Advertisements

Mengenal Unifikasi: Salah Satu Prinsip Dasar Ilmu Fisika

1361698854

Sumber gambar: http://sciencepark.etacude.com/particle/unification2.php

Menurut (Alm) Prof. Muslim[1], jika “di-compress”, prinsip dasar ilmu fisika akan mengarah pada tiga hal, simetri, optimasi dan unifikasi. Dalam tulisan ini akan diuraikan lebih jauh mengenai prinsip ketiga, yaitu unifikasi. Namun, sebagai pendahuluan akan diuraikan sekilas mengenai simetri dan optimasi. Selamat membaca!

Prinsip Simetri[2] merujuk pada Noether’s theorem. Setiap simetri berasosiasi dengan hukum konservasi. Contoh: homogenitas waktu menimbulkan hukum konservasi energi, invarian translasi ruang menimbulkan hukum konservasi momentum, juga istropi ruang melahirkan hukum konservasi momentum angular, dan sebagainya.

Prinsip Optimasi[2] merujuk pada Hamilton’s principle of least action. Bahwa alam dalam setiap aktivitasnya selalu cenderung untuk meminimumkan aksinya. “Aksi” dalam literatur fisika di sini secara umum dapat berupa kuantitas apa saja yang berhubungan dengan fenomena fisika yang kita teliti. Ia dapat berupa kuantitas waktu, jarak, energi, atau apapun. Secara khusus, fenomena yang banyak dibahas dalam fisika adalah ketika kuantitas yang diminumkan adalah energi. Lebih jauh, persamaan gerak yang mengatur evolusi keadaan suatu sistem terhadap waktu, seperti persaman gerak Newton, Schrodinger, Dirac, Maxwell, dll dapat diturunkan dari prinsip ini. Bahkan, persamaan termodinamika juga bisa diturunkan dari prinsip ini.

***

Prinsip Unifikasi

Menurut Prof. Savas Dimopoulos[3], kesuksesan ilmu pengetahuan secara umum dan fisika secara khusus salah satunya karena berangkat dari sebuah prinsip yang diajukan oleh Wiliam of Ockham pada abad ke-14. Sebuah prinsip yang dikenal dengan the principle of minimalism yang berbunyi entia non sunt multiplicanda praeter necessitate atau dalam bahasa inggris entities must not be multiplied beyond necessity. Yang jika diterjemahkan kedalam bahasa sains berbunyi: theory should be as simple as possible. Bahwa sebuah teori itu harus dibuat sesederhana mungkin. Untuk mewujudkan prinsip Ockham itu, dalam fisika dikenal sebuah prinsip yang dinamakan prinsip unifikasi. Prinsip ini secara mudahnya mengandung arti sebuah fenomena atau sesuatu yang nampaknya berbeda sebenarnya sama dan sebuah satu kesatuan yang padu.

Unifikasi oleh Fisikawan Besar Inggris: Isaac Newton. Sejak zaman Aristoteles telah berkembang paham bahwa hukum (fisika) yang mengatur alam raya itu ada dua yaitu hukum fisika langit (Celestial) dan hukum fisika bumi (Terrestial). Hukum celestial cenderung membuat benda berputar (bulan dan planet-planet), sedangkan hukum terrestrial cenderung membuat benda jatuh (ke tanah) atau diam.

Hingga kemudian, pada tahun 1680-an, Newton bertahun-tahun bergulat dengan masalah hukum terrestrial dan celestial. Akhirnya sampai pada kesimpulan bahwa sesuatu yang menyebabkan apel jatuh adalah sesuatu yang juga menyebabkan bulan mengintari bumi. Ia berhasil menggabungkan kedua hukum fisika itu kedalam sebuah teori yang bernama: gravitasi universal.

Unifikasi oleh Fisikawan asal Skotlandia: James Clark Maxwell

Sejak zaman dulu, umat manusia telah mengenai fenomena kelistrikan dan kemagnetan. Terbukti bahwa sejak zaman Yunani purba, Thales dari Miletos juga Plato telah menulis hal ihwal prilaku kelistrikan juga kemagnetan di alam. Pada awal perkembangannya, kelistrikan dan kemagnetan berkembang sendiri-sendiri. Kelistrikan berhubungan dengan baterai, arus, lampu dan semcamnya. Sedangkan kemagnetan identik dengan batangmagnet, kompas, kutub utara-selatan. Memang seakan satu dan yang lainnya tidak berhubungan sama sekali. Terobosan terjadi di sekitar tahun 1820 oleh fisikawan Denmark, Hans C. Oerstedt (1777-1851). Di universitas Kopenhagen, saat musim dingin 1820 dalam kuliahnya ia berhasil menunjukkan bahwa arus listrik memengaruhi jarum magnet seperti yang dilakukan oleh batang magnet. Temuannya ini segera menyentakkan kesadaran para ilmuan pada keterkaitan dua gejala alam itu.

Tahun-tahun berikutnya adalah tahun-tahun dimana para ilmuan berjibaku menyusuri lorong-lorong rahasia keterkaitan antara dua gejala alam itu. Fisikawan seperti Ampere, Faraday, Gauss juga Henry saling serah-terima tongkat estafet dalam membuktikan keterhubungan keduanya dengan hukum-hukum yang mereka formulasikan. Dan pada akhirnya, kesemua temuan itu berhasil dipadukan oleh fisikawan sekaligus matematikawan asal Skotlandia, James Clark Maxwell. Dengan pena-nya lah ia merumuskan empat persamaan indah yang menggambarkan pemanunggalan listrik dan magnet—persamaan Maxwell. Dan jika ingin lebih detail, sebenarnya ia telah berhasil me-unifikasi tiga fenomena: listrik, magnet dan cahaya. Tiga fenomena yang nampak berbeda dapat dipadukan menjadi sebuah teori tunggal bernama: elektromagnetisme.

Unifikasi oleh Glashow-Wienberg-Salam

Memasuki abad 20, fisikawan berhasil mendapat gambaran bahwa ada dua gaya fundamental lain (selain gravitasi dan electromagnet—yang mereka sudah sangat familiar) yaitu gaya inti lemah (weak force) dan gaya inti kuat (strong force). Gaya inti lemah berperan dalam proses peluruhan radioaktif (sinar betha dan sebagainya). Gaya ini lebih lemah daripada elektromagnetik. Sedangkan gaya inti kuat berperan dalam mengikat sejumlah proton dan neutron di dalam inti atom. Gaya ini jauh lebih besar ketimbang gaya repulsive electrostatic antar proton-proton. Maka wajarlah mereka dinamai, weak force dan strong force.

Dengan berkembangnya teori medan kuantum, fisikawan semakin bersemangat menggabungkan keseluruh gaya fundamental yang ada. Karena dipahami bahwa gaya nuklir lemah dan nuklir kuat dapat dideskripsikan dengan teori medan kuantum, maka akhirnya pada 1960-an, Glashow-Wienberg dan Salam berhasil menggabungkan weak force dengan electromagnetic force. Lahirlah model standar yang juga kerap disebut: Electroweak force.

Tantangan yang dihadapi oleh fisikawan sekarang adalah, bagaimana (dapatkah) menggabungkan keempat gaya tersebut kedalam sebuah teori. Telah banyak upaya untuk menuju kesana. Sebelum menggabungkan keempatnya, fisikawan mencoba menggabungkan antara electroweak denga strong force, yang dewasa ini dikenal dengan nama GUT (Grand Unified Theory). Namun, sampai saat ini teori tersebut masih belum well-established. Jika GUT sudah dapat direkonstruksi, maka langkah selanjutnya adalah me-unifikasinya dengan gravitasi. Teori yang walaupun belum terwujud, namun fisikawan sudah memiliki nama untuknya: ToE (Theory of Everything). Sebuah nama yang terdengar amat ambisius bahkan (menurut saya) misleading, karena teori tersebut memang tidak akan bisa menjelaskan segala hal. Beberapa fisikawan lain lebih sering menyebutnya dengan teori kuantum gravitasi.

Apakah hukum fisika yang kita kenal sekarang itu merupakan bentuk yang paling sederhana dari apa yang ditunjukkan alam semesta, ataukah ada bentuk yang lebih sederhana lagi yang berarti unifikasi keempat gaya fundamental itu bisa dilakukan? Sejarah masa depanlah yang akan mencatatnya.

Referensi:

  1. Prof. Muslim (alm) adalah Guru Besar Fisika UGM, merupakan salah satu fisikawan besar yang dimiliki Indonesia.
  2. Untuk mengetahui lebih jauh mengenai simetri dan optimasi, silakan rujuk Skripsi S1 Dr. Miftachul Hadi (Peneliti LIPI, alumni Universitas Brawijaya) mengenai Simetri dan Kekekalan.
  3. Prof. Savas adalah professor fisika partikel di Stanford University, USA. Peraih J.J Sakurai Prize dan (bersama Howard Georgi) berhasil merekonstruksi sebuah teori yang dikenal Supersymmetric Standard Model. Beliau juga dikenal sebagai peletak ide dasar Dimensi Ekstra.

Iqbal Robiyana, http://www.fisikanet.lipi.go.id/

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: