 |
| Comstock/Getty Images |
Jika
semua materi yang ada di alam semesta tiba-tiba menghilang, apakah ruang tetap ada? Isaac Newton berpikir demikian. Ruang, ia membayangkan, adalah
sesuatu seperti holodeck, sebuah perangkat canggih dalam plot serial televisi Star Trek, panggung realitas virtual 3D yang menyimulasikan proyeksi orang,
benda dan tempat. Sebagaimana ditulis oleh Newton di halaman awal buku Principia-nya:
“Ruang adalah mutlak, dari sifatnya sendiri, tanpa mengacu pada apapun, selalu homogen dan tak tergoyahkan.”
Hal
ini tampaknya persuasif dalam kehidupan kita sehari-hari. Saya berjalan ke arah timur,
Anda ke barat dan kantor pos tetap berada di tempatnya semula:
Kerangka referensi tetap statis. Tapi ahli matematika dan filsuf Gottfried Leibniz dari Jerman yang hidup satu zaman dengan Newton, menolak gagasan tentang ruang yang mutlak. Singkirkan seluruh objek yang membentuk alam semesta,
demikian ia berpendapat, dan “ruang” tidak lagi memiliki arti apapun. Memang, ide
Leibniz akan terlihat jauh lebih kuat saat kita berada di luar ruang atau saat kita mencatat jarak antara Bumi dari Matahari dan berbagai planet, dan semua objek yang relatif selalu bergerak.
Satu-satunya kesimpulan yang masuk akal, Leibniz berpendapat, ruang adalah “relasional”:
ruang hanyalah seperangkat jarak yang selalu berubah antara kita dan berbagai
objek (begitu pula jarak masing-masing objek), dan bukan “realitas
mutlak.”
Au
contraire (sebaliknya), jawab Newton. Efek dari ruang yang mutlak cukup mudah diamati.
Dan Newton telah mencoba membuktikannya menggunakan ember air yang
berputar. Eksperimen yang mungkin terdengar sederhana, namun memicu
perdebatan tentang sifat ruang, waktu, pergerakan, percepatan dan gaya yang terus
berlanjut hingga hari ini.
Di
Principia, Newton meminta kita membayangkan seember air yang digantung ke seutas tali. Apabila kita memutar ember searah jarum jam, maka tali akan
berpilin. Apa yang terjadi ketika kita melepaskannya? Ember mulai berputar
berlawanan arah jarum jam, perlahan-lahan awalnya, lalu lebih cepat.
Tetapi sesuatu yang lain juga terjadi. Sebagaimana ditulis Newton,
permukaan air “perlahan-lahan akan menjadi cekung, lebih rendah di tengah dan lebih tinggi di pinggir.” Untuk sementara, ember dan air berputar bersama. Akhirnya, ember melambat dan putarannya berbalik, demikian
pula dengan air, yang permukaannya berangsur-angsur datar kembali.
Siswa
di SMA belajar tentang “gaya sentrifugal,” tetapi apa yang sebenarnya
menyebabkan air lebih tinggi di tepi ember? Tidak mungkin karena pergerakan relatif air terhadap ember, Newton mengamati, karena distorsi maksimal di permukaan
air terjadi ketika air berputar paling cepat, “selaras” dengan putaran ember.
Tentu saja, ember dan air berputar relatif terhadap Bumi, tetapi hal tersebut tidak
bisa menjadi penjelasan. Karena Newton yakin, jika eksperimen serupa dilakukan di luar angkasa, hasilnya akan sama.
Sejak tata surya terbentuk miliaran tahun yang lalu, Bumi telah berputar dengan khatulistiwa yang “menonjol”, layaknya air di ember yang berputar.
Untuk
Newton, satu-satunya cara untuk menjelaskan eksperimen sederhana adalah air berputar sehubungan dengan ruang yang
mutlak dan memicu inersia, gagasan kunci lain Principia yaitu ketahanan objek
terhadap perubahan kecepatan atau arah gerak. Setelah ember dan air
berputar, sisi-sisi ember mencegah air bergerak ke sebuah garis lurus dan mendorongnya
naik di tepi ember.
Tapi mengapa objek memiliki inersia dari awal? Pada abad ke-19, fisikawan Ernst Mach dari Austria meyakini penjelasan tentang gerakan dan
inersia, termasuk gerakan air di dalam ember yang berputar, hanya bisa dipahami
dalam kaitannya dengan seluruh materi di alam semesta. Bagi Mach, versi yang lebih
besar dari ember dapat dilihat pada Bumi itu sendiri. Sejak pembentukan tata surya miliaran tahun yang lalu, Bumi berputar dengan khatulistiwanya yang “menonjol”, seperti air di ember yang berputar. Mach juga bertanya: Jika rotasi
Bumi bisa dihentikan, lalu seluruh planet dan bintang justru berputar di
sekitarnya, apakah khatulistiwa Bumi tetap menonjol?
Newton
akan menjawab tidak: Tidak ada putaran, tidak ada tonjolan. Tetapi Mach
menyadari jawabannya tergantung dari mana inersia sebuah objek
berasal. Jika memang inersia berasal dari sebagian besar materi di alam semesta, maka khatulistiwa planet kita akan tetap menonjol. Inilah gambaran
relasional Leibniz: tak sekadar gerakan relatif, tetapi inersia, Mach
memutuskan, adalah ukuran hubungan antara objek dan seluruh materi di alam semesta.
Jika pandangan Mach benar, seluruh bintang dan galaksi bertanggung jawab atas bentuk Bumi dan bentuk cekungan air di
ember yang berputar seperti eksperimen Newton. Tetapi Mach tidak menjelaskan bagaimana
cara bintang dan galaksi dimaksud memberikan pengaruhnya, bahkan hingga hari
ini jawabannya masih jauh dari kejelasan.
Mungkin
penganalisis tertajam gagasan Mach adalah Albert Einstein muda, yang selanjutnya mengupayakan untuk memasukkan apa yang ia sebut sebagai “Prinsip
Mach,” yaitu inersia objek tergantung pada agregat materi di seluruh alam semesta, ke dalam teori gravitasi Relativitas Umum yang ia cetuskan.
Keberhasilan teori Einstein adalah pukulan telak bagi konsep ruang mutlak
Newton, meskipun tanpa ruang mutlak, kita terus berjuang untuk memahami eksperimen
ember Newton. Dalam buku populernya yang berjudul “The Fabric of the Cosmos,” fisikawan Brian Greene menjelaskan: Meskipun menghancurkan gagasan ruang mutlak Newton, teori Einstein memberi kita sesuatu yang lain, struktur 4D yang disebut ruang dan waktu. Greene berpendapat ruang dan
waktu adalah mutlak. Dalam kehidupan sehari-hari, kita mungkin tidak sepakat
tentang durasi parade, atau jarak yang ditempuh oleh para peserta parade, tetapi
kita dapat menyepakati tentang jarak total melalui ruang dan waktu
antara awal dan akhir parade. Hal ini sulit untuk digambarkan, karena memang
kita tidak dapat melihat dalam 4D, tetapi digaransi oleh persamaan
dalam teori Einstein.
Namun,
tetap saja pendapat Greene tentang permasalahan ini belumlah final. Para fisikawan
sekarang mencurigai “Higgs field,” yang diyakini memberikan massa bagi partikel untuk menembus alam semesta.
Meskipun jalinan ruang dan waktu Einstein dapat berfungsi sebagai kerangka
acuan yang dapat mengukur akselerasi, Higgs field berfungsi dengan lebih baik: Menawarkan daya tahan terhadap apa pun yang melewatinya, mungkin
menjelaskan mengapa objek memiliki inersia dari awal.
Masih
ada ide lain yang berasal dari fisikawan Paul Davies dari Universitas
Negeri Arizona, yang menunjukkan bahwa ruang “kosong” sebenarnya adalah sebuah
buih mendidih yang terdiri dari partikel subatomik berumur pendek yang muncul
dan keluar dari eksistensi. Kuantum “vakum frolic”, katanya, bisa berfungsi
sebagai pengganti ruang mutlak.
Setelah
lebih dari tiga abad, pertanyaan yang dipicu oleh eksperimen ember
berputar Newton, tentang ruang dan gerak, tentang massa dan inersia, terus
menyulitkan para fisikawan dan filsuf. Sesuatu yang membuat air naik ke tepi ember, tetapi apakah itu benar-benar merupakan jalinan ruang dan waktu,
atau Higgs fields, atau sejenis buih kuantum, masih belum bisa ditentukan.
Ditulis
oleh: Dan Falk, nautil.us
Komentar
Posting Komentar