(Sumber: Special Edition Scientific American – The Frontiers of Physics, 2006, hal. 50-55)
Dahulu teori string membingungkan setiap orang. Bahkan praktisinya rewel tentang betapa rumitnya ia, sementara fisikawan lain memperolok kekurangannya akan prediksi eksperimental. Dunia selebihnya sebagian besar terlupa. Ilmuwan hampir tidak bisa mengkomunikasikan mengapa persisnya teori string begitu menggairahkan—mengapa ia dapat memenuhi impian Albert Einstein tentang teori terpadu final, bagaimana ia dapat memberi pemahaman mengenai pertanyaan-pertanyaan mendalam seperti mengapa alam semesta eksis sama sekali. Tapi di pertengahan 1990-an, teori tersebut mulai berjalan secara konseptual. Para periset menghasilkan cara-cara untuk mengujinya secara eksperimen. Dunia luar mulai memberi perhatian. Woody Allen menyindir teori tersebut dalam sebuah kolom New Yorker pada Juli 2003—barangkali itu pertama kalinya seseorang menggunakan ruang Calabi-Yau untuk mengisahkan romansa antarkantor.
Hanya segelintir orang yang berhak mendapat lebih banyak penghargaan atas penyingkiran misteri teori string dibanding Brian Greene, profesor fisika Universitas Columbia dan kontributor utama teori tersebut. Buku tahun 1999-nya, The Elegant Universe, menyentuh nomor empat dalam daftar best-seller New York Times dan merupakan finalis Pulitzer Prize. Pada 2003, Greene membawakan seri Nova tiga bagian di PBS berdasarkan buku tersebut dan pada 2004 menerbitkan The Fabric of Cosmos, buku best-seller mengenai sifat ruang dan waktu. Staf editor Scientific American, George Musser, berbincang dengannya soal sepiring string spageti. Berikut adalah perbincangan tersebut dalam versi yang dipersingkat dan disunting.
Scientific American (SA): Terkadang saat pembaca kami mendengar kata “teori string” atau “kosmologi”, mereka angkat tangan dan berkata, “Saya takkan pernah memahaminya.”
Brian Greene (BG): Saya telah menjumpai sejumlah intimidasi di awal-awal ketika sampai pada ide-ide seperti teori string atau kosmologi. Tapi yang saya temukan adalah bahwa sebagian besar orang yang berbicara dengan saya memiliki minat dasar yang begitu luas dan dalam, bahwa terdapat kemauan untuk beranjak sedikit lebih jauh dibanding dengan subjek lain yang lebih mudah ditangkap.
SA: Saya perhatikan bahwa pada beberapa poin dalam The Elegant Universe, Anda terlebih dahulu memberikan ide kasar konsep fisika dan kemudian versi detailnya.
BG: Saya rasa itu cara yang berguna, terutama pada bagian-bagian sulit. Itu memberi izin kepada pembaca: jika ide kasarnya berada di level yang Anda tangkap; itu bagus; silahkan lewatkan hal berikut ini. Jika tidak, lanjutkan. Saya senang mengatakan sesuatu lebih dari satu cara. Saya cuma berpikir bahwa ketika sampai pada ide-ide abstrak, Anda perlu banyak jalan menujunya. Dari sudut pandang ilmiah, bila Anda terpaku dengan satu jalan, saya pikir Anda sebetulnya membahayakan kemampuan Anda untuk membuat terobosan. Saya pikir itulah sebenarnya yang dimaksud dengan terobosan. Setiap orang memandang persoalan dengan satu cara, dan Anda mendatanginya dari belakang. Cara berbeda tersebut mengungkap sesuatu yang tidak diungkap oleh pendekatan lain.
SA: Apa beberapa contoh pendekatan pintu belakang tersebut?
BG: Well, barangkali contoh terbesar adalah terobosan Ed Witten. Ed [dari Institute for Advanced Study di Princeton, N.J.] cuma berjalan menaiki gunung dan memandang ke bawah dan melihat hubungan yang tidak dilihat orang lain dan dengan cara itu menyatukan lima teori string yang sebelumnya dianggap berbeda sama sekali. Semua ada di luar sana; dia cuma mengambil perspektif berbeda, dan daar, semuanya bertemu. Dan itu jenius.
Bagi saya ini menunjukkan apa itu penemuan fundamental. Alam semesta, sedikit-banyak, memandu kita menuju kebenaran, sebab kebenaran itu adalah hal yang mengatur apa yang kita lihat. Jika kita semua sedang diatur oleh apa yang kita lihat, kita semua disetir ke arah yang sama. Karenanya, perbedaan antara membuat terobosan dan tidak seringkali cuma unsur kecil persepsi, baik persepsi sungguhan ataupun persepsi matematis, yang mengumpulkan segala sesuatu secara berbeda.
SA: Apa Anda berpikir bahwa penemuan ini akan terjadi tanpa intervensi seorang jenius?
BG: Well, sulit dikatakan. Dalam kasus teori string, saya pikir begitu, sebab potongan puzzle betul-betul menjadi semakin jelas. Mungkin lima atau sepuluh tahun lagi, tapi saya duga itu akan terjadi. Tapi untuk relativitas umum, entahlah. Relativitas umum merupakan lompatan sedemikian hebat, peninjauan ulang ruang, waktu, dan gravitasi sedemikian monumental, bagi saya tidak jelas bagaimana dan kapan itu akan terjadi tanpa Einstein.
SA: Adakah contoh dalam teori string yang Anda pikir analogis
dengan lompatan besar tersebut?
BG: Saya pikir kita masih menunggu lompatan sebesar itu. Teori string telah dibangun dari banyak ide kecil yang disumbangkan dan dijahit perlahan-lahan oleh banyak orang menjadi bangunan besar yang lebih mengesankan. Tapi apa ide yang bertengger di puncak bangunan tersebut, kita betul-betul masih tidak tahu. Saat kita mengetahui ide tersebut, saya yakin itu akan menjadi seperti mercusuar yang bersinar ke bawah; itu akan menerangi bangunan, dan juga akan, saya yakin, memberi jawaban terhadap pertanyaan-pertanyaan yang masih tak terpecahkan.
SA: Dalam kasus relativitas, Anda punya prinsip ekuivalensi dan kovariansi umum untuk peran mercusar tersebut. Dalam Standard Model, ada gauge invariance. Dalam The Elegant Universe, Anda menyatakan prinsip holografi dapat menjadi prinsip untuk teori string [lihat juga “Informasi di Alam Semesta Holografis”, tulisan Jacob D. Bekenstein]. Apa pemikiran Anda mengenai itu sekarang?
BG: Well, baru beberapa tahun belakangan ini kita melihat prinsip holografi naik ke tingkat yang lebih menonjol dan dapat dipercaya. Pada pertengahan 1990-an silam, tak lama setelah ide holografi dikemukakan, ide-ide penopangnya agak abstrak dan samar, semua didasarkan pada fitur black hole: entropi black hole terletak di permukaannya; karenanya, mungkin derajat kebebasannya terletak di permukaannya; karenanya, mungkin itu berlaku pada semua kawasan yang memiliki horizon; mungkin itu berlaku pada horizon kosmologis; mungkin kita tinggal di dalam kawasan kosmologis yang derajat kebebasannya jauh sekali. Ide-ide yang luar biasa aneh, tapi bukti penopangnya kurang.
Tapi itu berubah seiring karya Juan Maldacena [dari Institute for Advanced Study], di mana dia menemukan contoh eksplisit dalam teori string, di mana bagian terbesar fisika [black hole]—yakni, arena yang kita anggap riil—persis dicerminkan oleh fisika yang terjadi di permukaan pembatas. Tida ada perbedaan dari segi kemampuan masing-masing deskripsi untuk menggambarkan apa yang terjadi, tapi secara detail deskripsinya akan sangat berbeda. Yang satu berada di lima dimensi, yang lain di empat dimensi. Jadi, jumlah dimensi pun bukan sesuatu yang dapat Anda andalkan, sebab mungkin terdapat deskripsi alternatif yang secara akurat mencerminkan fisika yang sedang Anda observasi.
Jadi menurut pikiran saya, itu membuat ide-ide abstrak tadi menjadi konkret; itu membuat Anda mempercayai ide-ide abstrak tadi. Dan sekalipun detail teori string berubah, saya pikir, sebagaimana banyak lainnya—meski tidak semua orang—ide holografi akan bertahan dan memandu kita. Apakah ia betul-betul ide yang kita cari, saya tak tahu. Saya tidak berpikir begitu. Tapi saya pikir ia bisa menjadi salah satu batu loncatan penting menuju penemuan ide-ide esensial teori [string]. Ia keluar dari detail teori dan cuma mengatakan, “Inilah fitur amat umum sebuah dunia yang memiliki mekanika quantum dan gravitasi.”
SA: Mari kita bicarakan sedikit tentang loop quantum gravity dan beberapa pendekatan lain. Anda selalu menggambarkan teori string sebagai satu-satunya permainan di kota ketika sampai pada subjek gravitasi quantum. Apakah Anda masih merasa seperti itu?
BG: Saya pikir ia merupakan permainan paling menyenangkan di kota! Tapi agar adil, komunitas loop quantum gravity telah membuat kemajuan hebat sekali. Masih ada banyak pertanyaan amat dasar yang saya rasa belum terjawab, tidak memuaskan saya. Tapi ini pendekatan yang bisa terus bertahan, dan sungguh hebat ada demikian banyak orang amat berbakat yang mengerjakannya. Harapan saya adalah—dan ini telah diperjuangkan oleh Lee Smolin—bahwa pada akhirnya kita sedang mengembangkan teori yang sama dari sudut berbeda [lihat “Atom Ruang dan Waktu”, tulisan Lee Smolin]. Tidak mustahil kami sedang menyusuri rute kami menuju gravitasi quantum, mereka sedang menyusuri rute mereka menuju gravitasi quantum, dan kita akan bertemu di suatu tempat. Sebab ternyata banyak dari kekuatan mereka yang menjadi kelemahan kami. Banyak dari kekuatan kami yang menjadi kelemahan mereka.
Salah satu kelemahan teori string adalah bahwa ia bersifat background dependent. Kita harus mengasumsikan ruangwaktu yang ada yang di dalamnya string-string bergerak. Meski Anda berharap teori gravitasi quantum memiliki ruangwaktu yang muncul dari persamaan fundamentalnya. Namun, mereka [para periset loop quantum gravity] memang memiliki rumusan yang background dependent dalam pendekatannya, di mana ruangwaktu memang muncul secara lebih fundamental dari teori itu sendiri. Di sisi lain, kami mampu membuat kontak langsung dengan relativitas umum Einstein pada skala besar. Kami melihatnya dalam persamaan kami. Sedangkan mereka menghadapi suatu kesulitan untuk membuat kontak dengan gravitasi biasa. Jadi tentu saja, Anda akan berpikir mungkin seseorang dapat menyatukan kekuatan masing-masing.
SA: Apakah upaya tersebut telah dilakukan?
BG: Lambat-laun. Sedikit sekali orang yang betul-betul mengetahui kedua teori. Keduanya adalah subjek besar, dan Anda bisa menghabiskan seluruh hidup Anda, setiap momen hari kerja Anda, hanya untuk subjek Anda sendiri, dan Anda masih takkan tahu segala sesuatu yang akan terjadi. Tapi banyak orang sedang menuju jalur tersebut dan mulai berpikir sepanjang garis itu, dan sudah ada beberapa pertemuan gabungan.
SA: Jika Anda menghadapi background dependence ini, harapan apa yang ada untuk betul-betul memahami ruang dan waktu dalam pengertian mendalam?
BG: Well, Anda dapat memecah persoalan tersebut. Contoh, dengan background dependent pun, kami telah mempelajari banyak hal seperti kesimetrian cermin—boleh jadi ada dua ruangwaktu, satu fisika. Kami telah mempelajari perubahan topologi—bahwa ruang dapat berevolusi dengan cara yang tidak kita anggap mungkin sebelumnya. Kami telah belajar bahwa dunia mikro mungkin diatur oleh noncommutative geometry (geometri nonkomutatif), di mana koordinat-koordinat, tak seperti bilangan riil, tergantung pada urutan pengalian mereka. Jadi Anda bisa mendapat petunjuk. Anda bisa mendapat pandangan tersendiri tentang apa yang sesungguhnya sedang berlangsung di bawah sana. Tapi saya pikir tanpa formalisme background dependent, akan sulit merangkai potongan-potongan itu sendiri.
SA: Kesimetrian cermin luar biasa mendalam, sebab memisahkan geometri ruangwaktu dari fisika. Hubungan antara keduanya selalu merupakan program Einsteinian.
BG: Benar. Kini, itu tak lagi memisahkan mereka sama sekali. Sederhananya, Anda meluputkan separuh cerita. Geometri terikat erat dengan fisika, tapi pétanya dua:satu. Bukan fisika banding geometri. Melainkan fisika banding geometri-geometri, dan terserah Anda geometri mana yang ingin Anda pilih. Terkadang penggunaan geometri yang satu memberi Anda lebih banyak pemahaman dibanding geometri yang lain. Sekali lagi, cara berbeda dalam memandang satu sistem fisikal yang sama: dua geometri dan satu fisika. Dan orang-orang telah mendapati ada pertanyaan matematis mengenai sistem fisikal dan geometris tertentu yang tidak bisa dijawab memakai satu geometri. Masukkan geometri cermin yang sebelumnya tak disadari, dan tahu-tahu seluruh pertanyaan sulit dan mendalam, saat diterjemahkan, menjadi sederhana secara mengejutkan.
SA: Bisakah Anda menggambarkan geometri nonkomutatif?
BG: Sejak masa Descartes, kita telah mendapati geometri nonkomutatif sangat hebat untuk melabeli titik-titik dengan koordinat mereka, baik di Bumi dengan garis lintang dan garis bujur ataupun di ruang-tiga dengan tiga koordinat Cartesian, x, y, dan z, yang Anda pelajari di SMU. Dan kita selalu membayangkan bahwa bilangan-bilangan itu seperti bilangan biasa, mempunyai atribut yang, manakala Anda mengalikan mereka—seringkali merupakan operasi yang perlu Anda lakukan dalam fisika—jawabannya tidak tergantung pada urutan operasi: 3 kali 5 adalah 5 kali 3. Yang kita temukan adalah bahwa saat Anda mengkoordinatkan ruang pada skala amat kecil, bilangan yang terlibat bukan seperti 3 dan 5, yang tidak tergantung pada urutan pengalian mereka. Ada bilangan golongan baru yang memang tergantung pada urutan pengalian.
Mereka sebetulnya tidak baru, sebab kita sudah lama mengetahui sebuah entitas yang disebut matriks. Tentu saja, pengalian matriks tergantung pada urutan pengalian. A kali B tidak sama dengan B kali A jika A dan B adalah matriks. Teori string mengindikasikan bahwa titik-titik yang digambarkan oleh sebuah bilangan digantikan dengan objek geometris yang digambarkan oleh matriks. Pada skala besar, ternyata matriks ini menjadi semakin diagonal, dan matriks diagonal memang memiliki atribut yang ia pertukarkan saat Anda mengalikan. Tak peduli bagaimanapun Anda mengalikan A dan B bila mereka adalah matriks diagonal. Tapi jika Anda mengarungi dunia mikro, entri-entri tak diagonal pada matriks semakin besar dan besar sampai seluruhnya, mereka memainkan peran signifikan.
Geometri nonkomutatif adalah bidang geometri yang sama sekali baru
yang telah dikembangkan oleh beberapa orang selama bertahun-tahun
tanpa memikirkan penerapan fisika. Matematikawan Prancis, Alain Connes,
menulis buku tebal berjudul Noncommutative Geometry. Euclid, Gauss,
dan Riemann, dan semua geometer luar biasa itu dahulu bekerja dalam
konteks geometri komutatif, dan kini Connes dan lainnya sedang lepas
landas dan mengembangkan struktur geometri nonkomutatif yang lebih baru.
SA: Saya heran—mungkin memang semestinya demikian—Anda melabeli titik-titik dengan matriks atau bilangan tak murni. Apa maksudnya?
BG: Cara memikirkannya adalah: tidak ada gagasan titik. Titik adalah sebuah penaksiran. Jika terdapat titik, Anda mesti melabelinya dengan bilangan. Tapi klaimnya adalah bahwa, pada skala cukup kecil, bahasa titik tersebut menjadi penaksiran yang jelek sehingga tidak relevan. Saat kita membicarakan titik dalam geometri, kita sebetulnya membicarakan bagaimana sesuatu dapat bergerak lewat titik-titik. Gerakan objeklah yang akhirnya relevan. Gerakan mereka, ternyata, bisa lebih rumit daripada sekadar meluncur maju mundur. Semua gerakan itu ditangkap oleh sebuah matriks. Jadi ketimbang melabeli sebuah objek dengan titik yang dilewatinya, Anda harus melabeli gerakannya dengan matriks derajat kebebasan ini.
SA: Apa pemikiran Anda sekarang mengenai ide-ide antropik dan multiverse? Anda membahasnya dalam The Elegant Universe dalam konteks apakah ada suatu batas pada daya penjelasan teori string.
BG: Saya dan banyak lainnya belum pernah senang dengan ide-ide antropik ini, sebagian besar karena menurut saya pada titik manapun dalam sejarah sains, Anda bisa berkata, “Oke, kita selesai, kita tidak bisa lebih jauh lagi, dan jawaban final untuk setiap pertanyaan sekarang yang tak terpecahkan adalah: ‘Segala sesuatu demikian adanya sebab seandainya mereka tidak begini, kita takkan ada di sini untuk mengajukan pertanyaan tersebut.’” Jadi ini terasa seperti elakan pengecut. Mungkin istilah ini salah. Bukan elakan pengecut; menurut saya terasa sedikit berbahaya, sebab Anda mungkin cuma memerlukan lima tahun berikutnya untuk kerja keras dan Anda akan menjawab pertanyaan-pertanyaan tak terpecahkan itu, ketimbang sekadar berbahagia dengan, “Itu demikian adanya.” Jadi itulah perhatian saya: seseorang jangan berhenti menyelidiki berdasarkan posisi mundur ini.
Tapi, Anda tahu, ide-ide antropik telah lebih berkembang. Mereka kini merupakan proposal riil di mana Anda memiliki banyak alam semesta, dan alam semesta-alam semesta itu boleh jadi memiliki atribut berlainan, dan boleh jadi kita berada di sini lantaran atributnya tepat untuk keberadaan kita di sini, dan kita tidak berada di alam semesta lain itu lantaran kita tak bisa berlangsung hidup di sana. Ini cuma latihan mental.
SA: Teori string, dan fisika modern secara umum, sepertinya sedang mendekati satu struktur logika yang harus begitu adanya; teori tersebut demikian adanya sebab tak ada cara lain. Di satu sisi, itu akan menentang arahan antropik. Tapi di sisi lain, terdapat fleksibilitas dalam teori tersebut yang menuntun Anda menuju arahan antropik.
BG: Fleksibilitas mungkin ya mungkin tidak betul-betul ada. Itu boleh jadi sebetulnya merupakan artefak kekurangan kita akan pemahaman utuh. Tapi seandainya saya mengikuti pemahaman kita hari ini, teori tersebut dapat melahirkan banyak dunia berbeda, di mana dunia kita kemungkinan merupakan salah satunya, tapi tak berarti dunia yang sangat istimewa. Jadi ya, terdapat ketegangan dengan sasaran infleksibiltas kaku mutlak.
SA: Jika ada mahasiswa sarjana sedang menunggu Anda di samping panggung, ke mana Anda akan mengarahkan mereka?
BG: Well, pertanyaan besarnya, saya pikir, telah kita bahas. Dapatkah kita memahami dari mana ruang dan waktu berasal? Dapatkah kita membayangkan ide fundamental teori string? Dapatkah kita menunjukkan bahwa ide fundamental ini menghasilkan sebuah teori unik bersolusi unik, yang kebetulan merupakan dunia yang kita kenal? Mungkinkah menguji ide-ide ini lewat observasi astronomis atau eksperimen berbasis akselerator?
Bahkan dapatkah kita melangkah mundur lebih jauh dan memahami mengapa mekanika quantum harus menjadi bagian hakiki dunia yang kita kenal? Berapa banyak sandaran kita dalam teori fisika pada level amat dalam yang mempunyai peluang untuk benar—misalnya ruang, waktu, mekanika quantum—yang betul-betul esensial, dan berapa banyak dari mereka yang bisa dikendurkan dan berpotensi masih menghasilkan dunia yang tampak mirip dengan punya kita?
Dapatkah fisika mengambil jalur berbeda yang sama suksesnya secara eksperimen tapi berbeda sama sekali? Entahlah. Tapi saya pikir ini pertanyaan yang betul-betul menarik. Berapa banyak dari segala hal yang kita percaya yang sungguh-sungguh digerakkan secara fundamental dan unik oleh data dan konsistensi matematis, dan berapa banyak darinya yang bisa menempuh suatu cara lain, dan kita kebetulan saja menyusuri satu jalur sebab itulah yang kebetulan kita temukan? Dapatkah makhluk di planet lain memiliki set hukum yang sama sekali berbeda yang bekerja sama baiknya dengan punya kita?
Sumber: Sainstory - Sains Social History
Dahulu teori string membingungkan setiap orang. Bahkan praktisinya rewel tentang betapa rumitnya ia, sementara fisikawan lain memperolok kekurangannya akan prediksi eksperimental. Dunia selebihnya sebagian besar terlupa. Ilmuwan hampir tidak bisa mengkomunikasikan mengapa persisnya teori string begitu menggairahkan—mengapa ia dapat memenuhi impian Albert Einstein tentang teori terpadu final, bagaimana ia dapat memberi pemahaman mengenai pertanyaan-pertanyaan mendalam seperti mengapa alam semesta eksis sama sekali. Tapi di pertengahan 1990-an, teori tersebut mulai berjalan secara konseptual. Para periset menghasilkan cara-cara untuk mengujinya secara eksperimen. Dunia luar mulai memberi perhatian. Woody Allen menyindir teori tersebut dalam sebuah kolom New Yorker pada Juli 2003—barangkali itu pertama kalinya seseorang menggunakan ruang Calabi-Yau untuk mengisahkan romansa antarkantor.Scientific American (SA): Terkadang saat pembaca kami mendengar kata “teori string” atau “kosmologi”, mereka angkat tangan dan berkata, “Saya takkan pernah memahaminya.”
Brian Greene (BG): Saya telah menjumpai sejumlah intimidasi di awal-awal ketika sampai pada ide-ide seperti teori string atau kosmologi. Tapi yang saya temukan adalah bahwa sebagian besar orang yang berbicara dengan saya memiliki minat dasar yang begitu luas dan dalam, bahwa terdapat kemauan untuk beranjak sedikit lebih jauh dibanding dengan subjek lain yang lebih mudah ditangkap.
SA: Saya perhatikan bahwa pada beberapa poin dalam The Elegant Universe, Anda terlebih dahulu memberikan ide kasar konsep fisika dan kemudian versi detailnya.
BG: Saya rasa itu cara yang berguna, terutama pada bagian-bagian sulit. Itu memberi izin kepada pembaca: jika ide kasarnya berada di level yang Anda tangkap; itu bagus; silahkan lewatkan hal berikut ini. Jika tidak, lanjutkan. Saya senang mengatakan sesuatu lebih dari satu cara. Saya cuma berpikir bahwa ketika sampai pada ide-ide abstrak, Anda perlu banyak jalan menujunya. Dari sudut pandang ilmiah, bila Anda terpaku dengan satu jalan, saya pikir Anda sebetulnya membahayakan kemampuan Anda untuk membuat terobosan. Saya pikir itulah sebenarnya yang dimaksud dengan terobosan. Setiap orang memandang persoalan dengan satu cara, dan Anda mendatanginya dari belakang. Cara berbeda tersebut mengungkap sesuatu yang tidak diungkap oleh pendekatan lain.
SA: Apa beberapa contoh pendekatan pintu belakang tersebut?
BG: Well, barangkali contoh terbesar adalah terobosan Ed Witten. Ed [dari Institute for Advanced Study di Princeton, N.J.] cuma berjalan menaiki gunung dan memandang ke bawah dan melihat hubungan yang tidak dilihat orang lain dan dengan cara itu menyatukan lima teori string yang sebelumnya dianggap berbeda sama sekali. Semua ada di luar sana; dia cuma mengambil perspektif berbeda, dan daar, semuanya bertemu. Dan itu jenius.
Bagi saya ini menunjukkan apa itu penemuan fundamental. Alam semesta, sedikit-banyak, memandu kita menuju kebenaran, sebab kebenaran itu adalah hal yang mengatur apa yang kita lihat. Jika kita semua sedang diatur oleh apa yang kita lihat, kita semua disetir ke arah yang sama. Karenanya, perbedaan antara membuat terobosan dan tidak seringkali cuma unsur kecil persepsi, baik persepsi sungguhan ataupun persepsi matematis, yang mengumpulkan segala sesuatu secara berbeda.
SA: Apa Anda berpikir bahwa penemuan ini akan terjadi tanpa intervensi seorang jenius?
BG: Well, sulit dikatakan. Dalam kasus teori string, saya pikir begitu, sebab potongan puzzle betul-betul menjadi semakin jelas. Mungkin lima atau sepuluh tahun lagi, tapi saya duga itu akan terjadi. Tapi untuk relativitas umum, entahlah. Relativitas umum merupakan lompatan sedemikian hebat, peninjauan ulang ruang, waktu, dan gravitasi sedemikian monumental, bagi saya tidak jelas bagaimana dan kapan itu akan terjadi tanpa Einstein.
SA: Adakah contoh dalam teori string yang Anda pikir analogis
dengan lompatan besar tersebut?
BG: Saya pikir kita masih menunggu lompatan sebesar itu. Teori string telah dibangun dari banyak ide kecil yang disumbangkan dan dijahit perlahan-lahan oleh banyak orang menjadi bangunan besar yang lebih mengesankan. Tapi apa ide yang bertengger di puncak bangunan tersebut, kita betul-betul masih tidak tahu. Saat kita mengetahui ide tersebut, saya yakin itu akan menjadi seperti mercusuar yang bersinar ke bawah; itu akan menerangi bangunan, dan juga akan, saya yakin, memberi jawaban terhadap pertanyaan-pertanyaan yang masih tak terpecahkan.
SA: Dalam kasus relativitas, Anda punya prinsip ekuivalensi dan kovariansi umum untuk peran mercusar tersebut. Dalam Standard Model, ada gauge invariance. Dalam The Elegant Universe, Anda menyatakan prinsip holografi dapat menjadi prinsip untuk teori string [lihat juga “Informasi di Alam Semesta Holografis”, tulisan Jacob D. Bekenstein]. Apa pemikiran Anda mengenai itu sekarang?
BG: Well, baru beberapa tahun belakangan ini kita melihat prinsip holografi naik ke tingkat yang lebih menonjol dan dapat dipercaya. Pada pertengahan 1990-an silam, tak lama setelah ide holografi dikemukakan, ide-ide penopangnya agak abstrak dan samar, semua didasarkan pada fitur black hole: entropi black hole terletak di permukaannya; karenanya, mungkin derajat kebebasannya terletak di permukaannya; karenanya, mungkin itu berlaku pada semua kawasan yang memiliki horizon; mungkin itu berlaku pada horizon kosmologis; mungkin kita tinggal di dalam kawasan kosmologis yang derajat kebebasannya jauh sekali. Ide-ide yang luar biasa aneh, tapi bukti penopangnya kurang.
Tapi itu berubah seiring karya Juan Maldacena [dari Institute for Advanced Study], di mana dia menemukan contoh eksplisit dalam teori string, di mana bagian terbesar fisika [black hole]—yakni, arena yang kita anggap riil—persis dicerminkan oleh fisika yang terjadi di permukaan pembatas. Tida ada perbedaan dari segi kemampuan masing-masing deskripsi untuk menggambarkan apa yang terjadi, tapi secara detail deskripsinya akan sangat berbeda. Yang satu berada di lima dimensi, yang lain di empat dimensi. Jadi, jumlah dimensi pun bukan sesuatu yang dapat Anda andalkan, sebab mungkin terdapat deskripsi alternatif yang secara akurat mencerminkan fisika yang sedang Anda observasi.
Jadi menurut pikiran saya, itu membuat ide-ide abstrak tadi menjadi konkret; itu membuat Anda mempercayai ide-ide abstrak tadi. Dan sekalipun detail teori string berubah, saya pikir, sebagaimana banyak lainnya—meski tidak semua orang—ide holografi akan bertahan dan memandu kita. Apakah ia betul-betul ide yang kita cari, saya tak tahu. Saya tidak berpikir begitu. Tapi saya pikir ia bisa menjadi salah satu batu loncatan penting menuju penemuan ide-ide esensial teori [string]. Ia keluar dari detail teori dan cuma mengatakan, “Inilah fitur amat umum sebuah dunia yang memiliki mekanika quantum dan gravitasi.”
SA: Mari kita bicarakan sedikit tentang loop quantum gravity dan beberapa pendekatan lain. Anda selalu menggambarkan teori string sebagai satu-satunya permainan di kota ketika sampai pada subjek gravitasi quantum. Apakah Anda masih merasa seperti itu?
BG: Saya pikir ia merupakan permainan paling menyenangkan di kota! Tapi agar adil, komunitas loop quantum gravity telah membuat kemajuan hebat sekali. Masih ada banyak pertanyaan amat dasar yang saya rasa belum terjawab, tidak memuaskan saya. Tapi ini pendekatan yang bisa terus bertahan, dan sungguh hebat ada demikian banyak orang amat berbakat yang mengerjakannya. Harapan saya adalah—dan ini telah diperjuangkan oleh Lee Smolin—bahwa pada akhirnya kita sedang mengembangkan teori yang sama dari sudut berbeda [lihat “Atom Ruang dan Waktu”, tulisan Lee Smolin]. Tidak mustahil kami sedang menyusuri rute kami menuju gravitasi quantum, mereka sedang menyusuri rute mereka menuju gravitasi quantum, dan kita akan bertemu di suatu tempat. Sebab ternyata banyak dari kekuatan mereka yang menjadi kelemahan kami. Banyak dari kekuatan kami yang menjadi kelemahan mereka.
Salah satu kelemahan teori string adalah bahwa ia bersifat background dependent. Kita harus mengasumsikan ruangwaktu yang ada yang di dalamnya string-string bergerak. Meski Anda berharap teori gravitasi quantum memiliki ruangwaktu yang muncul dari persamaan fundamentalnya. Namun, mereka [para periset loop quantum gravity] memang memiliki rumusan yang background dependent dalam pendekatannya, di mana ruangwaktu memang muncul secara lebih fundamental dari teori itu sendiri. Di sisi lain, kami mampu membuat kontak langsung dengan relativitas umum Einstein pada skala besar. Kami melihatnya dalam persamaan kami. Sedangkan mereka menghadapi suatu kesulitan untuk membuat kontak dengan gravitasi biasa. Jadi tentu saja, Anda akan berpikir mungkin seseorang dapat menyatukan kekuatan masing-masing.
SA: Apakah upaya tersebut telah dilakukan?
BG: Lambat-laun. Sedikit sekali orang yang betul-betul mengetahui kedua teori. Keduanya adalah subjek besar, dan Anda bisa menghabiskan seluruh hidup Anda, setiap momen hari kerja Anda, hanya untuk subjek Anda sendiri, dan Anda masih takkan tahu segala sesuatu yang akan terjadi. Tapi banyak orang sedang menuju jalur tersebut dan mulai berpikir sepanjang garis itu, dan sudah ada beberapa pertemuan gabungan.
SA: Jika Anda menghadapi background dependence ini, harapan apa yang ada untuk betul-betul memahami ruang dan waktu dalam pengertian mendalam?
BG: Well, Anda dapat memecah persoalan tersebut. Contoh, dengan background dependent pun, kami telah mempelajari banyak hal seperti kesimetrian cermin—boleh jadi ada dua ruangwaktu, satu fisika. Kami telah mempelajari perubahan topologi—bahwa ruang dapat berevolusi dengan cara yang tidak kita anggap mungkin sebelumnya. Kami telah belajar bahwa dunia mikro mungkin diatur oleh noncommutative geometry (geometri nonkomutatif), di mana koordinat-koordinat, tak seperti bilangan riil, tergantung pada urutan pengalian mereka. Jadi Anda bisa mendapat petunjuk. Anda bisa mendapat pandangan tersendiri tentang apa yang sesungguhnya sedang berlangsung di bawah sana. Tapi saya pikir tanpa formalisme background dependent, akan sulit merangkai potongan-potongan itu sendiri.
SA: Kesimetrian cermin luar biasa mendalam, sebab memisahkan geometri ruangwaktu dari fisika. Hubungan antara keduanya selalu merupakan program Einsteinian.
BG: Benar. Kini, itu tak lagi memisahkan mereka sama sekali. Sederhananya, Anda meluputkan separuh cerita. Geometri terikat erat dengan fisika, tapi pétanya dua:satu. Bukan fisika banding geometri. Melainkan fisika banding geometri-geometri, dan terserah Anda geometri mana yang ingin Anda pilih. Terkadang penggunaan geometri yang satu memberi Anda lebih banyak pemahaman dibanding geometri yang lain. Sekali lagi, cara berbeda dalam memandang satu sistem fisikal yang sama: dua geometri dan satu fisika. Dan orang-orang telah mendapati ada pertanyaan matematis mengenai sistem fisikal dan geometris tertentu yang tidak bisa dijawab memakai satu geometri. Masukkan geometri cermin yang sebelumnya tak disadari, dan tahu-tahu seluruh pertanyaan sulit dan mendalam, saat diterjemahkan, menjadi sederhana secara mengejutkan.
SA: Bisakah Anda menggambarkan geometri nonkomutatif?
BG: Sejak masa Descartes, kita telah mendapati geometri nonkomutatif sangat hebat untuk melabeli titik-titik dengan koordinat mereka, baik di Bumi dengan garis lintang dan garis bujur ataupun di ruang-tiga dengan tiga koordinat Cartesian, x, y, dan z, yang Anda pelajari di SMU. Dan kita selalu membayangkan bahwa bilangan-bilangan itu seperti bilangan biasa, mempunyai atribut yang, manakala Anda mengalikan mereka—seringkali merupakan operasi yang perlu Anda lakukan dalam fisika—jawabannya tidak tergantung pada urutan operasi: 3 kali 5 adalah 5 kali 3. Yang kita temukan adalah bahwa saat Anda mengkoordinatkan ruang pada skala amat kecil, bilangan yang terlibat bukan seperti 3 dan 5, yang tidak tergantung pada urutan pengalian mereka. Ada bilangan golongan baru yang memang tergantung pada urutan pengalian.
Mereka sebetulnya tidak baru, sebab kita sudah lama mengetahui sebuah entitas yang disebut matriks. Tentu saja, pengalian matriks tergantung pada urutan pengalian. A kali B tidak sama dengan B kali A jika A dan B adalah matriks. Teori string mengindikasikan bahwa titik-titik yang digambarkan oleh sebuah bilangan digantikan dengan objek geometris yang digambarkan oleh matriks. Pada skala besar, ternyata matriks ini menjadi semakin diagonal, dan matriks diagonal memang memiliki atribut yang ia pertukarkan saat Anda mengalikan. Tak peduli bagaimanapun Anda mengalikan A dan B bila mereka adalah matriks diagonal. Tapi jika Anda mengarungi dunia mikro, entri-entri tak diagonal pada matriks semakin besar dan besar sampai seluruhnya, mereka memainkan peran signifikan.
Geometri nonkomutatif adalah bidang geometri yang sama sekali baru
yang telah dikembangkan oleh beberapa orang selama bertahun-tahun
tanpa memikirkan penerapan fisika. Matematikawan Prancis, Alain Connes,
menulis buku tebal berjudul Noncommutative Geometry. Euclid, Gauss,
dan Riemann, dan semua geometer luar biasa itu dahulu bekerja dalam
konteks geometri komutatif, dan kini Connes dan lainnya sedang lepas
landas dan mengembangkan struktur geometri nonkomutatif yang lebih baru.
SA: Saya heran—mungkin memang semestinya demikian—Anda melabeli titik-titik dengan matriks atau bilangan tak murni. Apa maksudnya?
BG: Cara memikirkannya adalah: tidak ada gagasan titik. Titik adalah sebuah penaksiran. Jika terdapat titik, Anda mesti melabelinya dengan bilangan. Tapi klaimnya adalah bahwa, pada skala cukup kecil, bahasa titik tersebut menjadi penaksiran yang jelek sehingga tidak relevan. Saat kita membicarakan titik dalam geometri, kita sebetulnya membicarakan bagaimana sesuatu dapat bergerak lewat titik-titik. Gerakan objeklah yang akhirnya relevan. Gerakan mereka, ternyata, bisa lebih rumit daripada sekadar meluncur maju mundur. Semua gerakan itu ditangkap oleh sebuah matriks. Jadi ketimbang melabeli sebuah objek dengan titik yang dilewatinya, Anda harus melabeli gerakannya dengan matriks derajat kebebasan ini.
Seandainya Anda adalah string, ruangwaktu mungkin terlihat seperti ini: enam dimensi tambahan tergulung menjadi bentuk yang disebut Calabi-Yau.
BG: Saya dan banyak lainnya belum pernah senang dengan ide-ide antropik ini, sebagian besar karena menurut saya pada titik manapun dalam sejarah sains, Anda bisa berkata, “Oke, kita selesai, kita tidak bisa lebih jauh lagi, dan jawaban final untuk setiap pertanyaan sekarang yang tak terpecahkan adalah: ‘Segala sesuatu demikian adanya sebab seandainya mereka tidak begini, kita takkan ada di sini untuk mengajukan pertanyaan tersebut.’” Jadi ini terasa seperti elakan pengecut. Mungkin istilah ini salah. Bukan elakan pengecut; menurut saya terasa sedikit berbahaya, sebab Anda mungkin cuma memerlukan lima tahun berikutnya untuk kerja keras dan Anda akan menjawab pertanyaan-pertanyaan tak terpecahkan itu, ketimbang sekadar berbahagia dengan, “Itu demikian adanya.” Jadi itulah perhatian saya: seseorang jangan berhenti menyelidiki berdasarkan posisi mundur ini.
Tapi, Anda tahu, ide-ide antropik telah lebih berkembang. Mereka kini merupakan proposal riil di mana Anda memiliki banyak alam semesta, dan alam semesta-alam semesta itu boleh jadi memiliki atribut berlainan, dan boleh jadi kita berada di sini lantaran atributnya tepat untuk keberadaan kita di sini, dan kita tidak berada di alam semesta lain itu lantaran kita tak bisa berlangsung hidup di sana. Ini cuma latihan mental.
SA: Teori string, dan fisika modern secara umum, sepertinya sedang mendekati satu struktur logika yang harus begitu adanya; teori tersebut demikian adanya sebab tak ada cara lain. Di satu sisi, itu akan menentang arahan antropik. Tapi di sisi lain, terdapat fleksibilitas dalam teori tersebut yang menuntun Anda menuju arahan antropik.
BG: Fleksibilitas mungkin ya mungkin tidak betul-betul ada. Itu boleh jadi sebetulnya merupakan artefak kekurangan kita akan pemahaman utuh. Tapi seandainya saya mengikuti pemahaman kita hari ini, teori tersebut dapat melahirkan banyak dunia berbeda, di mana dunia kita kemungkinan merupakan salah satunya, tapi tak berarti dunia yang sangat istimewa. Jadi ya, terdapat ketegangan dengan sasaran infleksibiltas kaku mutlak.
SA: Jika ada mahasiswa sarjana sedang menunggu Anda di samping panggung, ke mana Anda akan mengarahkan mereka?
BG: Well, pertanyaan besarnya, saya pikir, telah kita bahas. Dapatkah kita memahami dari mana ruang dan waktu berasal? Dapatkah kita membayangkan ide fundamental teori string? Dapatkah kita menunjukkan bahwa ide fundamental ini menghasilkan sebuah teori unik bersolusi unik, yang kebetulan merupakan dunia yang kita kenal? Mungkinkah menguji ide-ide ini lewat observasi astronomis atau eksperimen berbasis akselerator?
Bahkan dapatkah kita melangkah mundur lebih jauh dan memahami mengapa mekanika quantum harus menjadi bagian hakiki dunia yang kita kenal? Berapa banyak sandaran kita dalam teori fisika pada level amat dalam yang mempunyai peluang untuk benar—misalnya ruang, waktu, mekanika quantum—yang betul-betul esensial, dan berapa banyak dari mereka yang bisa dikendurkan dan berpotensi masih menghasilkan dunia yang tampak mirip dengan punya kita?
Dapatkah fisika mengambil jalur berbeda yang sama suksesnya secara eksperimen tapi berbeda sama sekali? Entahlah. Tapi saya pikir ini pertanyaan yang betul-betul menarik. Berapa banyak dari segala hal yang kita percaya yang sungguh-sungguh digerakkan secara fundamental dan unik oleh data dan konsistensi matematis, dan berapa banyak darinya yang bisa menempuh suatu cara lain, dan kita kebetulan saja menyusuri satu jalur sebab itulah yang kebetulan kita temukan? Dapatkah makhluk di planet lain memiliki set hukum yang sama sekali berbeda yang bekerja sama baiknya dengan punya kita?
Sumber: Sainstory - Sains Social History
No comments:
Post a Comment