penelitian ini menggunakan data pengamatan dari Sloan Digital Sky Survey (SDSS) dengan pemodelan interior planet untuk bisa memahami keragaman struktur exoplanet kecil yang komposisi utamanya adalah batuan. Tujuannya untuk mengetahui apakah planet-planet yang ada di bintang-bintang tesebut punya lempeng tektonik atau medan magnetik. Selain itu, perbedaan materi pembentuk bintang dan planet-planetnya bisa mempengaruhi kemampuan si planet untuk mendukung kehidupan.