Teori Dawai dan Pembuktiannya

Sejarah perkembangan ilmu fisika menunjukkan suatu hal yang menarik. Salah satu hal yang menonjol adalah adanya upaya penyatuan/unifikasi berbagai hukum alam menjadi satu ide tunggal yang bisa menjelaskan dua hal atau lebih yang sebelumnya dianggap tidak berhubungan.

Isaac Newton dapat dicatat sebagai pencetus yang sukses dalam usaha unifikasi ini, dimana teori gravitasi yang dia sodorkan dapat menjelaskan bahwa gaya yang menyebabkan apel jatuh ke bumi adalah sama dengan yang menyebabkan bulan mengelilingi bumi. Penggabungan gaya yang bekerja di langit (selestial) dan di bumi (terestial) menjadi satu yang disebutnya gaya gravitasi, membuktikan hal yang fantastik tentang gaya yang bekerja di alam ini.

Tiga ratus tahun kemudian, James Maxwell, seorang fisikawan Skotlandia, juga sukses dalam menggabungkan dua fenomena yang sebelumnya dianggap berbeda: listrik dan magnet. Persamaan elektro-magnet dari Maxwell menunjukkan bahwa dua fenomena alam yang berbeda ternyata itu sesungguhnya berasal dari satu prinsip yang sama.

Unifikasi selanjutnya menjadi salah satu agenda utama dari fisikawan untuk bisa menjelaskan berbagai gaya yang bekerja di alam ini menjadi satu ide tunggal atau satu persamaan induk yang tentunya bisa menjelaskan segala hal. Albert Einstein pencetus teori relativitas umum yang memperbaiki teori gravitasi Newton, berusaha pula untuk melakukan unifikasi ini. Dia mencoba untuk menggabungkan gaya gravitasi dengan gaya electromagnet karena keduanya bekerja dalam jagat yang sama serta bergeraknya dalam kecepatan cahaya, sehingga diduga juga keduanya punya hal mendasar yang sama. Sampai akhir masa hidupnya upaya penggabungan kedua gaya ini gagal dilakukan oleh Einstein. Usaha Einstein tersebut tidak berhasil, karena teori relativitas umum yang telah sukses menjelaskan bagaimana alam semesta bekerja dan terprediksi dalam ruang-waktu berdasar gaya gravitasi, tidak bisa digabungkan dengan gaya electromagnet yang ternyata juga merupakan gaya bekerja dalam jagat yang sangat kecil, atom dan sub-atom, yang didasari oleh azas ketidakpastian dimana tingkat kejadian hanya bisa diramalkan dengan probabilitas saja.

Ilustrasi multi-dimensi string

Perkembangan ilmu fisika menunjukkan bahwa ternyata terdapat empat gaya dasar yang bekerja di alam semesta ini. Keempat gaya dasar sejauh ini dijelaskan dengan dua teori: mekanika kuantum yang menjelaskan adanya tiga gaya dasar yang bekerja dalam skala atom; sedangkan ada satu gaya lagi bekerja dalam jagat besar (yaitu gravitasi). Ketiga gaya dasar dalam skala atom ini yaitu gaya elektomagnetik (yang mengikat electron untuk tertarik ke inti atom dan yang mendasari interaksi antar atom), gaya inti kuat (yang menyebabkan proton dan netron dalam inti tidak saling tertolak) serta gaya inti lemah (yang bekerja dalam hal peluruhan sinar beta) telah sukses dicoba digabungkan dengan apa yang disebut model standar. Namun upaya menggabungkannya kedua teori besar ini belum berhasil; demikian juga bila mencoba menggabungkan salah satu ataupun ketiga gaya dasar dari mekanika kuantum dengan gaya gravitasi tidak pernah berhasil (seperti yang sudah dilakuan oleh Einstein).

Hal ini menjadi tantangan yang menarik bagi fisikawan karena untuk menjelaskan beberapa fenomena alam, keempat gaya dasar ini harus bisa menjelaskannya dengan tepat. Misalnya pada peristiwa penciptaan alam semesta yang disebut Ledakan Besar (Big Bang) dimana terdapat kemunculan energi yang sangat besar pada saat atom-atom belum terbentuk sama sekali; ataupun pada Lubang Hitam (black hole) saat massa bintang yang sangat besar sekali menciut volumenya secara drastic menjadi sangat kecil sekali. Sejauh ini upaya menjelaskan kedua peristiwa tersebut dengan menggabungkan keempat gaya dasar tidak pernah sukses, salah satu alasannya karena memang tidak ada teori tunggal yang bisa digunakan.

Sebagian fisikawan percaya bahwa alam semesta ini didasari oleh suatu teori tunggal dibandingkan apa yang dicoba dijelaskan secara terpisah oleh teori relativitas umum dan mekanika kuantum.

Berdasar alasan itu fisikawan mencoba untuk menggabungkan keempat gaya dasar dalam satu teori tunggal. Ini tentu usaha pencarian dalam sains yang luar biasa berat, mengingat upaya yang dilakukan Einsten pun yang mencoba menggabungkan gaya elekromagnetik dengan gaya gravitasi saja tidak membawa hasil.

Teori Dawai (String Theory) adalah satu usaha formulasi keempat gaya dasar tadi yang tengah dikerjakan oleh fisikawan berbagai negara saat ini. Inti dari teori ini sangat sederhana, semua partikel di alam ini tersusun dari dawai energi yang lebih kecil dibanding electron. Teori Dawai ini menyatakan bahwa semua partikel di alam semesta ini dan semua gaya yang menyebabkan materi berinteraksi terbuat dari getaran energi tadi. Perbedaan getaran energi dari dawai ini sangat unik yang menyebabkan munculnya partikel dengan massa dan muatan berbeda misalnya. Teori ini mulai digagas akhir decade 1960-an dan mempunyai perkembangan naik-turun. Pada tahun 1980-an tantangan dalam teori dawai salah satunya adalah adanya anomaly perhitungan, dimana kalkulasi persamaan mendapati hasil yang berbeda (suatu inkonsistensi matematis).

Untungnya pada tahun 1984 hal ini terpecahkan. Tantangan selanjutnya adalah berkembangnya teori dawai ini menjadi lima variasi, yang tentu saja membingungkan para penggiatnya, bagaimana mungkin satu teori dasar tentang alam semesta yang mencoba menggabungkan empat gaya dasar bisa mempunyai versi yang berbeda-beda? Versi manakah yang paling benar? Untungnya di pertengahan tahun 1990-an kelima teori ini bisa digabungkan menjadi satu teori saja yang kemudian dinamakan M-theory. Kalau teori ini memang benar maka akan sangat membantu dalam menjelaskan tentang kejadian asal-usul alam semesta ataupun terbentuknya Lubang Hitam. Sayangnya sejauh ini Teori Dawai tidak mempunyai satu pun konfirmasi yang bisa didapatkan melalui eskperimentasi laboratorium. Padahal sains termasuk fisika di dalamnya adalah kegiatan pembuktian satu teori melalui eksperimen yang wajib bisa direplikasi oleh pihak lain atau dalam kasus astronmi dan geologi melalui observasi. Sehingga status String Theory ini belum bisa diterima sebagai satu kebenaran ilmiah. Malah beberapa fisikawan menganggapnya baru sekelas filsafat, bahkan ada yang menyebutkan teori ini potensial salah dan selevel dengan fiksi ilmiah saja.

Beberapa alasan kenapa belum ada bukti eksperimen yang mendukung teori ini menunjukkan bahwa fisikawan string theory pun belum bisa memahami sepenuhnya tentang teori ini. Hal lainnya adalah karena apa yang disebut dawai energi pun amat sangat kecil sekali (sekitar satu per trilyun trilyun dari ukuran satu atom), dimana teknologi seperti akselerator dan detector yang ada saat ini belum mampu meng-inderai-nya.

Berbeda pada saat sains di sekitar tiga abad yang lalu yang belum banyak berkembang misalnya, dimana justru hanya dengan observasi saja, ilmuwan bisa melakukan konseptualisasi suatu teori (misalnya kisah jatuhnya apel yang diamati oleh Newton dan membuat formulasi teori gravitasi). Sedangkan pada masa sekarang menunjukkan bahwa makin berkembang dan canggihnya satu disiplin ilmu (dalam hal ini fisika modern), maka pembuktian satu teori melalui eksperimen harus dilakukan dan itupun biasanya diisyaratkan dari teori tersebut. Sayangnya, dalam hal Teori Dawai, sampai saat ini kita belum bisa melakukan hal itu.

Sumber: Green (2000). The Elegant Universe