Gravitasi, Relativitas & Elektromagnetik

Kali ini saya coba bahas hal lain yang tak kalah rumit sehingga belum saya pahami sepenuhnya, yaitu tentang gravitasi, relativitas dan elektromagnetik. Tentu saja dalam bahasa sederhana agar mudah dipahami. Referensinya dari buku “The Fabric of the Cosmos” yang di tulis oleh Brian Greene dari Columbia University. Brian Greene juga penulis buku “The Elegant Universe” yang menjadi best seller.

Perjalanan kita dimulai dari sebuah kecelakaan di masa lampau yang menimpa kepala seorang pemikir terkenal. Sebuah apel jatuh dari pohonnya dan memberi ide kepada Isac Newton. Ide apel yang jatuh ini merupakan awal popularitas gaya atau forsa (force) gravitasi yang diperkenalkan Newton. Forsa gravitasi-lah yang menyebabkan apel jatuh. Forsa ini pula lah yang menyebabkan planet melintas pada orbitnya mengelilingi matahari.

Karya Isac Newton mengenai forsa gravitasi dakam bukunya yang tekenal “Principia of Mathematica” masih digunakan orang hingga sekarang untuk meluncurkan roket mengelilingi bulan dan mengirimkan rover ke planet Mars. Newton berhasil mengubah pandangan orang. Gaya tarik-menarik yang tak terlihat itu bisa dihitung dan menjadi nyata dalam aplikasinya. Gravitasi adalah sebuah forsa fundamental di alam ini. Walaupun demikian Newton belum bisa menjawab apakah gravitasi tersebut.

Dari sebuah kantor paten di Jerman, ilmuwan muda, Albert Einstein menyelidiki cahaya. Ia menemukan bahwa cahaya merambat dengan kecepatan sangat tinggi dan tidak ada satu obyek pun yang mampu bergerak melebihi kecepatan cahaya. Kecepatan cahaya adalah konstan dan sama di mana saja di alam semesta ini.

Einstein memperkenalkan kepada dunia sebuah konsep dan cara berpikir baru mengenai ruang-waktu. Dalam menyelidiki ini, Einstein menemukan bahwa sebuah benda massif di alam semesta seperti bintang atau matahari kita, melengkungkan ruang.

Anda bisa membayangkan sebuah bola bowling di atas permukaan trampoline. Karet trampoline melendut atau melengkung ke bawah karena massa bola bowling. Kemudian bila sebuah bola yang lebih kecil dan lebih ringan massanya, misal bola tennis, digelindingkan di samping bola bola bowling menyeberangi permukaan trampoline, maka lintasan bola tennis akan membelok dikarenakan permukaan karet trampoline yang melengkung.

Einstein menemukan apa yang disebut forsa gravitasi. Lintasan planet yang mengelilingi matahari sebenarnya adalah lintasan planet yang bergerak lurus namun terlengkungkan oleh ruang yang melengkung dikarenakan massa matahari di dekatnya.

Lalu apa yang terjadi bila tiba-tiba matahari lenyap? Menurut Newton, planet-planet akan kehilangan forsa gravitasi dari matahari dan seketika itu pula melanjutkan gerak lurusnya menjauh dari matahari. Ilustrasi yang benar namun tidak seluruhnya tepat.

Einstein menambahkan bahwa cahaya memerlukan waktu 8 menit untuk mencapai bumi. Jika tiba-tiba matahari lenyap, maka kelengkungan ruang yang disebabkan massa matahari akan kembali ke kondisi ruang yang rata. Dengan kata lain anda bisa membayangkan permukaan trampoline yang menjadi rata kembali ketika bola bowling diangkat atau permukaan air yang beriak kemudian tenang kembali. Sebuah riak gelombang terjadi dari pusat lokasi matahari.

Gelombang forsa gravitasi ini merambat dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan cahaya. Sehingga Einstein mengemukakan bahwa planet bumi tidak akan langsung meninggalkan orbitnya sebelum 8 menit, yaitu waktu yang dibutuhkan oleh forsa gravitasi untuk mencapai bumi dari matahari.

Einstein menerbitkan teori Relativitas Umum. Forsa gravitasi berhasil dijelaskan. Hingga kini, Relativitas umum merupakan teori yang mampu dengan baik menjelaskan pergerakan benda-benda massif di alam semesta seperti planet, matahari, dan galaksi.

Teori relativitas menjelaskan alam semesta dalam ukuran besar. Einstein meyakini bahwa alam semesta berperilaku teratur seperti yang diamati dikarenakan mematuhi hukum-hukum fisika. “Tuhan tidak bermain dadu”, ucapnya.

Einstein membuka wawasan tentang bagimana orang seharusnya melihat ruang dan waktu. Ruang dan waktu bagaikan sebuah fabric atau lembaran kain yang membentang. Ruang-waktu dapat mengkerut, meregang, terpilin dan terdistorsi oleh medan gravitasi dari benda massif.

Kehadiran Einstein yang cemerlang dan teorinya yang memukau membangkitkan semangat seluruh fisikawan teoretis diseluruh dunia. Gagasan-gagasan baru diajukan dalam waktu yang hampir bersamaan. Pada kesempatan ini saya hanya akan menyinggung yang penting-penting saja.

Listrik (electricity) adalah sebuah forsa. Magnet juga febuah forsa. Orang menemukan bahwa listrik dan magnet adalah relevan, keduanya saling berpengaruh. James Clerk Maxwell berhasil menggabungkan kedua forsa tersebut menjadi sebuah forsa fundamental alam lainnya selain forsa gravitasi, yaitu forsa Electromagnetic (EM). Forsa EM dihasilkan oleh alam setiap saat. Bahkan setiap partikel membawa muatan listrik yang mempengaruhi secara signifikan interaksi antar pertikel.

Maxwell mengirimkan sebuah paper kepada Einstein untuk dipublikasikan. Maxwell meyakini bahwa selain forsa gravitasi yang merambat pada dan melengkungkan ruang, forsa EM juga demikian. Dan forsa EM memerlukan ruang untuk merambat. Tapi dimana? Untuk menjawab ini maka Maxwell mengusulkan sebuah dimensi ruang tambahan agar Forsa EM tersebut dapat merambat.

Einstein menerima ide Maxwell ini. Diterimanya sebuah dimensi ruang tambahan adalah sebuah momentum awal manusia dalam mengkoreksi cara pandang terhadap alam. Lalu, dimana letak dimensi tambahan ini? Mengapa kita tidak melihatnya?

Ilmuan lain, Kaluza dan Klein mengusulkan bahwa dimensi extra itu sangat kecil. Bayangkan saja bila anda melihat sebuah kawat listrik dari jauh. Anda melihat kawat tersebut sangat kecil bagaikan sebuah tali yang memiliki panjang saja tanpa lebar. Namun bila kita melihat dari jarak yang sangat dekat, misalkan dari pandangan seekor semut, maka seekor semut itu dapat bergerak maju, mundur serta berputar ke kanan dan ke kiri di badan kawat listrik tersebut. Inilah dimensi extra yang tak tampak tesebut. Kaluza-Klein mengusulkan bahwa dimensi extra berukuran sangat kecil di setiap titik lokasi pada ruang. Karena terlalu kecil maka ia tak terlihat.

Einstein terinspirasi oleh forsa EM ini dan meyakini bahwa untuk mengerti alam ini secara fundamental maka forsa Gravitasi harus bisa disatukan dengan forsa EM. Sebuah penggabungan atau unification. Sejak saat itu seluruh hidupnya dihabiskan untuk menemukan sebuah rumusan tunggal yang mampu menjelaskan forsa gravitasi dan EM.