Theory of Everything: Satu Teori untuk Menjelaskan Segalanya – Bagian 2

Artikel ini merupakan lanjutan dari Theory of Everything: Satu Teori untuk Menjelaskan Segalanya – Bagian 1

String Theory (Teori Dawai)

Pada dekade berikutnya, muncul teori baru yang menjadi kandidat kuat theory of everything, yaitu string theory (teori dawai). Ide dasar string theory cukup sederhana: partikel-partikel elementer yang kita kenal seperti elektron, quark, neutrino, dll. sebenarnya bukanlah partikel. Mereka adalah string (dawai) yang berukuran sangat kecil sehingga terlihat sebagai titik. Ya, dawai yang dimaksud adalah seperti dawai/senar di gitar. String tersebut dapat bergetar/berosilasi pada frekuensi yang berbeda-beda, bergantung pada ukurannya. Getaran tersebut menentukan partikel apa yang direpresentasikan oleh setiap string. Misalnya, string yang bergetar dengan cara tertentu merupakan elektron, sedangkan yang bergetar dengan cara lainnya adalah quark. Semua partikel elementer yang ditemukan pada abad ke-20 terbentuk dari string yang sama, hanya saja mereka bergetar dengan cara yang berbeda-beda.

Ide tentang string theory memang tidak langsung diterima oleh para ilmuwan. Namun, teori ini mampu menjelaskan gaya-gaya fundamental yang ada di alam (di antaranya gravitasi, elektromagnet, gaya nuklir kuat, dan gaya nuklir lemah) dengan baik. Gaya nuklir kuat dan lemah hanya bekerja di dalam inti atom. Gaya nuklir kuat (strong nuclear force) berfungsi untuk menjaga inti atom tetap utuh. Inilah alasan mengapa inti atom tetap stabil meskipun di dalamnya terdapat banyak proton. Sebagai contoh, besi (Fe) yang memiliki 26 proton di intinya seharusnya tidak stabil akibat gaya tolak-menolak antar-proton. Gaya nuklir kuatlah yang mengikat inti besi tetap utuh. Sementara itu, gaya nuklir lemah (weak nuclear force) secara normal tidak melakukan apapun. Namun, jika cukup kuat, gaya tersebut dapat membuat inti atom bersifat radioaktif.

4 force particles.jpg
Beberapa contoh partikel elementer dan empat gaya fundamental.
Sumber: Image

Theory of everything harus mampu menjelaskan keempat gaya fundamental tersebut. Gaya nuklir kuat, gaya nuklir lemah, dan elektromagnet telah berhasil disatukan oleh fisika kuantum. Setiap gaya fundamental memiliki partikel yang khusus membawa gaya tersebut. Namun, partikel yang bertugas untuk membawa gravitasi belum ditemukan. Beberapa ilmuwan berpikir bahwa partikel tersebut adalah “graviton”. Graviton mungkin tidak memiliki massa, berputar dengan cara tertentu, dan bergerak dengan kecepatan cahaya. Di sinilah string theory berperan penting. Teori tersebut mampu mendeskripsikan satu string yang memiliki sifat seperti graviton. Hasilnya, pada pertengahan 1980-an para ilmuwan menjadi sangat tertarik terhadap string theory. Sayangnya, teori ini pun masih memiliki masalah.

Masalah pertama adalah para ilmuwan belum memahami string theory secara mendetail. Kedua, string theory mengharuskan kita meyakini bahwa alam semesta yang kita tinggali terdiri dari 26 dimensi agar perhitungan matematikanya konsisten dengan hal-hal yang telah kita ketahui tentang alam semesta. Versi yang lebih maju, dikenal sebagai “superstring theory”, mampu mengurangi jumlah dimensi menjadi 10 saja, tapi ini masih jauh lebih banyak dari 4 dimensi yang kita kenal.

5 hqdefault.jpg
Mungkin segala hal yang kita kenal semuanya terbuat dari string.
Kredit: www.cam.ac.uk/Johnny Settle – CC BY 3.0

Masalah-masalah tersebut membuat para ilmuwan tidak yakin dengan string theory dan membuat mereka mempelajari teori lain yang disebut “loop quantum gravity”. Ini bukan upaya untuk mencari teori menyeluruh tentang fisika partikel, melainkan hanya fokus untuk mencari teori gravitasi dari sudut pandang fisika kuantum. Teori loop quantum gravity mengusulkan bahwa ruang-waktu dapat dibagi menjadi bagian-bagian kecil. Jika dilihat dari jauh, ruang-waktu terlihat seperti lembaran yang halus. Tapi jika dilihat dari dekat, ruang-waktu terlihat seperti titik-titik yang dihubungkan oleh garis-garis atau loops. Jalinan garis-garis tersebut digunakan untuk menjelaskan gravitasi. Namun, ide ini masih membingungkan dan memiliki masalah yang sama seperti string theory: tidak ada bukti kuat secara eksperimen.

Alam Semesta yang Tidak Satu (Multiverse)

Terlepas dari segala masalah yang dimilikinya, string theory masih terlihat menjanjikan. String theory yang populer pada tahun 1980-an sebenarnya memiliki 5 versi yang berbeda. Pada tahun 1995, para ilmuwan menyadari bahwa sebenarnya 5 versi tersebut berasal dari 1 hal yang sama, hanya saja dilihat dari sudut pandang yang berbeda-beda. Hal ini mengarah pada penemuan M-theory yang merupakan versi lebih baru dari string theory dan mengakomodasi versi-versi sebelumnya.  Namun, M-theory tidak menawarkan satu teori untuk menjelaskan segalanya. Terdapat 10 pangkat 500 teori yang konsisten dan mampu menjelaskan alam semesta. Meskipun terlihat aneh, M-theory mengantarkan kita pada satu kesimpulan yang tidak terduga. Alam semesta yang kita tinggali (universe) hanyalah satu dari banyak alam semesta yang disebut multiverse.

6 planck16-001a.jpg
String theory mengusulkan bahwa multiverse itu nyata.
Kredit: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)

Pada awalnya, multiverse terlihat seperti gelembung-gelembung besar yang memiliki ukuran dan bentuk yang berbeda-beda. Setiap gelembung mengembang dan membentuk alam semestanya (universe) sendiri. Kita berada di salah satu dari banyak gelembung tersebut. Dalam gelembung yang sama berlaku hukum-hukum fisika yang sama. Tapi untuk gelembung yang berbeda hukum-hukum fisika yang berlaku juga berbeda. Hal ini mengantarkan kita pada kesimpulan yang aneh. Jika string theory adalah teori terbaik untuk menggabungkan teori relativitas umum dan fisika kuantum, maka string theory adalah theory of everything sekaligus bukan theory of everything. Ini karena string theory memberikan deskripsi sempurna tentang alam semesta kita tapi sekaligus menyatakan bahwa ada banyak alam semesta yang masing-masingnya unik. Artinya, kita tidak bisa mengharapkan terdapat satu theory of everything yang unik.

Mengapa teori-teori yang diusulkan untuk menemukan theory of everything selalu menemui masalah? Mungkin karena kita masih belum tahu banyak hal. Ini seperti kita berusaha memahami suatu fenomena besar tapi kita baru bisa mengamati bagian kecil dari fenomena tersebut. Masih diperlukan penelitian yang mendalam untuk dapat menemukan dan memahami bagaimana sebenarnya alam semesta kita bekerja.

Referensi:

  1. http://www.bbc.com/earth/story/20150409-can-science-ever-explain-everything
  2. Green, Brian. 1999. The Elegant Universe: Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory. New York: W. W. Norton & Company

Penulis: Irham Taufik Andika
Editor: Fathin Qurratu Ainy

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