Mencari Zarah Terkecil Penyusun Jagat Raya

Kompas (10 Juli 2005)

Terry Mart (Departemen Fisika, FMIPA UI )

Sejauh saya bisa mengingat, hanya dua buku kosmologi populer yang menarik dan enak dibaca. Pertama adalah karya pemenang Nobel Fisika tahun 1979, Steven Weinberg, berjudul The First Three Minutes yang bercerita tentang tiga menit pertama setelah jagat raya diciptakan.
Buku kedua, A Brief History of Time, ditulis ahli kosmologi Stephen Hawking dengan topik hampir sama, kecuali diselingi upaya terakhir manusia dalam menyatukan semua teori melalui teori Superstring. Meski buku kedua ternyata jauh lebih laris dari buku pertama, saya lebih “jatuh hati” pada buku karya Weinberg.Saat menulis bukunya, Stephen Hawking memutuskan lebih berorientasi pada tuntutan pasar. Pada pengantar ia ungkapkan setiap persamaan matematika yang ia tulis akan mengurangi separuh potensi penjualan. Akhirnya Hawking hanya menulis satu persamaan saja, persamaan terkenal Einstein E=mc². Mudah dimengerti, menghapuskan sama sekali matematika dalam pembahasan fisika merupakan hal yang absurd. Sama absurdnya dengan mempertahankan argumen dominasi warna kuning pada lukisan Van Gogh dengan kata-kata tanpa menampilkan lukisan tersebut. Namun, haruslah ada jalan tengah yang dapat diterima penulis, pembaca, maupun penerbit buku.
Lebih dari 10 tahun sebelum Hawking, Steven Weinberg membayangkan calon pembaca buku yang ia tulis seperti seorang pengacara yang cerdas. Seorang pengacara yang lihai biasanya tidak akan puas dengan sekeping informasi yang disajikan, lebih-lebih jika informasi tersebut merupakan kunci yang dapat menyibak misteri utama yang sedang ia selidiki.
Untuk informasi penting ini dibutuhkan pembuktian yang tidak dapat disanggah. Dengan filosofi ini, Weinberg tetap menyediakan rumus-rumus matematika pembuktian informasi kunci yang ia jelaskan dalam bukunya. Agar tidak mengganggu pembaca “lain”, maka rumus tadi diberi sebagai lampiran. Tentu saja cara ini lebih elegan karena tidak semua pembaca senang dianggap sebagai orang awam.
Mendiang Hans Jacobus Wospakrik tampaknya menempuh cara lain. Dalam bukunya ia menggunakan beberapa persamaan matematika sederhana sebagai bagian integral buku. Sepintas cara ini terdengar kurang bijak, namun jika kita amati dengan teliti, ternyata hal ini sama sekali bukan masalah. Formula matematika yang digunakan sangat sederhana, dapat dimengerti bagi mereka yang pernah belajar matematika dan fisika setingkat SMP.
Cara ini juga saya nilai tepat untuk mendidik masyarakat menjadi lebih kritis terhadap informasi, terutama informasi kontroversial. Bayangkan seumpama ada seorang yang mengklaim kehidupan abadi (paling sedikit kehidupan dengan usia setara usia jagat raya) dapat dicapai jika ia berhasil menciptakan kendaraan yang dapat melaju mendekati kecepatan cahaya.
Buku berjudul Dari Atomos hingga Quark ini bercerita tentang sejarah upaya manusia selama lebih dari 2.500 tahun mencari penyusun dasar jagat raya dan bagaimana mereka berperilaku. Dimulai dari usaha awal filsuf Yunani purba sekitar tahun 600 SM yang menahbiskan air sebagai penyusun semua zat, hingga pencarian zarah Higgs yang dapat menjelaskan mekanisme bagaimana komponen dasar jagat raya memiliki massa, buku ini menghadirkan aliran kontinu sejarah perkembangan sains fisika secara jernih.
Sebagai peneliti, saya mencatat bagian paling menarik diungkapkan di awal bab pertama yang menjelaskan kemajuan sains hanya dapat diraih para pemikir bebas yang tak terikat lingkungan pemerintah serta kepentingan praktis atau sesaat. Harus diakui, masyarakat Mesir dan Babilonia saat itu telah memiliki ilmu astronomi dan matematika canggih. Namun, karena tujuan utama ilmu tersebut hanya untuk keperluan penujuman astrologi serta pemetaan lahan pertanian, para ilmuwan setempat kurang tertarik memikirkan zarah terkecil yang merupakan “batu bata” jagat raya.
Berpindah tangan
Dari Yunani ilmu pengetahuan berpindah ke tangan Aleksandria (Iskandariah) dan Arab. Tidak dapat dibantah, kontribusi ilmuwan Arab sangat penting dalam meneruskan dan mengembangkan konsep yang dilahirkan para filsuf Yunani, terutama dalam bidang matematika, fisika, kimia, dan astronomi. Di bidang matematika, ilmuwan paling menonjol adalah Al-Khawarizmi (algorithm menurut ucapan orang Eropa) yang melahirkan konsep aljabar. Mungkin tidak semua orang tahu bahwa galaksi Andromeda pertama kali berhasil diamati ilmuwan Arab Persia yang bernama Abdul Rahman Al-Sufi pada tahun 964 yang memublikasikan pengamatan tersebut dalam buku berjudul Kitab al-Kawatib al-Thabit al-Musawwar (The Book of Fixed Stars). Meskipun demikian, yang menjadi selebriti masa itu adalah bidang alkimia. Sumbangan ilmuwan Arab di bidang ini sangat membantu melicinkan pengembangan ilmu kimia beberapa abad kemudian di Eropa.
Perpindahan ilmu pengetahuan ke tangan Eropa dijelaskan pada bab tiga. Perkembangannya dimulai dengan pertanyaan kebenaran tujuan alkimiawan, “Apakah emas dan perak dapat diciptakan dari logam biasa?”
Dari sini muncul terobosan baru fisikawan Irlandia, Robert Boyle, yang menolak teori empat unsur Yunani purba serta tiga asas alkimiawan Arab. Mulailah petualangan fisikawan mencari zarah penyusun semesta hingga mengalami “titik belok” pada awal tahun 1900 dengan lahirnya mekanika kuantum. Kelahiran mekanika diskret ini serta dampaknya dijelaskan penulis pada bab sepuluh.
Pada tahun 1961, Murray Gell-Mann berhasil mengelompokkan zarah-zarah yang berinteraksi kuat melalui kesamaan bilangan kuantum mereka. Pengelompokan ini ternyata sesuai dengan teori simetri istimewa yang ia namakan the Eightfold Way. Dari pengelompokan tersebut, Gell-Mann meramalkan kehadiran zarah baru bernama yang saat itu belum teramati.
Pada kenyataannya, hanya dibutuhkan tiga tahun hingga ramalan Gell-Mann ini terbukti secara eksperimen. Selain itu, teori Gell-Mann juga mengizinkan dekomposisi hadron menjadi zarah yang lebih kecil yang dia sebut quark. Ada enam jenis quark yang dikenal ilmuwan saat ini. Cerita tentang quark yang diberikan pada bab 15 (terakhir) ini ditutup dengan teori Weinberg-Salam, diiringi penormalan ulang oleh Gerardus ‘t Hooft, serta pencarian zarah Higgs yang (jika ditemukan) akan semakin mengukuhkan teori kuantum.
Memahami fisika
Secara umum, buku setebal 324 halaman ini berhasil menjelaskan kronologi perkembangan sains fisika (dan kimia) selama lebih dari 25 abad dalam mencari atomos (zarah terkecil yang tak dapat dibagi) sebenarnya. Buku ini dapat dipakai memahami mekanisme perkembangan fisika bagi pembaca yang relatif awam di bidang ini, atau menutupi lubang-lubang pengetahuan umum bagi para profesional fisika.
Meski tergolong relatif serius, beberapa selingan berupa biografi singkat ilmuwan diberikan secara santai. Pada halaman 292 misalnya, dikisahkan ironi yang menimpa matematikawan jenius Norwegia, Niels Henrik Abel, yang meninggal pada usia 27 tahun karena penyakit paru-paru. Dua hari setelah kepergiannya, datang sepucuk surat menawarkan jabatan akademik di salah satu universitas di Berlin.