Alam Semesta Kita Bukan Berdimensi Empat

 

sumber gambar : HiTekno.com

Ide penulisan ini saya dapatkan dari kuliah umum Pak Fredy P.Zen seorang professor fisika teoritik di Institut Teknologi Bandung. Kuliah umum ini dilaksanakan empat tahun yang lalu. Saya juga sudah menonton kuliah umum ini beberapa kali di youtube channel Institut Teknologi Bandung. Disini saya akan membahasakan ulang apa yang saya peroleh dari kuliah umum Pak Fredy dengan tanpa memasukkan rumus. Seperti kata Stephen Hwaking “Dengan memasukkan rumus dalam buku saya akan menurunkan penjualannya sebesar 50%”. Tulisan ini dibuat ringan  untuk masyarakat luas. Selamat membaca, semoga bermanfaat.

Saya akan mulai dengan pertanyaan berikut: alam semesta bukan berdimensi empat? Ya memang bukan empat tetapi hanya tiga saja, yaitu panjang, lebar, dan tinggi. Maksud saya bukan begitu, alam semesta bukan berdimensi empat karena ada indikasi bahwa alam semesta berdimensi lebih dari empat.

Mungkin sampai saat ini banyak orang yang mengatakan bahwa manusia (kita dengan objek yang lain) hidup di tiga dimensi. Ide ini tidak salah juga karena dalam pengamatan kita sehari-hari memang seperti itu kenyataannya. Sekilas kita melihat bahwa kita hanya bisa bergerak dalam dimensi yang kita sebut panjang, lebar, dan tinggi. Kalo ada yang mengatakan bahwa waktu termasuk salah satu dimensi kita akan bertanya apakah kamu bisa bergerak dalam waktu? Artinya bisa bergerak ke masa depan atau ke masa lalu. Sebelum menjawab ini saya akan bercerita sedikit mengenai sejarah.

Ide tentang waktu merupakan sebuah dimensi muncul setelah kehadiran dua postulat Albert Einstein dalam teori relativitas khusus. Teori relativitas khusus sendiri  merupakan ide Einstein tentang bagaimana cara kita memahami objek yang bergerak dengan kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya. Akibat dari kedua postulat tersebut, kita harus memahami bahwa ruang waktu adalah relatif dan kecepatan cahaya adalah mutlak. Ruang menjadi relatif adalah sesuatu yang kemudian ada dalam fenomena kontraksi panjang. Panjang sebuah benda bisa menjadi lebih pendek ketika diamati oleh pengamat yang bergerak dengan kecepatan relativistik (kecepatan mendekati kecepatan cahaya). Waktu menjadi relatif adalah sesuatu yang kemudian ada dalam fenomena dilatasi waktu. Lonceng yang diamati oleh pengamat yang bergerak dengan kecepatan relativistik akan lebih pelan berdetak dibandingkan oleh pengamat yang diam terhadap lonceng tersebut. Fenomena dilatasi waktu ini kemudian berkembang kepada apa yang disebut paradoks kembar. Apabila ada dua orang kembar dimana salah satu kembarnya pergi menggunakan pesawat ke luar angkasa. Pada saat saudara kembar kembali ke bumi Ia akan mendapati bahwa saudara kembarnya yang di bumi telah memiliki usia yang jauh diatasnya. Paradoks kembar sendiri telah dibuktikan kebenarannya sehingga sebetulnya masalah ini bukan lagi sebuah paradoks tetapi memang kenyataan terjadi. Dari ide ini, orang kemudian berpikir apakah kita bisa bergerak ke masa depan atau masa lalu?

Sayangnya fenomena dilatasi waktu dalam teori relativitas khusus sendiri tidak bermaksud untuk menunjukkan bahwa kemungkinan adanya perjalanan dalam waktu namun dilatasi waktu dalam teori relativitas khusus ingin menunjukkan bahwa waktu itu seperti sebuah karet yang bisa memelar. Dengan ini kemudian waktu termasuk salah satu dimensi yang tidak bisa dipisahkan dari ruang. Pada tahun 1907, Herman Minkowski seorang matematikawan Jerman mengungkapkan karya Lorentz dan Einstein kedalam sebuah diagram yang memasukkan waktu sebagai dimensi keempat. Diagram Minkowski ini kemudian disebut diagram ruang-waktu.  

Lalu apakah fisika sendiri tidak mengizinkan perjalanan ke masa lalu atau ke masa depan? Nah untuk pertanyaan ini mungkin akan saya jawab di tulisan saya berikutnya karena tulisan ini dibuat untuk menjawab pertanyaan tentang dimensi alam semesta. 

Dari teori relativitas khusus kita sudah tahu bahwa kita hidup di dimensi empat. Namun, dalam perkembangannya dimana para Fisikawan ingin menggabungkan interaksi-interaksi di alam semesta, ide tentang ekstradimensi dimunculkan. Pada tahun 1921 Theodore Kaluza mengajukkan model untuk menggabungkan interaksi elektromagnetik ke dalam teori relativitas umum. Idenya disempurnakan oleh Oscar Klein tahun 1926. Mereka mengklaim bahwa ide mereka hanya dapat bekerja dalam ruang-waktu lima dimensi, dimana dimensi kelima merupakan dimensi ekstra. Dimensi ekstra ini tidak dapat dilihat secara langsung karena dimensi ini dikompaktifikasi/dikonsetrasikan dalam sebuah lingkaran kecil berenergi tinggi. (kalo susah dibayangkan, ingat kata Abdur: sudah percaya saja wkwkwk)

Sebelum kita lanjut, untuk memudahkan dalam membayangkan dimensi ekstra bisa dengan cara ini. misalkan ada semut yang hidup hanya dalam dua dimensi sedangkan temannya kupu-kupu hidup di tiga dimensi karena bisa terbang wkwwk. Jika saat mereka berhadapan kemudian si kupu-kupu terbang atau masuk ke dimensi yang ke-tiga maka semut tidak bisa melihat kupu-kupu lagi karena semut hanya hidup dalam dimensi dua. Kira-kira begini yah cara mudah membayangkan dimensi ekstra. Ini sebetulnya ilustrasi yang diberikan pak Fredy. Dari ilustrasi ini saya kemudian berpikir, jangan-jangan hantu itu juga hidup dimensi ekstra sehingga kita kadang bisa lihat hantu ketika hantu turun ke dimensi yang lebih kecil yaitu dimensi kita tetapi ketika hantu kembali ke dimensinya yang lebih tinggi maka kita tidak dapat melihatnya. Hal ini masuk akal bagi saya karena saya pernah membaca sebuah tulisan berita yang mengatakan bahwa mesin pencari partikel yang bernama LHC di CERN tidak menemukan indikasi adanya hantu. Yah memang mungkin saja ini karena dimensi ekstra ini. butuh penelitian lebih lanjut sih.

Oke kita lanjut!

Perkembangan selanjutnya datang dari benua Amerika. Dalam usaha menggabungkan teori kuantum dan teori relativitas umum, untuk mencapai theory of everything( teori segalanya). Edward Witten dan teman-temannya membangun sebuah teori yang dinamakan teori M. Teori ini merupakan penyempurnaan dari ide tentang model string (dawai) yang dianggap merupakan struktur terkecil dari materi. Sehingga kadang teori M sendiri disebut teori string. Teori M bekerja dalam 11 dimensi. Dengan teori M empat interaksi dasar dapat digabung menjadi satu dalam sebuah model. Sekarang kepala anda lebih berkerut kan. Masa dimensi bisa sampai 11. Berkaitan dengan hal ini dosen saya pernah mengatakan apa yang belum terdeteksi oleh indera kita belum tentu tidak ada, mungkin saja ada hanya peralatan percobaan kita belum bisa mendeteksinya.

Sampai pembahasan ini, ide ekstradimensi hadir karena tuntutan matematika supaya model yang diinginkan bisa terbentuk. Belum ada percobaan yang membuktikan bahwa apakah model ini memang menjelaskan cara kerja alam. Ide ekstradimensi kemudian digunakan oleh Randall dan Sundrum pada tahun 1999 untuk menjelaskan masalah hirarki. Masalah hirarki berkaitan dengan pertanyaan kenapa belum pernah ditemukan dalam percobaan partikel yang memiliki energi antara 10³ GeV- 10¹⁹ GeV. Ide ekstradimensi ini juga berguna dalam menjelaskan bagaimana materi gelap dan energi gelap bekerja dalam alam semesta. Perlu diketahui bahwa alam semesta kita ini 68% energi gelap, 27% materi gelap, dan 5% materi yang bisa kita amati. Materi gelap dan energi gelap belum bisa diamati saat ini namun efek dari keduanya membuat alam semesta terus mengembang.

Dalam ide ekstradimensi, kita tidak dapat melihat dimensi yang lebih tinggi karena dimensi yang lebih tinggi berada dalam energi yang lebih tinggi. Uniknya dalam ide ini gravitasi bisa hadir dalam semua dimensi sehingga walaupun materi gelap dan energi gelap hidup dalam dimensi yang lebih tinggi dimana kita belum bisa mengamati mereka namun mereka masih tetap bisa berinteraksi dengan kita yang hidup di dimensi lebih rendah karena gravitasi menembus semua dimensi. Fisikawan meyakini bahwa pada saat awal alam semesta terbentuk dengan energi yang begitu besar,  dimensi alam semesta juga tinggi. Seiring berjalannya waktu dimana energi alam semesta berkurang hingga sekarang maka dimensi juga turun hingga menjadi dimensi empat dalam pengamatan kita.

Saat ini usaha untuk membuktikan keberadaaan ekstradimensi masih terus dilakukan di CERN yang berada di negara Swiss dengan menggunakan pemercepat partikel yang bernama LHC ( Large Hadron Collider). Energi yang bisa dikumpulkan oleh mesin LHC baru mencapai sekitar 1300 GeV masih sangat jauh dari energi awal alam semesta 10¹⁹ GeV. Diperlukan biaya yang lebih besar untuk membangun mesin LHC sehingga dapat mencapai energi awal alam semesta. Saya pikir jika semua negara di dunia mau menyumbangkan uang untuk pembangunan mesin ini maka mesin impian tersebut sangat mungkin untuk ada. Karena kemajuan dalam ilmu pengetahuan akan sangat bermanfaat bagi kita semua.

 

Tweet

Subscribe to receive free email updates: