Jalan Sains Dari Mitos Menuju Multiverse

Oleh: Dan Falk
 
17 Maret 2015
(Sumber: www.quantamagazine.org)

Dalam buku terbarunya, peraih Hadiah Nobel Steven Weinberg menggali bagaimana sains menciptakan dunia modern, dan ke mana ia akan membawa kita.

Steven Weinberg, fisikawan di Universitas Texas, Austin, memenangkan Hadiah Nobel pada     1979 atas penelitian yang menjadi batu pijakan fisika partikel.

Kita boleh anggap sejarah fisika sebagai upaya menyatukan dunia di sekeliling kita: secara berangsur-angsur, setelah berabad-abad, kita sampai pada pemahaman bahwa fenomena-fenomena yang kelihatannya tidak berkaitan ternyata berhubungan erat. Fisikawan Steven Weinberg dari Universitas Texas, Austin, menerima Hadiah Nobel pada 1979 atas terobosan besar dalam upaya tersebut—menunjukkan bagaimana elektromagnetisme dan gaya nuklir lemah adalah manifestasi teori pokok yang sama (dia berbagi Hadiah Nobel dengan Abdus Salam dan Sheldon Glashow).

Penelitian itu menjadi batu pijakan Standard Model fisika partikel, [standar] yang menguraikan bagaimana blok-blok fundamental penyusun alam semesta bersatu membentuk dunia yang kita lihat.

Dalam buku barunya, To Explain the World: The Discovery of Modern Science, Weinberg memeriksa bagaimana sains modern lahir. Dengan menelusuri perkembangan “metode ilmiah”—pendekatan yang dikembangkan selama berabad-abad, yang menekankan eksperimen dan observasi ketimbang penalaran prinsip pertama—dia membuat argumen bahwa sains, berbeda dari cara-cara lain dalam menafsirkan dunia, dapat menawarkan kemajuan sejati. Lewat sains, pemahaman kita akan dunia bertambah baik seiring waktu, bersandar pada apa yang ditemukan sebelumnya. Kekeliruan dapat terjadi, tapi akhirnya diralat. Weinberg berbincang dengan Quanta Magazine mengenai masa lalu dan masa depan fisika, peran filsafat dalam sains, dan kemungkinan mencengangkan bahwa alam semesta kita hanyalah irisan kecil dari multiverse yang jauh lebih besar. Berikut ini wawancaranya dalam versi suntingan dan diperingkas.

Sebagai fisikawan, apa perbedaan antara perspektif Anda tentang sejarah sains dengan perspektif sejarawan?

Buku baru Steven Weinberg mengeksplorasi asal-usul sains modern.

Perbedaannya, tentu saja, mereka tahu lebih banyak daripada saya—setidaknya dalam bidang spesialisasi mereka. Sejarawan sejati jauh lebih paham sumber-sumber awal daripada saya. Jika mereka sejarawan dunia kuno, mereka akan jadi pakar per-Yunani-an dan per-Latin-an, yang mana tidak saya kuasai sedikitpun.

Tapi ada pula perbedaan sikap. Banyak sejarawan sangat menentang apa yang disebut “interpretasi Whig” atas sejarah, di mana Anda menengok masa lalu dan mencoba memilih ulir-ulir yang membawa ke masa kini. Mereka merasa, memasuki kerangka pikiran manusia yang hidup di masa yang Anda kupas adalah jauh lebih penting. Dan pendapat mereka itu benar. Tapi saya ingin berargumen, bila menyangkut sejarah sains, interpretasi Whig jauh lebih dapat dibenarkan. Alasannya, sains, tak seperti katakanlah politik atau agama, merupakan cabang pengetahuan yang kumulatif. Anda boleh bilang, bukan karena selera semata, tapi dengan penilaian bijaksana, bahwa Newton tahu lebih banyak tentang dunia daripada Aristoteles, dan Einstein tahu lebih banyak daripada Newton. Betul-betul terjadi kemajuan. Dan untuk menelusuri kemajuan itu, logis rasanya menengok sains di masa lalu dan mencoba memilih mode-mode pikiran yang membawa kemajuan, atau menghalangi kemajuan.

Mengapa Anda fokus pada sejarah fisika dan astronomi?
Well, hanya itu yang saya kuasai; hanya di situ saya punya kompetensi. Tapi ada satu alasan lain: dalam fisika dan astronomilah sains pertama kali menjadi “modern”; sebetulnya, fisika yang diterapkan pada astronomi. Di akhir abad 17 Newton memberi kita pendekatan modern terhadap fisika. Cabang-cabang sains lain menjadi modern belakangan ini saja: kimia di awal abad 19; biologi di pertengahan abad 19, atau barangkali awal abad 20. Jadi jika Anda ingin memahami penemuan sains modern—yang menjadi subjudul buku saya—penemuan tersebut tercapai dalam konteks fisika, khususnya yang diterapkan pada astronomi.

Fisika teoritis kerap dipandang sebagai usaha unifikasi—kita terpikir akan Newton, yang menyatukan fisika bumi dan langit, atau James Clerk Maxwell, yang menyatukan listrik, magnetisme, dan cahaya. Dan tentu saja penelitian Anda sendiri. Di mana posisi unifikasi ini sekarang?
Belum banyak kemajuan, kecuali untuk fakta bahwa teori-teori yang kita spekulasikan di tahun 1960-an telah dikonfirmasi oleh observasi. Dalam teori yang saya kembangkan pada 1967—pada dasarnya Abdus Salam mengembangkan teori yang sama secara terpisah pada 1968—bidang kerusakan kesimetrian memainkan peran fundamental, hadir pada partikel bernama boson Higgs, yang atribut-atributnya sudah kita prediksikan, kecuali massa. Nah, berkat eksperimen di CERN, Higgs telah terverifikasi. Jadi kita berada di atas landasan yang jauh lebih kokoh. Tapi kita belum beranjak lebih jauh. Sudah ada upaya besar untuk melangkah ke depan, khususnya dalam konteks teori string. Teori string akan menyatukan semua gaya—gaya nuklir kuat dan lemah, gaya elektromagnetik, serta gaya gravitasi. Teori string menyediakan gagasan matematika mendalam tentang cara kerjanya. Tapi kita masih jauh dari verifikasi teori—lebih jauh daripada verifikasi teori elektrolemah 40 tahun silam.

Large Hadron Collider (LHC) dijadwalkan beroperasi lagi tahun ini, dengan tenaga dua kali lipat daripada operasi pertamanya. Apa yang Anda harap akan ia temukan—saya tidak yakin apakah “harapan” kata yang pas—saat dinyalakan nanti?
Harapan adalah kata yang pas! Semua tergantung pada partikel baru apa yang massanya berada dalam rentang selidikan LHC. Tentu ada hal-hal yang dicari. Yang paling jelas adalah partikel dark matter. Kita tahu dari astronomi bahwa lima perenam materi di alam semesta adalah sesuatu yang tidak cocok dengan Standard Model fisika partikel. Tapi kita tak tahu berapa massanya. Astronom dapat memberitahu kita massa total dark matter ini, tapi bukan massa yang diangkut oleh tiap partikel. Jika itu partikel dark matter konvensional, dikenal sebagai WIMP—“weakly interacting massive particle”—maka LHC mungkin dapat menemukannya. Tergantung seberapa berat ia, dan bagaimana ia meluruh, sebab Anda tak pernah melihat partikel itu sendiri, Anda hanya melihat produk peluruhannya.

LHC juga mungkin dapat menemukan tanda-tanda supersimetri, teori yang mengusulkan bahwa setiap partikel memiliki partikel partner—tapi lagi-lagi kita tidak tahu berapa massa partikel partner itu. Dan di sini terdapat ketidakpastian yang lebih dalam lagi: kita tidak tahu apakah supersimetri ada kaitannya dengan dunia nyata. Juga boleh jadi ada quark yang lebih berat, mungkin partikel Higgs versi lebih berat lagi.

Terkadang dikatakan supersimetri adalah sejenis acungan jempol untuk teori string, teori yang mustahil diuji secara langsung. Jika LHC tak menemukan bukti pendukung supersimetri, apa yang akan menimpa teori string?
Andai saja saya tahu! Sialnya, teori string tidak membuat prediksi spesifik tentang fisika pada [besaran] energi yang dapat kita akses. Jenis energi struktur-struktur yang diurusi teori string terlalu tinggi, mungkin kita takkan pernah sanggup mereproduksinya di lab. Tapi energi itu lumrah di alam semesta awal. Jadi dengan melakukan observasi kosmologis, kita mungkin dapat menangani fisika energi amat tinggi itu. Contoh, jika densitas materi-energi di masa inflasi mempunyai orde magnitudo khas teori string, berarti banyak radiasi gravitasi telah dihasilkan pada masa tersebut, dan itu akan meninggalkan jejak pada gelombang mikro kosmik latar. Tahun lalu, para ilmuwan yang bekerja dengan teleskop BICEP2 mengumumkan telah menemukan gelombang gravitasi ini; sebetulnya mereka sedang mengukur debu antarbintang. Observasi lanjutan dengan satelit Planck mungkin mampu menjawab pertanyaan ini. Saya kira itu salah satu hal paling menggairahkan yang sedang berlangsung dalam ilmu fisika saat ini.

Bagi para teoris, apakah sasaran puncaknya adalah seperangkat persamaan yang dapat kita pamerkan pada sehelai kaos?
Itu incarannya. Standard Model begitu kompleks. Sulit sekali mencantumkannya pada sehelai kaos—meski tidak mustahil. Tulisan Anda harus agak kecil. Ia tidak memasukkan gravitasi ke dalam hitungan, jadi ia bukan “theory of everything”. Tapi ia merupakan teori tentang segala hal yang kita pelajari di laboratorium fisika. Standard Model cukup rumit, dan memiliki banyak fitur sembarang, jadi kita tahu ia bukan jawaban final. Cita-cita kita adalah memiliki teori lebih sederhana dengan fitur sembarang lebih sedikit—bahkan tak ada sama sekali—yang akan pas dituliskan pada kaos. Kita belum sampai situ.

Sebagian fisikawan menyatakan kita harus bersedia menerima sederet teori berlainan, barangkali melambangkan solusi berlainan untuk persamaan teori string. Mungkin setiap solusi melambangkan alam semesta berbeda—bagian dari “multiverse” yang lebih besar.
Saya bukan pendukung gagasan bahwa alam semesta Big Bang kita adalah bagian dari multiverse lebih besar. Tapi itu perlu diambil serius sebagai satu kemungkinan. Dan itu memang membawa pada konsekuensi menarik. Contoh, itu akan menjelaskan kenapa beberapa konstanta alam, khususnya dark energy, mempunyai harga yang sangat menguntungkan bagi munculnya kehidupan. Asumsikan ada multiverse di mana konstanta semisal dark energy bervariasi antara satu big bang dan big bang lain. Maka, jika Anda tanya mengapa ia memuat harga demikian di Big Bang kita, Anda harus pertimbangkan efek seleksi: hanya di big bang tertentu, di mana dark energy memuat harga tepat untuk munculnya kehidupan, terdapat seseorang yang menanyakan ini.

Ini analogis dengan pertanyaan yang dibahas para astronom selama ribuan tahun, menyangkut Bumi dan matahari. Mengapa matahari dan kita berjarak sebagaimana sekarang? Andai lebih dekat, Bumi akan terlalu panas untuk mengandung kehidupan; andai terlalu jauh, Bumi akan terlalu dingin. Mengapa jaraknya pas? Mayoritas orang, seperti Galen, sang tabib Romawi, menganggap itu berkat kebajikan para dewa, bahwa itu semua diatur demi kepentingan kita. Jawaban yang jauh lebih baik—jawaban yang kita berikan hari ini—adalah terdapat miliaran planet di galaksi kita, dan miliaran galaksi di alam semesta. Maka tidak heran jika segelintir dari mereka, dari miliaran itu, berada di posisi yang menguntungkan bagi kehidupan.

Tapi kita bisa lihat sebagian dari planet-planet itu. Lain halnya dengan alam-alam semesta yang konon menyusun multiverse.
Tidak semua yang dideskripsikan oleh teori fisika sukses harus dapat diamati, atau tidak semua prediksi potensialnya harus dapat diverifikasi. Contoh, kita punya teori gaya nuklir kuat yang amat sukses, namanya kromodinamika quantum (QCD), berlandaskan ide bahwa quark-quark diikat oleh gaya yang meningkat seiring [bertambahnya] jarak, sehingga kita takkan pernah mampu, secara prinsip sekalipun, untuk mengamati quark dalam isolasi. Kita hanya bisa mengamati prediksi sukses lainnya. Kita tak bisa mendeteksi quark, tapi itu bukan masalah; kita tahu QCD benar, sebab ia membuat prediksi yang dapat kita verifikasi.

Demikian pula, teori string, yang memprediksi multiverse, tidak dapat diverifikasi dengan mendeteksi bagian-bagian lain multiverse. Tapi ia membuat prediksi lain yang dapat diverifikasi. Contoh, ia menyatakan, dalam semua big bang di multiverse, hal-hal tertentu akan selalu tepat, dan mereka dapat diverifikasi. Ia menyatakan kesimetrian tertentu akan selalu teramati, atau mereka akan selalu rusak menurut pola tertentu yang dapat kita amati. Jika ia membuat cukup banyak prediksi seperti ini, maka kita akan bilang teori string benar. Dan jika teori ini memprediksi multiverse, maka kita akan bilang itu juga benar. Anda tak harus memverifikasi setiap prediksi untuk tahu kebenaran sebuah teori.

Saat kita membahas multiverse, seolah-olah fisika sedang bersinggungan dengan filsafat. Sejumlah fisikawan, termasuk Stephen Hawking dan Lawrence Krauss, membuat marah para filsuf dengan menyebut filsafat tidak bermanfaat. Dalam buku baru Anda, kedengarannya Anda sependapat dengan mereka. Betul demikian?
Saya kira filsafat akademis bermanfaat dalam pengertian negatif saja—kadangkala fisikawan terkesan oleh ide-ide filosofis. Jadi ada gunanya mendengar kabar dari para ahli bahwa ide-ide tersebut sudah ditantang dalam komunitas filsafat. Satu contoh adalah positivisme, yang menetapkan bahwa Anda hanya boleh membahas hal-hal yang dapat dideteksi atau diamati secara langsung. Saya pikir filsuf sendiri sudah menantangnya, dan ada baiknya tahu itu.

Di sisi lain, sejenis diskusi filsafat betul-betul berlangsung di kalangan fisikawan sendiri. Contoh, diskusi multiverse yang kita lalui barusan menimbulkan isu: apa yang kita harapkan dari sebuah teori ilmiah—kapan kita menolaknya sebagai “di luar sains”, kapan kita menerimanya sebagai “terkonfirmasi”. Itu pertanyaan meta-ilmiah, pertanyaan filosofis. Para ilmuwan tak pernah mencapai kesepakatan tentang hal-hal ini—seperti dalam kasus multiverse—tapi filsuf profesional pun demikian.

Dan adakalanya, sebagaimana contoh positivisme, karya filsuf profesional justru menghalangi kemajuan. Itu juga berlaku pada pendekatan bernama konstruktivisme—gagasan bahwa setiap teori ilmiah masyarakat merupakan konstruk sosial, serupa dengan lembaga politiknya, dan harus dipahami sebagai sesuatu yang muncul dari lingkungan kultural tertentu. Entah Anda menyebutnya teori filsafat atau teori sejarah, yang pasti saya anggap pandangan tersebut keliru, dan saya juga beranggapan itu dapat menghalangi kerja sains, sebab itu merenggut salah satu motivasi hebat sains, yaitu menemukan sesuatu yang benar, terbebas dari lingkungan kultural apapun dalam pengertian mutlak.

Usia Anda 81. Banyak orang akan terpikir untuk pensiun, tapi Anda aktif sekali. Apa yang Anda kerjakan sekarang?
Ada sesuatu yang saya kerjakan lebih dari setahun ini—mungkin cuma obsesi seorang kakek tua, tapi saya sedang mencari pendekatan mekanika quantum yang lebih masuk akal daripada pendekatan yang sudah ada. Saya baru selesai menyunting edisi kedua buku saya, Lectures on Quantum Mechanics. Di situ saya memperkuat argumen bahwa belum ada interpretasi mekanika quantum yang memuaskan sepenuhnya.

Saya tak berniat pensiun, karena saya menikmati apa yang saya lakukan. Nikmat mengajar; nikmat mengikuti riset; dan nikmat mengerjakan riset pribadi kecil-kecilan. Dua tahun lalu, sebelum menyadari rangsangan mekanika quantum ini, saya menulis makalah tentang persoalan-persoalan praktis dalam teori partikel unsur; saya juga menelaah kosmologi. Saya berharap untuk kembali menekuninya.

Sumber: SainStory