Bab Keempat The Grand Design, Alternative Histories (bagian akhir)

Fisika kuantum memberitahu kita bahwa selengkap apapun pengamatan kita tentang masa kini, masa lalu (yang tak teramati), seperti masa depan, tidaklah tertentu dan ada hanya sebagai spektrum kemungkinan. Alam semesta, menurut fisika kuantum, tidak memiliki masa lalu atau sejarah tunggal.

Pandangan Feynman mengenai kenyataan kuantum adalah penting untuk memahami teori-teori yang akan segera kami sajikan, maka tak ada ruginya menyisihkan sedikit waktu untuk merasakan bagaimana pandangan ini bekerja. Bayangkan suatu proses sederhana di mana sebuah partikel mulai pada suatu lokasi A dan bergerak bebas. Menurut model Newtonian partikel itu akan mengikuti suatu garis lurus. Setelah beberapa waktu yang pasti, kita akan temukan partikel pada lokasi pasti B. Menurut model Feynman suatu partikel kuantum akan mengambil sampel tiap jalur yang menghubungkan A dan B, mengumpulkan suatu angka yang disebut fase untuk tiap jalur. Fase itu mewakili posisi dalam daur gelombang yaitu apakah gelombang berada dalam kondisi puncak atau lembah atau posisi akurat di antaranya. Resep matematika Feynman untuk menghitung fase itu menunjukkan bahwa ketika anda menjumlahkan semua gelombang dari semua jalur anda akan dapatkan “ukuran peluang” bahwa partikel, mulai dari A, akan mencapai B. Kemudian kuadrat dari ukuran peluang itu memberikan peluang yang tepat bahwa partikel akan mencapai B.

Fase di mana tiap jalur berkontribusi pada penjumlahan Feynman (dan tentunya peluang dari A menuju B) dapat digambarkan sebagai sebuah panah yang panjangnya tetap tetapi dapat menunjuk ke sembarang arah. Untuk menambah dua fase, anda tempatkan panah yang mewakili satu fase pada ujung panah yang mewakili fase lainnya, sehingga menghasilkan panah baru yang mewakili jumlah. Untuk menambah lebih banyak fase, lanjutkan saja proses tadi. Perhatikan ketika fase-fase itu membentuk barisan, panah yang mewakilinya akan cukup panjang. Tetapi bila fase-fase itu menunjuk ke arah yang berbeda-beda, mereka cenderung membatalkan satu sama lain ketika anda menambahkannya, sehingga tidak berbentuk panah sama sekali. Gagasan ini tampak pada gambar di bawah.

Untuk melakukan resep Feynman dalam menghitung ukuran peluang bahwa sebuah partikel yang mulai pada lokasi A akan berakhir pada lokasi B, anda tambahkan fase-fase, atau panah-panah, yang bersesuaian dengan setiap jalur yang menghubungkan A dan B. Jumlah jalurnya tak terhingga sehingga persamaan matematikanya menjadi rumit, tetapi hal ini berhasil. Beberapa jalur digambarkan berikut.

Teori Feynman memberikan gambaran jelas bagaimana gambaran dunia Newtonian dapat ditimbulkan dari fisika kuantum, yang terlihat amat berbeda. Menurut teori Feynman, fase-fase yang bersesuaian dengan tiap jalur bergantung pada tetapan Planck. Teori menjelaskan bahwa karena tetapan Planck sangat kecil, ketika anda menambahkan jalur-jalur yang dekat satu sama lain maka fase-fase itu akan sangat bervariasi, sehingga sesuai gambar di atas, jumlahnya akan mendekati nol. Namun teori itu juga menunjukkan ada jalur-jalur tertentu di mana fase-fase cenderung membentuk barisan sehingga jalur-jalur ini menarik; yaitu jalur-jalur ini memberikan kontribusi lebih besar pada perilaku partikel yang diamati. Jalur-jalur tersebut menunjukkan bahwa untuk benda-benda besar, jalur-jalur yang sangat mirip dengan jalur yang diramalkan oleh Newton akan memiliki fase-fase yang mirip dan kontribusinya terbesar terhadap jumlah, sehingga satu-satunya tujuan yang peluangnya lebih dari nol adalah tujuan yang diramalkan oleh teori Newton, dan tujuan itu mempunyai peluang sangat mendekati satu. Maka benda besar bergerak sebagaimana prediksi teori Newton.

Sejauh ini kita telah membahas gagasan Feynman dalam lingkup percobaan celah ganda. Pada percobaan tersebut, partikel ditembakkan ke sebuah dinding dengan celah-celah, lalu kita mengukur lokasinya, pada sebuah layar di belakang dinding, di mana partikel mendarat. Alih-alih hanya satu partikel, teori Feynman dapat meramalkan peluang keluaran sebuah “sistem” yang lebih umum, yang bisa berarti satu partikel, satu set partikel, atau bahkan seluruh alam semesta. Antara kondisi awal sistem dan pengukuran kita tentang sifat-sifatnya, sifat-sifat itu berevolusi sedemikian rupa, yang fisikawan menyebutnya sejarah sistem. Contohnya pada percobaan celah ganda, sejarah partikel adalah jalurnya. Sama seperti percobaan celah ganda, peluang mengamati partikel mendarat pada sembarang titik bergantung pada jalur yang membawanya ke sana, Feynman menunjukkan bahwa, untuk sistem yang umum, peluang sembarang pengamatan terbentuk dari semua kemungkinan sejarah yang dapat mengarah ke pengamatan. Karena inilah metodenya disebut formulasi “jumlah atas sejarah” atau “sejarah-sejarah alternatif” dari fisika kuantum.

Sekarang kita telah memahami pendekatan Feynman untuk fisika kuantum, ini saatnya mengamati prinsip utama kuantum lainnya yang akan kami pakai kemudian – sebuah prinsip bahwa mengamati sebuah sistem berarti harus mengubah tujuan sistem itu. Tak bisakah kita, seperti yang kita lakukan ketika atasan kita tertempel noda bumbu pada dagunya, sekedar mengamatinya tetapi tidak ikut campur? Tidak. Menurut fisika kuantum, anda tak bisa “sekedar” mengamati sesuatu. Itulah, fisika kuantum menjelaskan untuk melakukan pengamatan, anda harus berinteraksi dengan obyek yang anda tengah amati. Contohnya, mengamati obyek dengan cara lama, anda menyinari obyek itu. Menyinari sebuah labu tentu menimbulkan sedikit pengaruh. Tetapi sedikit menyinari sebuah partikel mungil kuantum — yaitu menembakkan proton pada partikel itu – tentu berpengaruh besar, dan percobaan menunjukkan bahwa penyinaran ini mengubah hasil percobaan persis seperti fisika kuantum menggambarkannya.

Andaikan sebelumnya kita mengirim satu aliran partikel menuju dinding pada percobaan celah ganda lalu mengumpulkan data pada sejuta partikel pertama yang melaluinya. Ketika kita memetakan jumlah partikel yang mendarat pada berbagai titik, data akan membentuk gambar pola interferensi, lalu kita menambahkan fase-fase yang sesuai dengan semua jalur yang mungkin dari titik awal A ke titik pendaratan B, akan kita temukan bahwa peluang yang kita hitung mengenai pendaratan pada berbagai titik sesuai dengan data itu.

Sekarang kita ulangi percobaan itu, kali ini sinari celah-celah itu sehingga kita mengetahui titik antara, C, di mana partikel melaluinya. (C adalah posisi pada salah satu celah.) Ini disebut informasi “pilihan jalur” karena memberitahu kita di mana tiap partikel berjalan dari A ke celah 1 ke B, atau dari A ke celah 2 ke B. Karena kita sekarang tahu pada celah mana partikel berlalu, jalur-jalur pada penjumlahan kita untuk partikel itu hanya mengandung jalur-jalur yang berlalu melalui celah 1, atau hanya jalur-jalur yang melalui celah 2. Jalur-jalur itu tidak pernah mengandung semua jalur-jalur yang melalui celah 1 dan jalur-jalur yang melalui celah 2. Karena Feynman menjelaskan pola interferensi dengan mengatakan bahwa jalur-jalur yang melalui satu celah mempengaruhi jalur-jalur yang melalui celah yang lain maka jika anda menyinari untuk menentukan celah di mana partikel berlalu, berarti menghilangkan opsi lainnya, anda akan menghilangkan pola interferensi. Dan memang, saat percobaan dilakukan, menyalakan lampu mengubah hasil dari pola interferensi menjadi pola seperti itu ! Terlebih lagi, kita dapat membuat variasi percobaan dengan memakai sinar yang amat lemah sehingga tidak semua partikel berinteraksi dengan cahaya. Pada kasus itu kita mampu mendapatkan info pilihan-jalur untuk sekedar beberapa subkelompok partikel. Jika kita pisahkan data pendaratan partikel menurut adanya info pilihan-jalur atau tidak, akan kita temukan bahwa data untuk subkelompok yang tidak ada info pilihan-jalur akan membentuk sebuah pola interferensi, dan subkelompok data yang ada info pilihan-jalur tidak akan menunjukkan interferensi.

Gagasan ini mempunyai dampak yang penting untuk konsep kita mengenai “masa lalu”. Pada teori Newtonian, masa lalu diasumsikan ada sebagai rangkaian kejadian tertentu. Jika anda melihat bahwa vas bunga yang anda beli di Italia tahun lalu pecah di lantai dan anak batita anda berdiri di atasnya terlihat menyesal, anda dapat melacak ke belakang kejadian-kejadian itu yang mengarah ke musibah tadi: jari-jari kecil melepaskannya, vas jatuh dan meledak menjadi ribuan keping ketika menyentuh lantai. Nyatanya, dengan memberi data yang lengkap tentang masa kini, hukum Newton membuat seseorang dapat menghitung gambaran lengkap masa lalu. Ini sejalan dengan pemahaman intuitif kita bahwa, apakah suka maupun duka, dunia mempunyai masa lalu tertentu. Mungkin tak ada yang memperhatikan, tetapi masa lalu memang ada dengan pasti seakan-akan anda telah mengambil beberapa foto tentangnya. Namun sebuah bola bucky kuantum tak dapat dikatakan mempunyai jalur tertentu dari sumber ke layar. Mungkin kita telah menandai lokasi-lokasi bola bucky dengan mengamatinya, tapi di antara pengamatan-pengamatan kita, bola bucky melalui semua jalur. Fisika kuantum memberitahu kita bahwa selengkap apapun pengamatan kita tentang masa kini, masa lalu (yang tak teramati), seperti masa depan, tidaklah tertentu dan ada hanya sebagai spektrum kemungkinan. Alam semesta, menurut fisika kuantum, tidak memiliki masa lalu atau sejarah tunggal.

Kenyataan bahwa masa lalu tidak memiliki bentuk yang jelas berarti bahwa pengamatan yang anda lakukan pada sistem pada masa kini mempengaruhi masa lalu dari sistem itu. Itulah yang digarisbawahi secara dramatis oleh sejenis percobaan yang dilakukan oleh John Wheeler, yang disebut percobaan pilihan-tunda. Secara skematis, percobaan ini mirip percobaan celah ganda yang baru saja kami gambarkan, di mana anda punya pilihan untuk mengamati jalur yang partikel lalui, kecuali dalam percobaan pilihan-tunda anda menunda keputusan anda mengenai apakah mengamati jalur atau tidak hingga tepat sebelum partikel menyentuh layar deteksi.

Percobaan pilihan-tunda menghasilkan data yang identik dengan data yang kita dapat ketika memilih untuk mengamati (atau tidak mengamati) info pilihan-jalur dengan mengamati celah-celah itu sendiri. Tapi pada kasus ini jalur di mana tiap partikel lalui – yaitu masa lalu – ditentukan jauh setelah partikel itu melalui celah-celah dan kemungkinan besar harus “memutuskan” apakah melalui hanya satu celah, yang tidak menghasilkan interferensi, atau keduanya, yang menghasilkan interferensi.

Wheeler bahkan melakukan sebuah versi kosmos mengenai percobaan ini, di mana partikel yang terlibat adalah proton-proton yang dipancarkan oleh quasar-quasar yang jaraknya milyaran tahun-cahaya. Cahaya demikian dapat dipisah ke dalam dua jalur dan difokuskan ulang ke bumi dengan cara gaya gravitasi oleh sebuah galaksi yang ikut terlibat. Meskipun percobaan ini masih di luar jangkauan teknologi terkini, jika kita dapat mengumpulkan cukup proton dari cahaya demikian, proton-proton itu pasti membentuk pola interferensi. Namun jika kita menempatkan sebuah alat untuk mengukur info pilihan-jalur beberapa saat sebelum proton terdeteksi, pola itu pasti hilang. Pilihan untuk memilih satu atau kedua jalur pada kasus ini telah diputuskan miliaran tahun yang lalu, sebelum bumi atau bahkan mungkin matahari terbentuk, akan tetapi pengamatan kita di laboratorium telah mempengaruhi pilihan itu.

Pada bab ini kami telah menggambarkan fisika kuantum dengan memakai percobaan celah ganda. Berikutnya kami akan memakai rumusan Feynman mengenai mekanika kuantum terhadap alam semesta secara menyeluruh. Kita akan melihat bahwa, seperti partikel, alam semesta tidak mempunyai sejarah tunggal, tetapi setiap sejarah yang mungkin, masing-masing dengan peluangnya sendiri-sendiri; dan pengamatan kita terhadap kondisi saat ini mempengaruhi masa lalu dan menentukan sejarah-sejarah alam semesta yang berbeda-beda, persis pengamatan partikel pada percobaan celah ganda mempengaruhi masa lalu partikel. Analisa ini akan menunjukkan bagaimana hukum alam pada alam semesta kita timbul dari dentuman besar. Namun sebelum kita memeriksa bagaimana hukum ini timbul, kita akan berbincang sedikit mengenai apa saja hukum-hukum itu, dan beberapa misteri yang mereka hasilkan.

Sumber: The Grand Design karya Hawking & 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: