Apa Itu Teori Superstring?

Selama 20 tahun terakhir masa kehidupannya, ilmuwan legendaris Albert Einstein justru dianggap aneh oleh komunitas fisikawan. Sementara teori kuantum sedang diuji kebenarannya, Einstein menolak teori kuantum sebagai teori pamungkas. Selama tahun-tahun terakhir sebelum mangkat, Einstein berupaya untuk menyelaraskan teori gravitasi yang ia gagas dengan bagaimana kuantum mendeskripsikan alam. Sayangnya, Einstein tidak pernah melihat bagaimana impian terbesarnya terwujud.
 
Lebih dari 40 tahun kemudian, Einstein hampir terbukti benar. Relativitas umum dan mekanika kuantum tampaknya bisa selaras. Solusinya mungkin sulit dipahami. Jika memang segelintir fisikawan yang berkutat dengan “teori superstring” (disingkat teori string) ternyata benar, kita akan hidup di dunia aneh yang tidak pernah bisa kita bayangkan.
 
Teori string menguraikan bahwa kita hidup dalam dunia 10 dimensi, dengan beberapa dimensi ada pada tingkat mikroskopis dan beberapa dimensi “besar” yang kita anggap “nyata”. Sebuah dunia yang menggagas perbedaan semu antara ruang dan waktu (seperti yang diurai oleh relatifitas umum). Profesor Brian Greene dari Universitas Columbia, penulis buku tentang subjek tersebut, menyatakan: “jika teori string benar, struktur alam semesta kita memiliki sifat-sifat yang akan membuat Einstein terpesona.”
 
Teori string (dawai) tidak mengenal partikel elementer (seperti elektron atau quark). Partikel elementer adalah potongan-potongan dawai yang bergetar. Setiap mode getaran sesuai dengan muatan dan massa partikel. Dalam pemahaman teori string saat ini, dawai-dawai tidak “terbuat” dari apapun, karena mereka adalah konstituen fundamental dari materi. Penggantian partikel elementer dengan dawai mikroskopis yang bergetar membawa konsekuensi luar biasa. Satu-satunya kerangka yang konsisten untuk mendeskripsikan dawai menyiratkan sebuah dunia yang memiliki 10 atau 11 dimensi, dengan 6 atau 7 dimensi di antaranya adalah gulungan dimensi mikroskopis. Dimensi ekstra itulah yang menentukan sifat-sifat dunia tempat tinggal kita, sedangkan 4 dimensi yang lebih besar adalah ruang (panjang, lebar, tinggi) dan waktu.

Kredit: John Pierre

 
Ilustrasi di atas menggambarkan mode string tertutup yang merupakan karakteristik dari spin-2 graviton tak bermassa (partikel yang memediasi gaya gravitasi). Inilah salah satu karakteristik teori string yang paling menarik, karena memasukkan gravitasi sebagai salah satu interaksi fundamental.
 
Ruang-waktu pada 10 dimensi teori string diamati sebagai ruang-waktu 4 dimensi normal yang telah kita kenal. Teori string ingin menghubungkan 4 dimensi ruang-waktu dengan 6 dimensi lainnya untuk menggambarkan alam semesta kita yang sebenarnya. Oleh karena itu, para ilmuwan pengusung teori string menggulung 6 dimensi ekstra menjadi sebuah ruang yang begitu kecil. Jika ukuran ruang yang begitu kecil sejajar dengan skala dawai (10-33 cm), keberadaan 6 dimensi ekstra tidak dapat dideteksi secara langsung. Berarti kita akan kembali ke dunia 4 dimensi (ruang dan waktu) normal. Tetapi ada sebuah “bola” kecil dari ruang 6 dimensi yang terkait dengan setiap titik di alam semesta 4 dimensi kita, sebagaimana ditunjukkan dengan cara yang sangat skematis pada ilustrasi berikut!

Kredit: John Pierre

 
Sebagai sebuah teori “terpadu”, teori string mencoba mengurai keempat gaya yang berlaku di dunia. Salah satu solusi persamaan string adalah gaya yang terlihat seperti gravitasi, yang mendorong para fisikawan untuk melepas gagasan ruang dan waktu dan mempercayai dunia 10 dimensi, bukannya mempertanyakan jalur penelitian untuk teori terpadu yang seharusnya memandu mereka.
 
Teori string dianggap berhasil menjelaskan gravitasi dan memprediksi partikel super-simetris, meskipun hingga beberapa tahun yang lalu hanya sedikit berhubungan dengan teka-teki dalam fisika. Karena belum ada hasil atau prediksi konkret untuk membuktikannya, teori string tidak lebih dari sekadar konstruksi matematika yang menakjubkan.
 
Banyak hal yang berubah pada tahun 1996. Ilmuwan Andrew Strominger dari Institute for Theoretical Physics di Santa Barbara dan ilmuwan Cumrun Vafa dari Harvard University, menggunakan teori string untuk “mengkonstruksi” sebuah lubang hitam jenis tertentu dengan cara yang hampir mirip untuk membuat sebuah atom hidrogen melalui persamaan yang diturunkan dari mekanika kuantum (yang menjelaskan ikatan elektron ke proton).
 
Strominger dan Vafa mengkonfirmasi hasil penelitian Jacob Bekenstein dan Stephen Hawking pada akhir tahun 1970-an. Bekenstein dan Hawking menemukan bahwa jumlah entropi pada lubang hitam jenis tertentu sangat besar. Hasil yang mengejukan, karena tidak ada yang dapat memahami (dan perhitungannya juga tidak memberikan wawasan apa pun) bagaimana sebuah objek sederhana seperti lubang hitam (yang bisa dikarakterisasi dengan massa dan putarannya), dapat memiliki entropi dalam jumlah yang begitu besar.
 
Setelah menerapkan teori string untuk mengkontruksi sebuah lubang hitam jenis tertentu, Strominger dan Vafa memperoleh nilai akurat entropi yang diprediksi oleh Bekenstein dan Hawking. Penemuan yang menggemparkan komunitas fisika! Untuk pertama kalinya, hasil penelitian menggunakan “fisika klasik” ternyata dapat terwujud setelah teori string diterapkan. Meskipun lubang hitam Strominger dan Vafa memiliki sedikit kesamaan dengan lubang hitam supermasif yang bersemayam di pusat galaksi, perhitungan terbaru ini menggambarkan hubungan antara teori string dan gravitasi, termasuk fisika yang mendasarinya.
 
Belum ada yang tahu apakah teori string adalah sebuah teori pamungkas atau “theory of everything”, jika memang benar ada hal semacam itu. Namun potensi luar biasa yang ia sembunyikan, menjadikan teori string sebagai pelopor terkuat untuk menjelaskan sifat-sifat alam semesta hingga abad berikutnya. Pelopor dan ilmuwan terkemuka teori string, Edward Witten, menyatakan: “Teori string adalah bagian dari fisika abad ke-21 yang secara kebetulan jatuh ke abad ke-20”.
 
Ditulis oleh: Staf imagine.gsfc.nasa.gov
 
Sumber: Superstrings
 
#terimakasihgoogle dan #terimakasihnasa