Bab Keempat The Grand Design, Alternative Histories (Bagian 2)

Inilah, menurut Einstein, seakan-akan Tuhan melempar dadu sebelum memutuskan keluaran dari setiap proses fisik. Gagasan ini membuat Einstein tidak nyaman sehingga meskipun dia adalah salah satu bapak fisika kuantum, dia kemudian menjadi kritis terhadapnya.

Prinsip utama lainnya dari fisika kuantum adalah prinsip ketidakpastian, dirumuskan oleh Werner Heisenberg pada tahun 1926. Prinsip ketidakpastian menjelaskan bahwa ada batasan pada kemampuan kita untuk mengukur data-data tertentu secara sekaligus, misalnya posisi dan kecepatan partikel. Contohnya, menurut prinsip ketidakpastian, jika anda mengalikan ketidakpastian posisi partikel dengan ketidaskpastian momentumnya (massa partikel kali kecepatan partikel), maka hasilnya tak pernah lebih kecil dari angka tertentu, yang disebut tetapan Planck. Sulit mengatakannya tetapi gampangnya begini: Semakin akurat anda mengukur kecepatan, maka semakin tidak akurat anda dapat ukur posisinya, dan sebaliknya. Misalnya, jika ketidakpastian posisi mencapai setengahnya maka ketidakpastian kecepatan harus anda gandakan (penerjemah, 2 kalinya). Penting pula dicatat bahwa — dibandingkan dengan satuan sehari-hari misalnya meter, kilogram dan detik – tetapan Planck amat kecil. Nyatanya, jika dijadikan satuan, nilainya sekitar 6/10.000.000.000.000.000.000.000. 000.000.000.000. Maka hasilnya, jika anda mencari benda besar seperti bola sepak, dengan massa sepertiga kilogram, dengan kisaran 1 milimeter pada sembarang arah, maka kita masih dapat mengukur kecepatannya dengan presisi bahkan lebih besar dari sepermilyar milyar milyar kilometer per jam. Karena, jika diukur dalam satuan Internasional, berat bola adalah 1/3, dan ketidakpastian posisinya 1/1.000. Karena nilainya terlalu besar dibandingkan tetapan Planck, maka kecepatan bola ini masih dapat dipastikan atau prinsip ketidakpastian tidak berlaku. Tetapi dalam satuan yang sama sebuah elektron yang bermassa 0,000000000000000000000000000001, maka situasinya cukup berbeda. Jika kita mengukur posisi elektron dengan presisi seukuran atom, prinsip ketidakpastian menjelaskan bahwa kita tak dapat mengetahui kecepatan elektron lebih presisi dari sekitar plus atau minus 1.000 kilometer per detik, yang sama sekali tidak akurat.

Menurut fisika kuantum, tidak perduli sebanyak apapun informasi yang kita dapat atau sekuat apapun kemampuan komputasi kita, keluaran dari proses fisik tak dapat diduga dengan pasti karena proses tersebut tidak ditentukan dengan kepastian. Alih-alih, dengan data keadaan awal sebuah sistem, alam menentukan keadaan masa depan sistem itu melalui proses yang tidak pasti secara mendasar. Dengan kata lain, alam tidak mendikte keluaran sembarang proses atau percobaan, bahkan dalam situasi yang paling sederhana. Malahan, alam mengijinkan banyak keluaran yang berbeda, masing-masing dengan peluang tertentu untuk terjadi. Inilah, menurut Einstein, seakan-akan Tuhan melempar dadu sebelum memutuskan keluaran dari setiap proses fisik. Gagasan ini membuat Einstein tidak nyaman sehingga meskipun dia adalah salah satu bapak fisika kuantum, dia kemudian menjadi kritis terhadapnya.

Fisika kuantum sepertinya mengesampingkan gagasan bahwa alam diatur oleh hukum, namun bukan itu intinya. Alih-alih, fisika kuantum mengarahkan kita untuk menerima bentuk baru determinisme: Jika diberikan data kondisi sistem pada suatu waktu, hukum alam menentukan probabilitas berbagai kondisi masa depan dan masa lalu, bukan menentukan keduanya dengan kepastian. Meskipun hal ini tidak menyenangkan bagi beberapa orang, fisikawan harus menerima teori-teori yang sesuai dengan percobaan, bukannya sesuai dengan gagasan awal mereka sendiri.

Apa yang dituntut sains pada sebuah teori adalah bahwa teori itu dapat diuji. Jika sifat probabilistik dari prediksi fisika kuantum tidak mungkin mengonfirmasi prediksi-prediksi itu, maka teori kuantum tidak memenuhi persyaratan teori yang valid. Namun terlepas dari sifat probabilistik dari prediksi-prediksi itu, kita masih dapat menguji teori kuantum. Contohnya, kita dapat mengulang sebuah percobaan beberapa kali dan mengonfirmasi bahwa frekuensi dari berbagai keluaran cocok dengan peluang yang diprediksi. Ambil contoh percobaan bola bucky. Fisika kuantum memberitahu kita bahwa bola bucky tidak dapat dipastikan pada lokasi tertentu sebab jika dapat dipastikan maka ketidakpastian dalam momentum menjadi tak terhingga. Nyatanya, menurut fisika kuantum, tiap partikel mempunyai sejumlah peluang ditemukan pada sembarang tempat di alam. Maka meskipun jika peluang untuk menemukan sebuah elektron di dalam peralatan celah ganda sangatlah tinggi, selalu ada peluang untuk menemukan elektron yang sama pada sisi jauh bintang Alpha Centauri, atau di kue sopir di kantin kantor. Maka, jika anda menendang bola bucky kuantum dan membuatnya terbang, tak ada keahlian atau pengetahuan yang dapat membuat anda dapat meramalkan dengan pasti di mana bola itu mendarat. Namun jika anda mengulang percobaan itu banyak kali, data yang anda dapat mewakili peluang untuk menemukan bola itu pada berbagai lokasi, dan pelaku percobaan mengonfirmasi bahwa hasil dari percobaan demikian sesuai dengan prediksi teori.

Penting untuk menyadari bahwa peluang dalam fisika kuantum berbeda dengan peluang dalam fisika Newtonian atau dalam kehidupan sehari-hari. Kita dapat memahami ini dengan cara membandingkan pola dari aliran stabil bola bucky yang ditembakkan pada layar dengan pola lubang-lubang yang dibuat oleh para pemain yang menyasar mata-banteng pada permainan dartboard. Kecuali para pemain terlalu banyak minum bir, peluang anak panah mendarat dekat pusat adalah yang paling besar dan makin berkurang bila anda bergerak menjauh. Seperti bola bucky, sembarang anak panah dapat mendarat di manapun dan makin lama sebuah pola lubang yang mencerminkan peluang akan timbul. Pada kehidupan sehari-hari kita mungkin menyatakan kondisi ini dengan mengatakan bahwa sebuah panah memiliki peluang tertentu untuk mendarat pada berbagai lokasi; namun kita mengatakan demikian, tidak sama dengan kasus bola bucky, hanya karena pengetahuan kita mengenai kondisi pelemparan adalah tidak lengkap. Kita dapat memperbaiki gambaran kita bila kita tahu persis bagaimana pemain melemparkan anak-panah, sudutnya, putarannya, kecepatan dan lain-lain. Maka pada prinsipnya kita dapat menduga di mana anak-panah mendarat dengan presisi sebaik yang kita kehendaki. Karena itu kita memakai istilah probabilistik untuk menggambarkan keluaran kejadian dalam kehidupan sehari-hari bukanlah untuk mencerminkan sifat intrinsik proses itu tetapi untuk mengabaikan aspek-aspek tertentu dari proses itu.

Probabilitas dalam teori kuantum berbeda. Probabilitas ini mencerminkan keacakan mendasar di alam. Model kuantum untuk alam mengarahkan pada prinsip-prinsip yang tidak hanya berlawanan dengan pengalaman sehari-hari kita tetapi juga dengan konsep intuitif kita mengenai kenyataan. Mereka yang menemukan prinsip-prinsip ini aneh dan sulit dipercaya ada dalam jaringan yang baik, sebuah jaringan fisikawan besar seperti Einstein dan bahkan Feynman, yang gambarannya mengenai teori kuantum akan segera kami ketengahkan. Nyatanya, Feynman pernah menulis,”Saya kira saya dengan aman dapat mengatakan bahwa tak seorang pun memahami mekanika kuantum.” Namun fisika kuantum sesuai dengan pengamatan. Fisika kuantum tak pernah gagal ujian, dan telah diuji dengan lebih banyak ujian daripada teori-teori dalam sains.

Pada tahun 1940-an Richard Feynman mempunyai pandangan menarik mengenai perbedaan antara dunia kuantum dan Newtonian. Feynman terusik dengan pertanyaan bagaimana pola interferensi timbul pada percobaan celah ganda. Ingatlah bahwa pola yang kita temukan saat menembakkan molekul dengan kedua celah terbuka bukanlah penjumlahan dari pola yang kita temukan saat kita melakukan percobaan dua kali, sekali dengan hanya satu celah terbuka, dan sekali dengan hanya celah lainnya terbuka. Alih-alih, ketika dua celah terbuka kita menemukan urutan pita terang dan gelap, yang terakhir adalah daerah di mana tak ada partikel yang mendarat. Itu berarti bahwa partikel-partikel yang akan mendarat pada pita gelap jika hanya satu celah yang terbuka ternyata tidak mendarat jika celah kedua juga terbuka. Kelihatannya seakan-akan, pada suatu tempat di perjalanannya dari sumber ke layar, partikel-partikel mendapatkan informasi mengenai kedua celah. Jenis perilaku ini berbeda drastis dari bagaimana sesuatu kelihatannya berperilaku pada kehidupan sehari-hari, di mana sebuah bola akan mengikuti jalur melalui salah satu celah dan tidak terpengaruh dengan kondisi pada jalur yang lain.

Menurut fisika Newtonian – dan sejalan dengan percobaan yang kita lakukan dengan bola sepak bukannya molekul – tiap partikel mengikuti satu trayek tunggal yang jelas dari sumbernya menuju layar. Tak ada ruang pada gambaran ini untuk penyimpangan di mana partikel berkunjung ke celah tetangganya dalam perjalanannya. Tetapi menurut model kuantum, partikel tersebut dikatakan tidak punya posisi yang jelas selama perjalanannya dari titik awal ke titik akhir. Feynman menyadari bahwa hal ini tidak harus berarti bahwa partikel tidak melalui jalur ketika berjalan dari sumber ke layar. Alih-alih, hal ini bisa berarti partikel-partikel itu melalui setiap jalur yang mungkin yang menghubungkan titik-titik itu. Inilah, tegas Feynman, yang membedakan fisika kuantum dan fisika Newtonian. Kondisi pada kedua celah berpengaruh karena, bukannya mengikuti satu jalur tunggal yang jelas, partikel-partikel melalui tiap jalur, dan mereka melalui semua jalur itu sekaligus! Kedengarannya seperti fiksi ilmiah, tetapi bukan. Feynman merumuskan suatu rumusan matematis – Penjumlahan Sejarah Feynman – yang menggambarkan gagasan ini dan mereproduksi semua hukum fisika kuantum. Pada teori Feynman, gambar matematika dan fisika berbeda dengan gambaran rumusan awal fisika kuantum, tetapi prediksinya sama.

Pada percobaan celah ganda, gagasan Feynman maksudnya partikel-partikel melalui jalur yang memasuki hanya satu celah atau hanya celah lainnya; jalur yang memutar masuk melalui celah pertama, keluar melalui celah kedua lalu melalui celah pertama lagi; jalur yang mengunjungi resto yang menghidangkan udang besar lalu mengelilingi Jupiter beberapa kali sebelum kembali pulang; bahkan jalur-jalur yang menyeberangi alam semesta lalu kembali. Menurut pandangan Feynman, ini menjelaskan bagaimana partikel mendapatkan informasi mengenai celah mana yang terbuka – jika sebuah celah terbuka maka partikel-partikel itu mengambil jalur melaluinya. Saat kedua celah terbuka, jalur-jalur di mana partikel bergerak melalui satu celah dapat bercampur dengan jalur-jalur di mana partikel bergerak melalui celah lainnya, menyebabkan interferensi. Mungkin ini kedengarannya konyol, tetapi demi tujuan sebagian besar fisika-fisika dasar yang dikerjakan hari ini – dan demi tujuan buku ini – rumusan Feynman telah terbukti lebih berguna dibandingkan rumusan-rumusan sebelumnya.

Gb. Jalur Partikel

Sumber: The Grand Design karya Hawking dan Mlodinow

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: