It from Bit?

Oleh: Rachel Thomas

18 Desember 2015
(Sumber: plus.maths.org)

Artikel ini merupakan bagian dari proyek informasi tentang informasi, bekerjasama dengan FQXi. Klik di sini untuk membaca artikel lain terkait konsep “it from bit” milik John Wheeler.

Jika sebatang pohon tumbang di hutan tapi tak ada orang di sana untuk mendengarnya, apakah ia betul-betul menghasilkan suara? Apa sesuatu eksis hanya jika ia diindera? Apa kata fisika tentang realitas? Ini adalah sebagian dari pertanyaan terbesar dalam fisika dan filsafat, tak kunjung terjawab setelah perdebatan selama berdekade-dekade, atau bahkan berabad-abad. Sebagian pihak penasaran apa ini bisa dijawab, tapi satu fisikawan tidak gentar mencoba:

Bagaimana ada eksistensi?
Wheeler (1911-2008) adalah sosok legendaris dalam fisika. Dia bekerjasama dengan Niels Bohr untuk menjelaskan fisi nuklir, mengerjakan bom hidrogen di Los Alamos, dan mengajar banyak fisikawan ulung termasuk Richard Feynman, Kip Thorne, dan Hugh Everett. Dia adalah bapak relativitas umum modern, dia adalah kunci dalam mengembangkan pemahaman kita akan black hole dan bahkan mempopulerkan istilah “black hole” (setelah diusulkan kepadanya oleh seorang peserta konferensi) dan menciptakan banyak istilah lain, termasuk “worm hole” dan “buih quantum”.

Wheeler membagi kehidupan fisikanya yang panjang nan produktif ke dalam tiga periode: “Segalanya adalah Partikel”, “Segalanya adalah Medan”, dan “Segalanya adalah Informasi”. (Anda bisa baca lebih banyak tentang kehidupan dan karyanya dalam otobiografi Geons, Black Holes, and Quantum Foam.) Ide penggerak di balik periode ketiga dipacu oleh renungannya terhadap pertanyaan uzur: “Bagaimana ada eksistensi?” Dan jawabannya, pertama kali dipublikasikan dalam makalah yang ditulis secara brilian (dan sangat menghibur) pada 1989, adalah it from bit:

“It from bit melambangkan gagasan bahwa setiap item dunia fisik pada dasarnya—kebanyakan sangat mendasar—memiliki sumber dan penjelasan non-materil; bahwa apa yang kita sebut realitas, menurut analisa terakhir, timbul dari pengajuan pertanyaan ya/tidak dan pencatatan tanggapan yang ditimbulkan oleh alat; pendek kata, semua hal fisik berpangkal dari teori informasi dan ini adalah alam semesta partisipatif.”

(Pertanyaan ya/tidak artinya pertanyaan tertutup, yang jawabannya berupa ya atau tidak. Dikenal juga sebagai pertanyaan berkutub atau interogatif—penj.)

Tak ada pertanyaan? Tak ada jawaban!
Konsep “it from bit” milik Wheeler mengimplikasikan bahwa fisika, khususnya fisika quantum, sebetulnya bukan soal realitas, tapi sekadar deskripsi terbaik kita tentang apa yang kita amati. Tak ada “dunia quantum”, yang ada adalah deskripsi terbaik tentang bagaimana segalanya tampak bagi kita. Seperti kata Niels Bohr, salah satu pendiri teori quantum: “Keliru jika berpikir bahwa tugas fisika adalah mencaritahu bagaimana Alam adanya. [Justru] fisika mewakili apa yang bisa kita katakan tentang Alam.”

Anton Zeilinger adalah Profesor Fisika di Universitas Wina. Gambar: Jaqueline Godany.

Anton Zeilinger, Direktur Institute for Quantum Optics and Quantum Information, menjelaskan: “Penafsiran saya [terhadap it from bit] adalah bahwa dalam rangka mendefinisikan realitas, kita harus memperhitungkan peran informasi: utamanya fakta bahwa apapun yang kita kerjakan dalam sains didasarkan pada informasi yang kita terima dengan suatu cara.”

Tapi bisakah kita beranjak selangkah lebih jauh? Bisakah kita menyebut realitas adalah informasi, bahwa keduanya adalah satu dan itu-itu juga? Zeilinger pikir tidak: “Tidak, kita [butuh] kedua konsep. Tapi pembedaan keduanya sangat sulit atas landasan yang ketat, dan mungkin ini memberitahu kita sesuatu.” Justru kita perlu memikirkan realitas dan informasi bersamaan, di mana yang satu mempengaruhi yang lain, dua-duanya tetap saling bersesuaian.

Barangkali jawabannya akan mengikuti pemahaman hebat Einstein dari seabad silam ketika dia menunjukkan bahwa Anda tak boleh membedakan ruang dan waktu, mereka adalah bagian dari konsep lebih luas: ruangwaktu. Dengan cara serupa, barangkali kita butuh konsep baru yang mencakup realitas maupun informasi, ketimbang fokus pada pembedaan keduanya.

Satu konsekuensi gamblang dari “it from bit” adalah pentingnya pengamat: realitas butuh pengamat. “Saya rasa [Wheeler] sangat radikal,” kata Zeilinger. “Dia bicara tentang alam semesta partisipatif, di mana pengamat tidak sekadar pasif, tapi dalam situasi tertentu mewujudkan realitas.”

Sebelum partikel quantum diamati, misalnya partikel tunggal di dalam kotak, ia berada dalam superposisi, terdapat di sejumlah lokasi berbeda sekaligus. Yang kita tahu (berkat solusi persamaan Schrödinger untuk sistem tersebut) hanyalah probabilitas bahwa kita akan menemukan partikel di salah satu dari banyak lokasi ini. Tapi begitu kita lakukan pengukuran, kita dapati ia di satu lokasi saja. Fisika quantum tidak mendeskripsikan realitas sebagaimana adanya, tapi sebagaimana diindera oleh pengamat. Itu tak bisa menjawab pertanyaan semisal “apa yang dikerjakan partikel selagi tak diamati?” (Anda dapat baca lebih banyak di sini.)

Tapi Wheeler lebih dari berpendapat kita hanya sanggup mendeskripsikan realitas lewat pengamatan. “Lebih dari itu,” kata Zeilinger. “Dia akan bilang tak ada realitas selain apa yang bisa diamati. Saya tak tahu apakah ini benar atau tidak, tapi saya suka keradikalan pendekatan ini.”

Ide ini mungkin radikal tapi ini bukan barang baru dalam filsafat. Pada 1710 silam, filsuf George Berkeley menulis, “ada” berarti “terindera” (“to be” means “to be perceived”). “Saya tak tahu apa Wheeler sudah sejauh itu,” kata Zeilinger. Dia justru menduga Wheeler percaya bahwa penganalisaan [definisi] informasi, dan maknanya, dapat mengajarkan realitas kepada kita.

Pesisir keketidaktahuan kita
“Kita tinggal di sebuah pulau yang dikelilingi lautan ketidaktahuan. Seiring tumbuhnya pulau kebertahuan kita, begitu pula pesisir ketidaktahuan kita.” John Wheeler, dari Scientific American (1992), Vol. 267.

Penaksiran “it from bit” milik Wheeler sangat penting dalam pengembangan gagasan modern tentang peran informasi dalam mekanika quantum. Ini telah memberi jalan-jalan baru kepada para teoris, filsuf, dan eksperimentalis untuk menggali pertanyaan yang menantang fisikawan quantum selama berdekade-dekade.

Peran pengamat sudah menjadi bidang perdebatan dalam fisika quantum. (Anda dapat baca lebih jauh di sini.) Dan alam semesta partisipatif menghadirkan lebih banyak lagi pertanyaan, contohnya: apa itu pengamat? Mayoritas fisikawan sependapat bahwa pengamat tak harus manusia, atau bahkan tak harus sadar. Pengukuran dan pengamatan berlangsung pada alat tak bernyawa: misalnya film fotografis yang mencatat kehadiran sebuah foton. Tapi jika pengamatan memang mewujudkan realitas, kenapa pengamatan kita semua bersepakat pada satu versi Alam Semesta?

Eksperimen celah ganda. Gambar teratas memperlihatkan pola interferensi yang dihasilkan oleh gelombang yang melintasi celah; gambar tengah menunjukkan apa yang akan Anda lihat bila partikel ditembakkan lewat celah; dan gambar terbawah memperlihatkan apa yang terjadi bila Anda menembakkan partikel semisal elektron lewat celah: Anda memperoleh pola interferensi gelombang, padahal elektron tercatat datang sebagai partikel.

Jika Wheeler benar dan realitas memang didasarkan pada jawaban terhadap pertanyaan ya/tidak, maka memahami bagaimana pengukuran ini berlangsung menjadi penting sekali. Tapi apa itu pengukuran? Ini pertanyaan sederhana dalam fisika klasik: pengukuran adalah pendaftaran/pencatatan kejadian di ruang fisikal dengan memakai suatu jenis alat. Pertanyaan “apakah objek terletak di titik x, ya atau tidak?” ada jawabannya, tanpa peduli pengamatan. Tapi dalam fisika quantum, sebagaimana sudah kita simak contoh partikel quantum di dalam kotak, pengukuran menjadi hal problematis. Apa yang terjadi saat kita melakukan pengukuran, dan apa itu pengukuran, adalah pertanyaan yang masih terbuka untuk diperdebatkan.

Tapi menurut Wheeler tak masuk akal membahas realitas sebelum pengukuran dilakukan: “Masa lalu tak punya bukti kecuali yang terekam di masa kini.” Contoh, dalam eksperimen celah ganda, entah itu versi standar ataupun eksperimen pilihan tertunda milik Wheeler, sebuah foton akan beraksi sebagai gelombang atau partikel tergantung pada bagaimana Anda memutuskan mengukurnya. Tak masuk akal menanyakan statusnya sebelum Anda melakukan pengukuran.

Dan bukan cuma sisi teoritis fisika quantum yang mengambil manfaat dari gagasan Wheeler. Zeilinger adalah seorang eksperimentalis dan menyebut “it from bit” milik Wheeler telah mempengaruhi pemikirannya dan kolega tentang perancangan eksperimen.

“Dia melontarkan tantangan hebat untuk pengembangan mekanika quantum yang amat penting,” kata Zeilinger. “Dalam beberapa poin, ide-idenya mungkin ternyata terlalu radikal—sekarang terlalu dini untuk memastikan. Tapi itulah proses sains! Dalam sains, penting sekali mempunyai pandangan radikal. Lalu saat pandangan ini mendapat tantangan, dan kita mengenali seberapa jauh kita bisa berjalan terus, terjadilah kemajuan. Seringkali, begitulah sains beroperasi.”

Sumber: SainStory