Alam semesta ini penuh hal random dan chaos bukan? Ya, dan tidak. Di balik semua yang random ini ada keteraturan yang tersembunyi. Untuk menemukan keteraturan itu, kita harus ‘menyibak tabir’ dari sekadar hal-hal yang tampak di permukaan. Di sana kita akan menemukan simetri.
“It is only slightly overstating the case to say that physics is the study of symmetry.” – Phil Anderson, pemenang Nobel Fisika 1977.
The Universe In The Rearview Mirror: How Hidden Symmetries Shape Reality
Dave Goldberg
Plume (2014)
330 hal
Kalau mengamati buku-buku fisika populer yang banyak beredar, biasanya kalau membahas yang mikro (atom, kuantum) seringnya paling jauh membahas sampai ke quark, jarang nemu yang membahas sampai macam-macam partikel fermion, boson, dan spin-spinnya masing-masing. Buku ini membahas yang lebih dalam lagi, yaitu simetri-simetri yang mengatur mereka. Karenanya buku ini bagi saya sangat menarik karena membahas sesuatu yang baru saya ketahui. Bahasanya sih ringan, tidak ada rumus selain E=mc^2, banyak bercanda di sana-sini, tapi topiknya sangat dalam.
Dave Goldberg adalah profesor astrofisika lulusan Princeton yang sekarang bekerja di Drexel University, Philadelphia. Selain mengajar, ia juga aktif dalam komunikasi publik bidang ilmu fisika melalui akun twitter @askaphysicist, blog, menulis buku dan artikel fisika populer, juga melalui wawancara-wawancara radio atau podcast.
Saya menduga pak Goldberg ini seorang nerd-geek penggemar berat sci-fi, karena di dalam buku ini dia banyak sekali mengambil contoh atau menyebutkan karakter dari film-film Star Trek, Star Wars, Marvel, Doctor Who, buku Ursula K.le Guin, bahkan game Dungeons & Dragons dalam menjelaskan fenomena fisika. Tapi pada saat yang sama ia juga ‘tersiksa’ dengan berbagai ketidakakuratan penggambaran hukum-hukum fisika di buku dan film-film sci-fi itu.
“It is generally a bad idea to watch science fiction in the hopes of bolstering your understanding of science,” katanya. Hehehe…
Apa saja misalnya? Ia membahas tentang Gulliver dan Liliput, juga Spiderman dan hubungannya dengan gaya gravitasi. Kekuatan gaya gravitasi yang bekerja pada benda kecil tidak sama dengan yang bekerja pada raksasa. Spiderman, dengan ukuran manusia, tidak mungkin dapat bergerak selincah laba-laba, karena ia harus menghadapi gaya gravitasi yang jauh lebih besar. “The act of scaling (mengubah skala) is not a symmetry”.
Di bab lain ia membahas tentang teleportasi. Yang suka nonton Star Trek pasti hafal mesin transporter di kapal Enterprise yang bisa meneleportasi kapten Picard dan kru-nya turun ke planet-planet. Tapi kata Goldberg, ketidakpastian dunia kuantum membuat teleportasi tidak semudah itu, karena spin partikel-partikel ini beda-beda, alias tidak simetri. Meneleportasi satu partikel saja bisa menghasilkan partikel dengan spin yang berbeda, apalagi tubuh manusia yang terdiri dari -/+7×10^27 atom. Bisa saja semua partikelnya diteleportasi, tapi apakah hasilnya ‘manusia’ yang sama? Belum tentu. Bisa jadi di ujung sana hanya menjadi ‘onggokan partikel’ yang berbeda.
Sambil membaca buku ini sebetulnya saya merasa alurnya agak meloncat-loncat. Tadinya saya pikir “oh mungkin karena saya bukan orang fisika, jadi banyak yang kurang paham”. Eh ternyata pas baca review Sabine Hossenfelder (fisikawati Jerman) tentang buku ini, ternyata komentarnya sama, bahwa bukunya kurang terorganisir dengan baik sehingga pembaca jadi bingung.
Tapi saya malah terpikir penyebabnya sesuatu yang lain: orang-orang pinter ini kadang-kadang dalam menjelaskan bidang keahliannya, saking asyiknya dia lupa kalau lawan bicaranya tidak bisa melihat alur pikirannya. Di dalam kepalanya, jalur pikirannya logis-logis aja dari A ke B terus langsung ke E karena menurutnya C & D nggak terlalu penting jadi bisa dilewat, tapi lawan bicaranya (atau pembacanya) tidak bisa mengikuti. Ibaratnya jalan pikiran mereka sat set pakai motor balap, sementara yang baca (saya, maksudnya) naik becak, jadi jauh ketinggalan nggak bisa liat dia beloknya ke mana. Bayangkan seperti Spencer Reid di Criminal Minds, yang kalau udah nyerocos bikin temen-temennya frustrasi…hehehe. Makanya buku ini saya baca pelan-pelan supaya bisa mengikuti (makanya reviewnya juga lama!).
OK balik lagi ke simetri.
Simetri dalam bahasa sederhana bisa diartikan sifat ‘sama’ atau ‘cerminan’ diri/objek tersebut. Pada intinya simetri merupakan sifat fundamental yang dimiliki berbagai hal yang tidak berubah dalam transformasi.
Seperti yang saya tulis dalam review buku Mario Livio “The Equation That Couldn’t Be Solved”, simetri itu ada banyak macamnya, tidak hanya simetri lipat dan simetri putar yang kita kenal di bangku sekolah. Buku Goldberg menjelaskan macam-macam simetri yang mendasari berbagai fenomena fisika. Disebutkan 3 kelompok besar simetri dalam fisika yaitu Discrete Symmetries, Continuous Symmetries, dan Gauge Symmetries, serta macam-macam simetri yang termasuk di masing-masingnya, yang mengatur bagaimana suatu hukum fisika bekerja.
Satu bab dikhususkan untuk membahas Emmy Noether, matematikawati Jerman, the ‘unsung heroine’ dalam usaha panjang manusia memahami semesta. “Jangankan awam, mahasiswa fisika sendiri banyak yang nggak tahu tentang Emmy Noether,” tulis Goldberg menyayangkan. Padahal, mengutip fisikawan Lee Smolin, “Hubungan antara simetri dan hukum-hukum kekekalan dalam fisika (yang ditemukan oleh Noether) adalah salah satu penemuan terbesar dunia fisika abad 20.”
Berdasarkan teorema Noether, kekekalan energi adalah konsekuensi dari ‘time invariance’ atau ‘tidak berubah terhadap waktu’; kekekalan momentum adalah konsekuensi dari ‘spatial invariance’ atau ‘tidak berubah terhadap ruang’; dan kekekalan momentum sudut (angular momentum) adalah konsekuensi dari ‘rotational invariance’ atau ‘tidak berubah terhadap rotasi’.
Temuan Noether menjelaskan mengapa simetri ada di mana-mana di setiap hukum fisika. Simetri bukan sekadar sesuatu yang indah dan elegan, justru eksistensi simetri itulah yang memunculkan hukum-hukum dan aturan dalam semesta.
Ada beberapa hal menarik yang ingin saya soroti dari buku ini:
1. Goldberg menunjukkan bahwa berbagai penemuan penting dalam fisika bukan sekadar ‘menemukan rumus baru’, melainkan muncul dari kesadaran bahwa hal-hal yang tampak berbeda itu ternyata dalam kenyataannya sama. Contohnya ketika Maxwell menunjukkan bahwa listrik dan magnet itu ternyata sebenarnya satu saja yaitu elektromagnetik. Einstein menunjukkan bahwa ruang dan waktu itu satu saja, spacetime, tidak berdiri sendiri-sendiri. Hal ini juga yang membuat fisikawan tidak berhenti mencari ‘grand unified theory’ atau ‘theory of everything’ untuk menyatukan general relativity & quantum, berdasarkan keyakinan bahwa seperti yang sudah-sudah, ini juga ‘two sides of the same coin’.
2. Simetri menjadi panduan fisikawan menemukan partikel-partikel yang eksistensinya diprediksi oleh teori Standard Model. Untuk theory of everything, panduannya adalah ‘supersymmetry’.
3. Segala sesuatu di semesta ini muncul karena ‘slightly imperfect symmetry’, terutama dalam urusan gaya nuklir lemah. The symmetry was broken. Kalau perfect symmetry, segala materi semesta ini nggak akan ada karena partikel dan antipartikel saling menghilangkan.
4. Ini buku fisika, ditulis profesor fisika, tapi hal-hal tertentu yang ditulisnya lebih sering saya dapatkan dari para sufi, mystic, dan tokoh spiritual. Contohnya:
– semua massa di alam semesta ini tidak lain adalah hanya ilusi. Massa muncul dari interaksi energi. (Jadi diri kita ini juga, ya.. sekumpulan energi yang setiap saat berinteraksi)
– di level kuantum, kita tidak bisa membedakan antara partikel ini dan partikel itu. “It’s all one,” kata Goldberg.
Kalau ada satu pelajaran penting yang bisa saya ambil dari buku ini adalah, jangan terlalu fokus dengan permukaan. Bukalah ‘hijab’nya satu demi satu sampai bertemu kebenaran yang sesungguhnya.
Menarik bahwa pencarian manusia lewat ilmu pengetahuan, juga menemukan hal-hal yang sama dengan apa yang sering disampaikan dalam spiritualitas. Jadi jangan malah gontok-gontokan saling adu merasa paling benar dan meremehkan yang lain, toh masing-masing juga mencari hal yang sama, yaitu ‘kebenaran’. Bedanya, ilmuwan ingin tahu secara eksak, tidak hanya sebatas ‘percaya’. Kesombongan dan menolak belajar malah menutup kita dari menemukannya.
Mari mencari bersama-sama melalui jalannya masing-masing.
