Gravitasi dan Mekanisme Alam
Pada masa-masa permulaan, jutaan triliun nukleoaktivitas terbentuk di sepanjang kolong langit dengan berbagai ukuran. Merekalah cikal bakal semua benda langit, mulai dari planet, satelit, sampai pada galaksi yang paling besar. Reaksi-reaksi pada selubung nukleoaktivitas menyebabkan evolusi pada wajah jagat raya. Pada awalnya, selubung itu berbentuk plasma dengan temperatur yang luar biasa panas seperti pada permukaan bintang.
Cahaya dan gelombang elektromagnetik yang terlepas dari reaksi fusi dan fisi bisa bergerak leluasa dalam media plasma, sehingga akhirnya tercerai-berai ke segala penjuru, yang salah satunya sampai ke bumi. Oleh pengamat di bumi, panjang gelombang cahaya tampak ditangkap retina mata, sehingga tampaklah benda langit itu bersinar.
Evolusi
Produksi partikel terjadi terus-menerus sehingga selubung akan semakin membesar dan terus membesar. Pada suatu jarak tertentu, hantaran panas semakin dipersulit, menyebabkan lapisan itu mendingin. Pendinginan itu membuat evolusi bentuk selubung dari plasma menjadi lebih padat. Semakin banyak produksi partikel semakin banyak pula pemadatan terjadi. Ini membuat bintang yang semula bisa dengan mudah diamati dari bumi, menjadi semakin redup, hingga akhirnya mati. Bintang yang mati itu kemudian kita kenal sebagai planet, satelit, dan asteroid.
Nukleoaktivitas terdapat pada pusat setiap partikel antariksa. Nukleoaktivitas memiliki tungku energi yang menjadikan planet-planet mandiri dalam interaksi dengan sekitarnya. Planet memiliki energi untuk mempertahankan diri terhadap tarikan gravitasi, sehingga mereka bisa bertahan terhadap matahari. Interaksi terjadi karena tarik-menarik gelombang antarnukleoaktivitas yang ekuivalen dengan potensial masing-masing. Apabila V1 adalah potensial pada nukleoaktivitas pertama, dan V2 adalah potensial pada nukleoaktivitas kedua, maka interaksi antara keduanya adalah perkalian antara V1 dan V2. Kecenderungan nukleoaktivitas menarik gelombang-gelombang yang ada di sekitarnya seperti garam yang menyerap air yang ada di sekitarnya (gerak osmosis). Simulasi sederhana gerak osmosis adalah interaksi paling sederhana, dan semua interaksi alami terbentuk dari konfigurasi interaksi-interaksi sederhana tersebut.
Sistem Pesan
Dalam mekanika kuantum, interaksi merupakan hubungan gaya-gaya yang dipancarkan dalam bentuk kuanta-kuanta secara bolak-balik. Partikel materi atau fermion memiliki suatu sistem komunikasi yang berpindah-pindah diantara partikel-partikel tersebut, yang menyebabkan mereka berkelakuan dan berubah menurut cara-cara tertentu. Komunikasi antar fermion dibawa oleh sejenis partikel yang disebut boson. Para fisikawan mendefinisikan adanya empat gaya di alam, yang saling terkait satu sama lain, tapi belum diketahui bagaimana persisnya. Mereka antara lain gaya kuat, gaya lemah, elektromagnetisme, dan tentunya gravitasi. Kita memiliki sistem komunikasi dalam empat layanan yang berlainan: telepon, faksimili, ponsel, dan internet. Tidak semua orang akan mengirim dan menerima pesan dan saling mempengaruhi dengan menggunakan keempat layanan tersebut sekaligus, sedangkan keempat layanan tersebut sebetulnya berasal dari sebuah sistem yang sama. Maka tidaklah salah jika membayangkan sistem pesan antarpartikel sebagai empat layanan seperti itu.
Gaya kuat bertanggung jawab atas pengikatan nukleon-nukleon menjadi inti atom, dengan boson bernama gluon. Gaya inilah yang terkuat diantara gaya-gaya yang lain dan berlaku pada jarak yang sangat dekat. Gaya lemah bertanggungjawab dalam peristiwa peluruhan radioaktif, dengan perantaranya boson W- dan Z0. Elektromagnetisme bertanggungjawab dalam ikatan-ikatan kimia serta berbagai peristiwa dalam reaksi kimia, dengan boson bernama foton. Foton menghubungkan komunikasi antara proton-proton dalam inti atom dengan elektron-elektron yang mengelilinginya. Gaya ini menyebabkan elektron mengelilingi inti atom. Dalam kehidupan sehari-hari, yang jauh lebih besar daripada skala partikel subatomik, foton-foton muncul sebagai cahaya tampak. Yang terakhir adalah gravitasi, yang bertanggung jawab atas keselarasan dan keseimbangan benda-benda antariksa. Diduga ada boson bernama graviton, yang tak berbobot, yang bertanggung jawab menjadi agen gravitasi.
Kegiatan keempat gaya tersebut menimbulkan semua interaksi diantara materi dalam jagat raya ini. Tanpa keberadaan mereka, materi-materi akan berada dalam keadaan terpencil, tanpa mekanisme untuk saling berhubungan dan saling mempengaruhi. Dengan kata lain, tidak ada suatu peristiwa yang dapat terjadi tanpa campur tangan mereka. Memahami mereka selengkapnya berarti memahami asas-asas yang mendasari semua yang terjadi di semesta ini. Untuk itu, fisikawan modern mengembangkan model standar. Model standar telah menggabungkan tiga dari empat gaya yang ada menjadi sebuah Grand Unification Theory. Namun sayangnya, mereka sama sekali melupakan gravitasi.
Para fisikawan membayangkan gravitasi yang menambatkan tubuh kita ke bumi sebagai pesan yang dibawa graviton, antara materi-materi dalam tubuh kita dengan materi bumi. Mereka tidak begitu kesulitan menyatukan gaya kuat dan gaya lemah, gaya lemah dan elektromagnetisme, ataupun gaya kuat dan elektromagnetisme, namun mereka sama sekali tidak bisa mengikutsertakan gravitasi. Ada apa ini?
Percobaan-percobaan
Newton, dalam percobaan tentang gravitasi, menggantungkan beberapa bola pendulum dengan tali sepanjang 11 kaki. Beliau mengamati seolah-olah pendulum-pendulum itu saling berinteraksi, dengan cara memelintirkan tali-talinya. Ketika itu orang-orang sepakat bahwa di dalam setiap jengkal jarak terdapat semacam partikel yang sangat halus dan sempurna. Aristoteles menyebutnya eter, yang kemudian digunakan Descartes dalam vorteks. Namun Newton meyakinkan diri bahwa aksi pada jarak sama sekali tidak memerlukan eter. Beliau lebih memerlukan aksi pada jarak yang murni. Aksi pada jarak dalam gravitasi kemudian direduksi oleh Einstein sebagai semata akibat kelengkungan ruang-waktu. Sekarang gravitasi telah dikembangkan sedemikian rupa dalam Relativitas Umum sebagai bagian yang sama sekali berbeda dari interaksi-interaksi yang lain.
Newton meyakini bahwa gravitasi berlaku umum di jagat raya ini, di langit, di bumi, dan di mana saja asalkan masih termasuk alam. Ia menyatakan bahwa apel yang jatuh dari pohonnya di taman—yang ia saksikan dari jendela kamarnya ketika ia mendapatkan inspirasi gravitasi, bulan yang mengorbit bumi, komet yang melintasi beberapa tata surya, dan sebagainya, disebabkan oleh gravitasi. Sebelum itu hanya hukum-hukum Kepler yang dianggap mampu menjelaskan fenomena tersebut. Dan gravitasi sangat cocok dengan hukum-hukum tersebut.
Bayangkan gravitasi dalam kehidupan sehari-hari. Seandainya Anda ditanya, seberapa kuat gravitasi tersebut? Anda mungkin akan menjawab: luar biasa kuat. Jawaban ini tentunya keliru, karena sejauh ini gravitasi adalah gaya yang paling lemah diantara keempat gaya yang diyakini keberadaannya oleh para fisikawan. Gravitasi yang tampak begitu mencolok dalam kehidupan sehari-hari adalah gabungan gravitasi dari semua partikel yang ada di tubuh raksasa bumi. Diperlukan instrumen yang sangat peka untuk mendeteksi adanya gaya tarik-menarik yang sangat lemah antara benda-benda kecil yang kita jumpai sehari-hari.
Newton menemukan hukum-hukum yang menjelaskan bagaimana kerja gravitasi dalam situasi dan kondisi yang kurang-lebih normal. Benda-benda di jagat raya ini tidak benar-benar diam. Benda-benda tersebut tidak duduk tenang sampai ada gaya yang datang untuk mendorong atau menariknya, serta kemudian menggelinding dan duduk tenang lagi. Sesungguhnya sebuah benda yang tak diusik akan melanjutkan gerakannya dalam sebuah garis lurus tanpa mengubah laju geraknya. Paling baik jika kita membayangkan bahwa semua benda dalam jagat raya ini bergerak. Kita dapat mengukur lajunya dan arah geraknya dengan membandingkan ia dengan objek-objek lain, tetapi tidak dapat membandingkannya ke suatu keadaan diam mutlak. Ini adalah prinsip relativitas.
Misalnya, seandainya bulan satu-satunya benda di angkasa, ia tidak akan diam saja, melainkan bergerak dalam satu garis lurus tanpa mengubah lajunya. Tentu saja jika bulan satu-satunya benda di angkasa, tidak ada cara bagi kita (atau pengamat pada umumnya) untuk mengatakan bahwa bulan bergerak lurus, karena tidak ada benda lain untuk dibandingkan dengan gerakan bulan. Namun, bulan ternyata tidak sendirian. Sebuah gaya yang dikenal sebagai gravitasi bekerja terhadap bulan untuk mengubah laju dan arah geraknya. Gaya gravitasi tersebut datang dari bumi. Bulan berusaha menolak perubahan tersebut, agar ia tetap bergerak menurut garis lurus. Namun, kekuatannya lebih kecil dari bumi, sehingga ia terpaksa bergerak mengelilingi bumi. Sementara itu, gravitasi bulan juga mempengaruhi bumi. Hasil yang paling jelas adalah fenomena pasang-surut pantai.
Newton menyatakan bahwa banyaknya massa yang dimiliki sebuah benda mempengaruhi kuat-lemahnya tarikan gravitasi antara benda itu dan benda lain. Bila faktor-faktor yang lain tetap sama, makin besar massa itu, akan makin besar tarikannya. Seandainya massa bumi dua kali massa sekarang ini, tarikan gravitasinya terhadap bulan pasti juga akan dua kali sekarang ini. Setiap perubahan massa, baik dari bumi maupun dari bulan, akan mengubah kekuatan gravitasi diantara mereka. Newton juga menemukan bahwa semakin jauh benda-benda itu terpisah, maka akan semakin lemah tarikan gravitasi diantara mereka. Jika bulan berada pada jarak dua kali jaraknya yang sekarang dari bumi, tarikan gravitasi antara bumi dan bulan hanya akan sebesar seperempat dari tarikan sekarang ini.
Gravitasi Newton adalah sebuah teori yang baik. Selama 200 tahun setelah masa beliau, teori tersebut tidak perlu diubah. Sekarang kita masih menggunakannya, meskipun sekarang kita tahu bahwa teori itu tidak berlaku dalam beberapa situasi, umpamanya seperti bila gaya gravitasi tersebut menjadi sangat kuat, misalnya di dekat lubang hitam, atau bila benda-benda bergerak dengan laju mendekati kecepatan cahaya.
Pada awal abad 20, Einstein melihat adanya masalah dengan teori Newton. Seperti yang telah diketahui bahwa kuat gravitasi antara dua benda tergantung dari jarak yang memisahkan mereka. Jika ini benar, maka seandainya seseorang mengambil matahari dan menggerakkannya lebih jauh dari bumi, gaya gravitasi antara bumi dan matahari akan berubah dalam sekejap. Mungkinkah itu? Dalam Relativitas Einstein dikatakan bahwa laju rambat cahaya akan selalu tetap besarnya, dimanapun Anda berada di jagat raya ini atau bagaimanapun gerak Anda. Berdasar perhitungannya, Einstein menyimpulkan bahwa tidak ada benda yang mampu bergerak melebihi kecepatan cahaya, kecuali partikel-patikel yang menyusun cahaya itu sendiri. Cahaya matahari memerlukan sekitar 8 menit untuk bisa mencapai bumi. Maksudnya, kita selalu melihat matahari dalam keadaannya pada 8 menit yang lalu. Jadi, jika matahari digerakkan menjauh, kita yang ada di bumi tidak akan tahu apa yang sedang terjadi dan tidak akan merasakan pengaruh apapun dalam waktu 8 menit tadi. Selama 8 menit, kita akan terus beredar mengitari matahari, seolah-olah matahari tidak bergeser. Dengan kata lain, pengaruh gravitasi suatu benda terhadap benda lain tidak dapat berubah dalam waktu sekejap, karena menurut Einstein gravitasi tidak dapat bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya. Informasi tentang seberapa jauh matahari digeser tidak dapat bergerak dalam sekejap melintasi ruang. Informasi itu tidak bisa bergerak dengan kecepatan melebihi 300.000 kilometer setiap detik.
Implikasi relativistik jelas bahwa bila kita berbicara mengenai benda-benda yang bergerak dalam jagat raya ini, tidaklah realistis untuk berbicara hanya dalam tiga dimensi ruang. Jika tidak ada informasi yang dapat merambat lebih cepat dari laju rambat cahaya, benda-benda yang berjarak sangat jauh tidak ada bagi kita ataupun kita bagi mereka, tanpa suatu faktor waktu. Menjelaskan alam raya dalam tiga dimensi sama tidak memadainya seperti menggambarkan kubus dalam dua dimensi. Akan jauh lebih berarti jika kita memasukkan dimensi waktu, dan mengakui bahwa sebenarnya ada empat dimensi di semesta ini.
Einstein menghabiskan waktu bertahun-tahun untuk mencoba mencari suatu teori gravitasi yang sesuai dengan teori yang telah ditemukannya mengenai cahaya dan gerakan pada kecepatan mendekati laju rambat cahaya. Pada tahun 1915, ia memperkenalkan Relativitas Umum. Beliau meminta kita untuk membayangkan gravitasi bukan sebagai gaya yang bekerja diantara benda-benda dalam bentuk aksi pada jarak, melainkan dalam bentuk kelengkungan ruang-waktu empat dimensi itu sendiri. Dalam pikirannya, gravitasi adalah geometri jagat raya.
Menurut Einstein, kelengkungan tersebut disebabkan oleh hadirnya massa atau energi. Semua benda bermassa menyumbang terhadap kelengkungan ruang-waktu. Benda-benda yang berjalan maju lurus dalam jagat raya akan dipaksa untuk mengikuti lintasan yang melengkung. Bayangkanlah selembar karpet dengan sebuah bola boling pada permukaannya, yang menyebabkan lekukan di situ. Cobalah menggelindingkan sebuah bola golf menurut garis lurus melewati bola boling tersebut. Bola golf tentu akan sedikit mengubah arahnya apabila menjumpai lekukan yang disebabkan bola boling. Atau mungkin akan lebih dari itu: bola golf tersebut akan melintas dalam bentuk elips dan menggelinding kembali ke arah Anda. Hal seperti itu terjadi bila bulan mencoba meneruskan gerakannya yang lurus ketika melewati bumi. Bumi melengkungkan ruang-waktu seperti bola boling melengkungkan lembaran karpet. Inilah efek lensa gravitasi.
Anda akan mendapatkan bahwa Einstein menjelaskan gejala yang sama seperti yang dijelaskan Newton. Bagi Einstein sebuah benda bermassa melengkungkan ruang-waktu, sedangkan bagi Newton benda bermassa mengeluarkan gaya. Akibatnya, dalam tiap kasus terjadi perubahan arah gerak dari sebuah benda kedua. Menurut Teori Relativitas Umum, medan gravitasi dan kelengkungan adalah satu hal yang sama. Jika Anda menghitung lintasan-lintasan planet dalam tata surya dengan menggunakan teori Newton dan kemudian menghitungnya kembali dengan menggunakan teori Einstein, Anda akan mendapatkan lintasan yang hampir tepat sama, kecuali dalam kasus orbit Merkurius. Karena Merkurius merupakan planet yang paling dekat dengan matahari, maka ia mendapatkan pengaruh yang lebih besar daripada planet-planet yang lain. Oleh karena itu, teori Einstein meramalkan suatu hasil yang sedikit berbeda dari hasil yang diramalkan teori Newton. Pengamatan menunjukkan bahwa lintasan Merkurius lebih cocok dengan ramalan Einstein.
Teori Einstein meramalkan bahwa benda-benda lain di samping bulan-bulan dan planet-planet dipengaruhi oleh melengkungnya ruang-waktu, bahkan foton juga harus melewati lintasan yang melengkung. Jika suatu foton berjalan dari suatu bintang yang jauh dan lintasannya dekat dengan matahari, kelengkungan ruang-waktu di dekat matahari menyebabkan lintasannya akan sedikit dibelokkan masuk ke arah matahari, tepat seperti lintasan bola golf melengkung ke dalam ke arah bola boling. Barangkali lintasan cahaya tersebut membengkok sedemikian rupa sehingga cahaya itu akhirnya menabrak bumi. Matahari terlalu terang sehingga kita tidak dapat melihat cahaya bintang itu, kecuali ketika pada saat terjadi gerhana matahari. Jika kita melihat foton-foton dari bintang itu dan tidak menyadari bahwa matahari membengkokkan lintasannya, kita akan mendapatkan gambaran yang salah mengenai posisi bintang yang sebenarnya. Para astronom memanfaatkan efek ini untuk mengukur massa benda-benda di luar angkasa dengan mengukur berapa pembengkokan lintasan cahaya yang berasal dari bintang-bintang yang jauh. Makin besar massanya, makin besar pula pembengkokannya.*
Gravitasi “Lembaran Karpet” dikembangkan lebih lanjut oleh para kosmolog, terutama Stephen Hawking, dan menghasilkan gagasan tentang Black Hole dan Big Bang. Namun sayang, gagasan ini kurang cocok apabila eksistensi nukleoaktivitas diperhitungkan. Bagaimana menyikapi hal ini?
Sekarang kita tahu bahwa Bimasakti hanyalah satu dari beberapa ratus miliar galaksi yang dapat dilihat dengan menggunakan teropong modern. Sedangkan setiap galaksi sendiri memiliki beberapa ratus miliar bintang. Bimasakti mempunyai garis tengah sekitar 100.000 tahun cahaya. Galaksi ini berputar lambat-lambat, bintang-bintang dalam lengan-lengan spiralnya beredar mengitari pusat galaksi sekali dalam beberapa ratus juta tahun. Jika gravitasi dibatasi pada kecepatan cahaya, tentulah ia akan sangat kesulitan menyatukan benda-benda yang ada dalam ruang-waktu yang demikian besar, Bimasakti misalnya. Sedangkan kita memiliki miliaran galaksi lain yang harus disatukan semuanya dalam satu sistem.
Mungkinkah gravitasi bukan termasuk jenis interaksi kuantum? Gravitasi haruslah bisa bergerak lebih cepat dari cahaya, dan mengikat semua benda dalam mahadomain jagat raya. Gravitasi adalah interaksi gaib ‘aksi pada jarak’ yang tidak mematuhi baik relativitas maupun kuantum.
Gelombang
Pada masa-masa permulaan jagat raya, ruang-waktu hanya diisi gelombang-gelombang tak hingga. Polarisasi, superposisi, dan interferensi yang terjadi pada suatu titik, menyebabkan terjadi konsentrasi gelombang yang lebih tinggi dari sekitarnya. Spot gelombang itu setiap saat menyerap gelombang-gelombang lain yang ada di sekitarnya terus-menerus, sehingga terbentuklah nukleoaktivitas. Karena nukleoaktivitas memiliki kecenderungan menarik material gelombang di sekitarnya, maka ia pun akan menyapu luas daerah dengan radius yang sesuai dengan kekuatan inti. Apabila suatu nukleoaktivitas memasuki wilayah nukleoaktivitas lain, maka akan terjadi persaingan, sehingga akan terjadi semacam aksi pada jarak. Aksi pada jarak mungkin bisa disebut gaya osmotik, dan gaya inilah yang kemudian dipopulerkan Newton dengan nama gravitasi. Inilah gaya primordial yang mula-mula terbentuk.
Listrik dan magnet telah dilebur oleh Maxwell menjadi elektromagnetisme. Dan bahkan, perkembangan fisika paling mutakhir telah berhasil menyatukan elektromagnetisme ini dengan gaya lemah dan gaya kuat. Elektromagnetisme, gaya lemah, dan gaya kuat adalah interaksi kuantum yang sama dalam bentuk-bentuk yang berbeda. Gravitasi satu-satunya interaksi yang tidak bisa disatukan. Kalaupun nanti kita bisa menyatukannya, tentu bukan dalam wadah Teori Kuantum atau Teori Relativitas, karena gravitasi benar-benar berbeda dengan mereka.
Jadi, sekarang fisikawan harus mulai terbiasa dengan gravitasi yang bukan sebagai kelengkungan ruang-waktu, bukan sebagai gaya yang dibawa agen kuantum bernama graviton, dan bukan pula sebagai gaya tanpa agen perantara. Gravitasi adalah interaksi gaib yang dibawa gelombang-gelombang yang mampu bergerak tak hingga (tidak memerlukan waktu) yang melekatkan setiap bagian jagat dari satu ujung sampai ujung yang lain. Dan terakhir, perlu saya kemukakan, ini hanyalah usul yang mungkin perlu dipertimbangkan para fisikawan.
Continue Reading
