Brane Worlds

Pendahuluan

Sebuah buku menarik telah saya baca. “The Fabric of the Cosmos”. Sebuah komentar mengatakan “Another Hawking, only better” untuk sang penulis. Dialah Brian Greene dari Columbia University yang juga penulis “The Elegant Universe” yang menjadi best seller. Tidak hanya buku, sebuah tiga episode film berjudul sama, “The Elegant Universe” diproduski oleh NOVA dan PBS dan bisa di tonton online di internet. Bagi yang lebih menyukai menonton film ketimbang membaca buku, Film ini sangat bagus dan lebih mudah dimengerti. Rasa takjub saya kepada alam semesta bertambah dan membuat saya berpikir panjang.

Sempat saya angkat sedikit tulisan saya ke sebuah mailing list di internet, dan mendapatkan banyak tanggapan. Sungguh sebuah topik yang sangat serius dan menggugah siapa pun untuk ikut serta dalam diskusi panjang dan meluas hingga kepada agama.

Tulisan ini merupakan rangkuman dari beberapa buku fisika yang saya baca namun saya berusaha untuk menggunakan bahasa yang sederhana agar mudah dimengerti dan berharap bisa menjadi sebuah referensi sederhana bagi siapa pun.

Fisika Klasik

Perjalanan kita dimulai dari sebuah kecelakaan di masa lampau yang menimpa kepala seorang pemikir terkenal. Sebuah apel jatuh dari pohonnya dan memberi ide kepada Isaac 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 Isaac Newton mengenai forsa gravitasi dalam bukunya yang tekenal “Principia of Mathematica” masih digunakan orang hingga sekarang untuk meluncurkan roket mengelilingi bulan dan mengirimkan rover ke planet Mars.

Newton berhasil merubah 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.

Fisika Relativitas Umum

Dr. Albert Einstein

Dari sebuah kantor paten di Swiss, 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 mematuhui 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.

Fisika Quantum

Mulai dari sini tulisan saya akan lebih rumit untuk diikuti, saya pun menemukan kesulitan dalam menuliskannya. 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.

James Clerk Maxwell

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.

Sementara itu Neils Bohr memperkenalkan model atomnya yang diterima dengan baik, yaitu bahwa atom terdiri dari inti, inti terbentuk dari proton yang bermuatan positif dan neutron yang bermuatan netral, di sekitar inti mengorbit electron yang bermuatan negatif.

Di sinilah orang mulai berpikir pada semesta yang sangat kecil. Untuk mengerti perilaku alam semesta secara keseluruhan, maka orang harus mengerti interaksi antar partikel. Penelitian ini menghantarkan orang pada alam sub-atomic. Disinilah lahirnya fisika quantum.

Jika Teori Relativitas menjelaskan alam semesta dalam ukuran besar, maka fisika quantum menjelaskan alam semesta dalam ukuran sangat kecil.

Namun terjadi sebuah kontradiksi. Pada ukuran alam yang sangat kecil ini, gravitasi bagaikan tidak punya gigi. Maksudnya, forsa gravitasi tidak memiliki peran sama sekali dalam reaksi antar partikel. Malahan, fisikawan berhasil menemukan forsa fundamental lainnya, yaitu forsa nuklir Kuat (Strong Nuclear Force) yang merekatkan inti atom pada tempatnya, dan forsa nuklir lemah (Weak Nuclear Force) yang menyebabkan peluruhan atom atau radiasi.

Sejauh ini telah ditemukan seluruh forsa fundamental alam. Mereka adalah forsa gravitasi, forsa electromagnetic, forsa nuklir kuat dan forsa nuklir lemah. Ditinjau dari kekuatan energi-nya, maka forsa nuklir kuat adalah yang terkuat. Ini telah dibuktikan dengan dibuatnya bom atom. Peledakan bom atom adalah sebuah pelepasan energi forsa nuklir kuat yang disebabkan oleh pemisahan partikel pada inti atom. Pemecahan inti atom ini membuat luruhnya (radiasi) atom yang energi-nya (energi forsa nuklir lemah) masih dapat dideteksi hingga sekarang.

Forsa gravitasi adalah yang terlemah di antara ketiganya. Bila dibandingkan dengan forsa EM saja, maka forsa EM trilyunan kali lebih kuat. Forsa Gravitasi hanya dapat dirasakan pada benda-benda ber-massa sangat besar seperti planet dan bintang. Pada alam quantum, forsa gravitasi tidak memiliki pengaruh, karena kekuatan forsa ini terlalu kecil untuk diperhitungkan.

Sebuah dilema dan masalah serius bagi fisikawan. Unification mengalami kendala.

Pada kesempatan lain, Roger Penrose dan Stephen Hawking mendalami sebuah fenomena alam, yaitu keruntuhan bintang. Sebuah bintang dapat runtuh bila setiap partikel yang membentuknya kehilangan energi. Electron yang kehabisan energi akan jatuh ke inti atom. Ukuran atom mengkerut sangat signifikan sehingga ukuran bintang itu pun mengkerut ke ukuran yang sangat kecil. Namun demikian, forsa gravitasi tidak berubah. Singkatnya, pada ukuran yang sangat kecil ini, forsa gravitasi sangat kuat. Ruang terlengkungkan ke ukuran tak hingga.

Demikian kuatnya forsa gravitasi hingga cahaya pun tidak dapat lolos. Bila cahaya tidak dapat lolos, maka kita tidak mungkin bisa melihat bintang runtuh tersebut. Keberadaan bintang runtuh ini hanya dapat dilihat dengan memperhatikan daerah hitam gelap di langit yang memiliki gravitasi kuat. Oleh kerenanya bintang runtuh lebih sering disebut lubang hitam (black hole).

Cahaya, atau partikel cahaya yang disebut photon yang jatuh ke dalam lubang hitam tidak akan dapat lolos. Namun pada jarak tertentu dari inti lubang hitam dimana forsa gravitasi tidak terlalu kuat sehingga cahaya masih dapat bertahan untuk tidak jatuh namun terlalu lemah untuk bisa lolos, maka cahaya tersebut hanya dapat melayang-layang di situ. Jarak ini disebut horizon peristiwa (event horizon). Dinamakan demikian karena dipercayai jika cahaya berhenti bergerak, maka waktu setempat ikut berhenti.

Singularitas dan Penciptaan Alam Semesta

Saya rasa perlu untuk meninjau bahasan ini. Tujuan akhir fisika adalah untuk mengerti perilaku alam semesta, bagaimana terciptanya dan untuk apa diciptakan. Pertanyaan terakhir terdengar seperti keinginan manusia untuk mengerti pikiran Tuhan. Namun apabila memang Tuhan menciptakan alam ini dengan alasan khusus, maka jawabannya tentu saja dengan harus menjawab terlebih dahulu pertanyaan bagaiman alam semesta ini diciptakan.

Penrose memberi ide kepada Hawking mengenai asal-usul alam semesta. Ditambah dengan Sebuah pengamatan mengenai alam semesta yang mengembang, menyimpulkan bahwa suatu saat di masa lampau, alam semesta ini berukuran sangat kecil. Hawking menegaskan bahwa alam semesta ini berawal dari sebuah titik tunggal sangat kecil. Sebuah singularitas.

Singularitas berasal dari kata singular atau sebuah kondisi “tunggal”. Di titik awal terbentuknya ruang-waktu ini, seluruh forsa fundamental alam seharusnya masih berupa satu forsa tunggal. Kemudian seperti halnya ledakan bom nuklir, pecahnya sebuah forsa tunggal ini menjadi empat forsa alam menghasilkan ledakan yang Maha dahsyat, yang disebut “Big Bang”.

Big Bang adalah peristiwa penciptaan alam semesta ini. Sebuah peristiwa terpecahnya sebuah forsa tunggal menjadi 4 forsa fundamental.

Alam mengembang hingga sekarang dan membentuk bintang dan planet.

Penemuan lubang hitam bagaikan melihat Big Bang dari arah terbalik. Lubang hitam adalah singularitas. Maka untuk mengerti bagaimana alam semesta ini diciptakan, adalah dengan menggabungkan keempat forsa yang ada. Sampai hingga fase ini, manusia sudah berhasil menggabungkan forsa EM dengan forsa nuklir lemah menjadi forsa elektrolemah (Electroweak Force). Juga elektrolemah digabungkan dengan forsa nuklir kuat menghasilkan sebuah framework yang diyakini sebagai “model standard” (Standard Model) dari sebuah teori pamungkas yang mampu menjelaskan asal usul alam semesta dalam sebuah teori tunggal; “Teori Segala Hal”, atau ”Theory of Everything (TOE)”

Relativitas VS Quantum 

Lubang hitam adalah sebuah momok bagi fisika saat itu. Dikala mereka melupakan forsa gravitasi karena dinilai terlalu lemah, di depan mata mereka terpampang peristiwa nyata mengenai penyatuan forsa-forsa tersebut ke dalam sebuah singularitas. Bagaimana sebuah obyek berukuran tak-hingga kecilnya menghasilkan gravitasi begitu besarnya? Bagaimana menjelaskan mekanika lubang hitam ini?

Teori Relativitas tidak berlaku di alam berukuran quantum karena pada teori ini forsa gravitasi sangat berperan dan hanya melibatkan benda-benda besar. Teori fisika quantum mampu menjelaskan alam sangat kecil ini namun ia tidak bisa melibatkan forsa gravitasi.

Kesimpulannya, fisika runtuh di lubang hitam. Benar-benar sebuah lubang hitam yang sangat gelap karena tidak ada satu pun perangkat ilmu yang mampu menjelaskannya.

Strings Theory

Agak kembali sedikit ke masa lampau, saat hampir semua fisikawan berbondong-bondong menyelidiki fisika quantum, ada sebagian kecil, mungkin boleh dikatakan, satu atau dua orang saja yang tersisa dari seluruh ilmuwan yang ada di dunia ini yang tidak mengikuti jejak rekan-rekan yang lainnya.

Saat semua orang beranggapan bahwa wujud atom dan partikel berbentuk menyerupai titik atau bola, maka sebagian kecil ilmuwan ini menemukan kemungkinan lain dari persamaan matematis yang membawa mereka pada ide liar bahwa kesalahan fisika selama ini terletak pada ‘bentuk’. Kita telah keliru memandang partikel berbentuk bola. Mereka menemukan bahwa pertikel berbentuk tali atau string.

Lalu apa implikasinya jika pertikel fundamental berbentuk string?

String berukuran sangat kecil, yaitu berjuta-juta kali lebih kecil dari quark. Untuk membayangkan ukuran string yang sangat kecil ini, bayangkanlah bila sebuah atom adalah tata surya kita, maka sebuah string berukuran sebuah pohon di bumi. String super kecil ini yang saking kecilnya dianggap hanya memiliki panjang saja (satu dimensi-ruang) bergetar dan variasi getarannya itulah yang menghasilkan apa yang kita amati sebagai partikel-partikel. Para pengusung teori string ini mengatakan bahwa string adalah satu-satu nya bahan dasar pembentuk ruang dan waktu. Yang kita amati sebagai beraneka ragam partikel itu sebenarnya adalah hasil variasi getar string-string yang sama.

Dengan demikian maka perhitungan atau persamaan matematikanya menjadi berubah sama sekali. Alam fisika quantum yang tadinya mengabaikan forsa gravitasi sekarang dapat menerima forsa gravitasi tersebut sebagai bagian dari persamaan matematisnya. Atau boleh dikatakan telah ditemukan forsa gravitasi di alam quantum. Fisika relativitas dan fisika quantum berhasil disatukan. Teori string diduga kuat sebagai teori pamungkas yang dicari, sebuah teori tunggal yang mampu menjelaskan perilaku alam semesta ini; sebuah teori segala hal.

Bagaimana hal ini bisa terjadi? Bagaimana forsa gravitasi ditemukan dalam persamaan matematika fisika quantum? Untuk menyinggung ini, perlu kita kilas balik sedikit sekelumit sejarah panjang perkembangan teori string.

Teori string tidak terjadi dalam semalam saja. Diawali di tahun 1968, oleh seorang fisikawan muda asal Italy, Gabriele Veneziano, sekarang bekerja untuk CERN, yang mempelajari persamaan matematis yang menjelaskan forsa nuklir kuat. Ditemukannya persamaan ini membuka jalan pada penelitian forsa tersembunyi di inti atom. Kemudian penelitian menggugah ilmuwan lainnya, Leonard Suskind dari Stanford University yang melihat bahwa persamaan tersebut mengindikasikan sesuatu yang tersembunyi, sebuah partikel yang memiliki struktur internal yang bisa melendut dan meregang. Partikel ini bukan berbentuk titik atau bola, namun berbentuk string yang secara alami bergerak lentur. Temuannya ini sempat tidak mendapat tanggapan dari fisikawan lainnya.

 

John H. Schwarz dan Michael B. Green (Pictures from NOVA)

Adalah seorang fisikawan yang melanjutkan penelitian mengenai string ini, di tahun 1973, yaitu John H. Schwarz dari California Institute of Technology, mengemukakan bahwa jika string ini benar, maka string akan mampu menjelaskan banyak misteri alam ini. Schwarz berhasil menarik perhatian para ilmuwan dunia dan orang mulai banyak bergabung mendalami teori radikal ini.

Namun teori string mengalami kendala besar. Yaitu terdapat beberapa anomali pada perhitungan atau persamaan matematisnya. Pertama, teori string melibatkan sebuah partikel bermassa nol dan partikel tachyon, yaitu partikel yang bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya. Telah disinggung sebelumnya bahwa Teori Relativitas tidak membenarkan adanya obyek yang bergerak melebihi kecepatan cahaya. Teori string sekali lagi nyaris turun pamor.

Michael B. Green dari Cambridge University bergabung dengan Schwarz untuk mengkaji dan membedah persamaan matematis teori string ini lebih dalam. Di tahun 1984 Mereka berhasil meniadakan anomali tersebut. Mereka menemukan bahwa partikel aneh yang menjadi momok teori ini sebenarnya adalah “graviton” yaitu partikel untuk forsa gravitasi. Peristiwa sangat bersejarah ini dikenal sebagai salah satu yang menggemparkan dunia. Schwarz dan Green menemukan forsa gravitasi dalam persamaan mereka. Mereka berhasil gemilang meniadakan anomali.

Lebih banyak lagi orang ikut bergabung melanjutkan perjuangan Schwarz dan Green hingga kemudian sebuah kendala besar dihadapi mereka kembali, yaitu:

1. Teori string melibatkan dimensi extra.
   Seperti yang kita kenali bersama bahwa kita hidup di alam dengan 3 dimensi-ruang yaitu panjang, lebar, dan tinggi ditambah 1 dimensi waktu menjadikan total = 4 dimensi ruang-waktu. Namun string harus bergerak di lebih dari 3 dimensi ruang itu. String harus bergerak di 9 dimensi ruang. Sehingga menurut teori string, alam yang kita tempati ini sebenarnya memiliki 10 dimensi ruang waktu.
   
   
   Lalu dimana ke-enam dimensi ruang lainnya? Mengapa kita tidak bisa melihat atau merasakannya? Sekali lagi Kaluza dan Klein mengajukan bahwa 6 dimensi ruang ini berukuran sangat kecil sehingga tidak bisa teramati.
   
   
   Namun kemudian orang mulai menerima kehadiran dimensi ektra ini karena memang HARUS ada dimensi extra di alam ini bagi string untuk wujud. Dimensi extra adalah sebuah temuan fenomenal.
    
2. Terdapat 5 teori string.
   Ini merupakan masalah besar. Bagaimana sebuah teori segala hal hadir dalam 5 variasi? Setiap teori sama-sama benar namun memiliki perbedaan mendasar pada persamaan matematisnya.

Strings / M-Theory

Edward Witten (Picture from NOVA)

Barulah Pada tahun 1995, pada konvensi fisika sedunia, seorang fisikawan yang kemudian menjadi sangat terkenal, yaitu Edward Witten, dari Institute for Advance Study, mempublikasikan papernya. Edward Witten dijuluki sebagai orang tercerdas di planet bumi ini dan mendapat julukan “the true successor of Einstein”, ia berhasil menggabungkan ke-lima teori string menjadi sebuah teori tunggal yaitu M-Theory.

Witten mengemukakan bahwa kelima teori string itu sebenarnya hanyalah ragam cara melihat suatu hal yang sama. Kita bagaikan berada dalam ruangan gelap gulita dan saling meraba seekor gajah yang sama di depan kita. Sebagian meraba kepalanya, sebagian meraba kakinya, sebagian meraba belalainya dan sebagian meraba badannya, begitu Edward Witten memberikan penerangan di dalam ruangan, barulah orang menyadari bahwa sebenarnya mereka semua meraba seekor gajah yang sama.

Penerangan yang dibawa oleh Witten dalam M-Theory nya ini adalah dengan menghadirkan sebuah dimensi ruang tambahan ke dalam hitungan matematis teori string. Seluruh persamaan menjadi klop dan semuanya mejadi masuk akal. Kini alam kita diyakini oleh string/M-theory memiliki 10 dimensi ruang menjadikannya total 11 dimensi ruang-waktu.

Edward Witten tidak menyebutkan kepanjangan dari “M” itu.

Braneworlds 

M-theory mengemukakan bahwa:

1. String merupakan tali super kecil yang memiliki panjang saja (1 dimensi) dengan kedua ujungnya terbuka (open loop).
2. Terdapat string yang melar hinga memiliki panjang dan lebar (2-dimensi), membentuk membrane (disingkat, “brane”) atau sebuah lembaran super tipis. Kita sebut ini sebagai 2-brane. Sedangkan string 1 dimensi disebut dengan 1-brane.
3. Kedua ujung string 1-brane harus melekat / bertumpu pada 2-brane.

Perbedaan signifikan terjadi setelah hadirnya M-Theory adalah bahwa orang mulai meninggalkan gambaran dimensi extra yang terpilin sangat kecil itu. M-Theory memberi gambaran pada kemungkinan yang berlawanan, yaitu bahwa dimensi-ruang extra itu berukuran sangat besar. Kita mungkin hidup di alam semesta 3 diemensi-ruang yang berada di dalam sebuah dimensi-ruang yang lebih besar lagi. Bahwa alam semesta kita berupa membrane 3 dimensi ruang atau 3-brane, dan alam 3-brane kita berada di dalam alam berdimensi lebih tinggi – yaitu alam 4 dimensi-ruang atau 4-brane.

Agar lebih mudah mengerti konsep membrane ini, bayangkanlah bahwa layar televisi anda adalah sebuah dunia dua dimensi. Pemain film di dalam televisi hidup di alam dengan 2 dimensi-ruang saja (hanya memiliki dimensi panjang dan lebar) mereka tidak memiliki dimensi ruang ke-tiga. Mereka tidak tau dan tidak menyadarinya. Jarak antara mata anda ke layar televisi adalah sebuah dimensi-ruang ke-tiga yang tidak dimiliki alam dalam televisi itu. Atau boleh saya dikatakan bahwa untuk menemukan dimensi extra, maka makhluk yang hidup di dimensi layar televisi harus keluar dari layar televisi tersebut.

Sampai tahap ini apakah anda sudah bisa membayangkannya? Sekarang coba bayangkan alam semesta kita adalah layar televisi tersebut. Televisi dengan 3 dimensi ruang. Maka jarak antara pengamat lain di luar televisi ke layar televisi itu adalah dimensi ruang ke-empat yang tidak dimiliki oleh alam kita. Alam di luar alam kita adalah sebuah alam semesta yang memiliki 4 dimensi-ruang.

Sekarang bayangkan bila alam semesta dengan 4 dimensi-ruang itu adalah sebuah layar televisi. Maka jarak antara pengamat lain di luar televisi ke layar televisi itu adalah dimensi ruang ke-lima yang tidak dimiliki oleh alam 4 dimensi-ruang.

Demikian seterusnya.

Marilah kita lanjutkan membayangkan dengan cara yang sama ke alam semesta kita.

Alam semesta kita yaitu 3-brane berada di membrane yang lebih tinggi; 4 brane. Atau boleh saya katakan alam 3-brane kita dibungkus oleh alam 4-brane. M-Theory mengatakan bahwa alam 3-brane kita memiliki kemungkinan exist berdampingan dengan alam 3-brane lainnya (parallel universe). Ada berapa banyak parallel universe? Tidak ada yang tau.

Lalu dimana dimensi 5, 6, 7, 8, 9, dan 10?

Mari kita lanjutkan lagi membayangkannya. Bila alam 3-brane dibungkus alam 4-brane, maka:

Alam 3-brane dibungkus oleh alam 4-brane (lapis 1)

Alam 4-brane dibungkus oleh alam 5-brane (lapis 2)

Alam 5-brane dibungkus oleh alam 6-brane (lapis 3)

Alam 6-brane dibungkus oleh alam 7-brane (lapis 4)

Alam 7-brane dibungkus oleh alam 8-brane (lapis 5)

Alam 8-brane dibungkus oleh alam 9-brane (lapis 6)

Alam 9-brane dibungkus oleh alam 10-brane (lapis 7)

Alam semesta kita dibungkus oleh alam lainnya yang berdimensi-ruang lebih tinggi. Dan di setiap membrane terdapat parallel universe.

String terbuka (opened-loop string) yang kedua ujungnya tertambat pada membrane. (Picture from NOVA)

Graviton 

M-Theory diterima luas sebagai teori elegan dengan keindahan matematika tingkat tinggi. Inilah sebuah wujud pencapaian peradaban manusia terkini.

Untuk melengkapi pemaparan saya, saya akan singgung sedikit lagi kelanjutan atau perkembangan dari teori ini.

String tertutup (closed-loop string) (Picture from NOVA) 

String dipercaya memiliki bentuk open-loop atau kedua ujungnya terbuka dan menumpu pada membrane lain. Namun diyakini ada pula string dengan ujungya saling bertautan (besambung) sehingga membentuk closed-loop. Dengan ujung yang tidak bebas ini maka string jenis ini tidak bisa bertumpu pada membrane. Jenis string seperti ini bebas melayang ke ruang mana saja dan menyebrang ke membrane lain. String dengan closed-loop ini adalah Graviton.

Masih ingat forsa gravitasi yang dianggap paling lemah diantara forsa yang lainnya? Dengan sifat graviton yang bebas itu maka forsa gravitasi sesungguhnya sangat kuat, bahkan mungkin sama kuatnya dengan forsa Electromagnetic. Ia tampak lemah karena sebagian kekuatan forsa gravitasi mampu menyebrang ke brane lainnya dengan bebas.

Graviton adalah satu-satunya partikel saat ini yang diyakini bebas bergerak menyebrang ke membrane lainnya. Forsa lainnya tidak bisa meninggalkan suatu membrane. Sehingga tidak mungkin kita bisa melihat alam brane lain atau parallel universe karena cahaya tidak dapat keluar dari membrane. Forsa nuklir kuat, forsa nuklir lemah, Electromagnetic dan cahaya terperangkap di dalam sebuah membrane.

Satu hal yang menjadi perhatian dunia adalah membuktikan keberadaan string melalui percobaan laboratorium. String adalah teori elegan yang belum terbukti melalui experimen. Namun dengan syarat yang ditentukan oleh teori ini sendiri, terbuka peluang untuk membuktikannya dan upaya pembuktian ini menjadi prioritas utama. Antara lain adalah sedang berjalannya usaha bersama antara Massachusetts Institute of Technology (MIT) dengan California Intitute of Technology (CIT) dan didanai oleh The National Science Foundation membangun sebuah Observatory raksasa yang bukan berbasis cahaya maupun radio, melainkan berbasis forsa gravitasi. Harapannya adalah terdeteksinya graviton yang muncul semerta-merta membawa signature dari alam semesta membrane lain. Wahana ini dinamakan Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO). Juga direncanakan untuk dibangun Versi luar angaksa dari LIGO, adalah Laser Interferometer Space Antenna (LISA).

Ilustrasi Graviton bergerak meninggalkan membrane (picture source: NOVA)

Usaha lainnya sedang dilakukan Fermilab, sebuah laboratorium di Illinois yang memiliki atom smasher, yaitu sebuah Akselerator Partikel yang berfungsi untuk mempercepat inti atom hydrogen dalam suatu lintasan sepanjang 4 mil untuk kemudian ditabrakkan dengan inti atom Hydrogen lain ujung lintasan. Inti atom yang ditabrakkan akan terpecah dan menghasilkan siraman partikel-partikel yang lebih kecil. Sebelum M-Theory, ilmuwan hanya berusaha mengindentifikasi siraman partikel-partikel baru tersebut, namun kali ini mereka berusaha mendeteksi partikel graviton yang muncul saat terjadi tabrakan. Namun graviton akan muncul hanya sekejap karena graviton yang berdiri sendiri akan langsung menyeberang ke membrane lain. Graviton yang muncul dan hilang hanya dalam sekejap ini tidak akan memberi kesempatan pengamat untuk mendeteksinya. Untuk mengatasi ini maka pendeteksian graviton ditandai dengan absen-nya partikel tersebut sesaat setelah tabrakan.

Fermilab (Picture source: NOVA)

Hal serupa akan disusul oleh sebuah atom smasher raksasa yang sedang dalam tahap pembangunan yang memiliki kekuatan 7 kali lebih besar dibandingkan dengan yang dimiliki Fermilab. Atom smasher dan Akselerator Partikel raksasa ini adalah milik CERN, Swiss.

Large Hadron Collider (LHC) milik CERN, akselerator partikel terbesar di dunia

(Picture source: NOVA)

Jutaan dollar telah dikeluarkan untuk pembangunan alat-alat raksasa tersebut dan mereka saling berlomba sebagai yang pertama kali menemukan graviton. Jika graviton ditemukan, maka teori string kukuh dan benar dengan seluruh impllikasinya; braneworlds yang meggambarkan alam semesta kita ini berlapis dengan 11 dimensi ruang-waktu adalah benar. Dan alam semesta ini bisa terjelaskan dengan sebuah teori tunggal, “Theory of Everything”.

Membranes (Picture from NOVA)

Zero-Brane

Perkembangan lain dari String/M-Theory adalah munculnya sekelompok ilmuwan yang menemukan kejanggalan atas statement bahwa string adalah satu-satunya ingredient atau bahan dasar pembentuk ruang dan waktu. Pertanyaan mereka adalah, jika string perlu ruang dan waktu untuk bergetar dan bergerak, bagaiman bisa mereka dinobati sebagai bahan dasar pembentuk ruang-waktu?

Jikapun harus ada bahan dasar yang paling fundamental yang membentuk ruang-waktu, maka entity ini haruslah tidak terikat oleh ruang-waktu, atau space-less and time-less entity . Entity semacam ini tidak mungkin berbentuk string, melainkan sebuah titik tanpa dimensi atau berdimensi nol; Zero-Brane Entity. Usulan ini patut mendapat perhatian karena usulan ini meng-klaim bahwa string bukanlah bahan fundamental pembentuk ruang waktu.

Zero-Brane yang berbentuk titik tanpa dimensi ini haruslah teratur menandai setiap titik pada ruang namun tidak terikat oleh ruang. Titik-titik teratur bagai grid. Teori ini dikenal sebagai Matrix Theory. “M” sebagai “Matrix” dari M-theory.

Kesimpulan 

Sampailah saya pada bab kesimpulan yang saya persiapkan untuk menyimpulkan serta memberi pendapat atau usulan kepada pembaca sebagai bahan pemikiran dan diskusi.

Dulu Stephen Hawking pernah bertanya, jika ruang dan waktu akan hancur suatu saat nanti dalam sebuah kehancuran besar atau Big Crunch maka dimana letak Tuhan? Hawking mendapat julukan atheis (tidak percaya Tuhan). Namun saya pun pernah menanyakan hal serupa. Seorang teman memperingatkan saya agar berhati-hati dan menghindari diri dari kekafiran. Tapi saya yakin kita adalah manusia ciptaan Tuhan yang diberi karunia otak yang berkemampuan mempertanyakan pertanyaan tersebut. Lalu kenapa harus jadi kafir karenanya?

Keyakinan dan rasa ingin tau saya, saya salurkan dengan mempelajari ilmu-ilmu kebatinan, fisika, serta melakukan wawancara kepada beberapa pemuka agama. Kesimpulan yang saya dapat adalah yang tertuang di dalam tulisan saya ini.

Orang mengatakan bahwa Tuhan itu lebih besar dari alam semesta ini. Ia tidak mungkin hancur oleh ciptaanNya sendiri. Benar! Saya setuju, lalu tentunya ada penjelasan logis yang menempatkan Tuhan di posisi yang Maha Besar itu.

Di alam semesta yang kita tempati ini, kita hidup di sebuah planet bernama bumi. Bumi dan planet-planet lannya mengorbit mengelilingi matahari. Ini sebuah tata-surya. Tata surya kita ini adalah satu dari milyaran tata surya lain dalam sebuah galaksi yang bernama bima sakti. Galaksi Bima sakti adalah satu dari milyaran galaksi lain dalam sebuah cluster galaksi. Dan cluster galaksi tersebut merupakan satu dari milyaran cluster galaksi lainnya. Seluas itulah alam semesta kita. Dan Bumi bagai sebuah debu yang sangat kecil. Perjalanan ilmu pengetahuan manusia telah melawati tapal batas alam semesta ini dan sekarang sedang berusaha menyeberang ke alam semesta lainnya yang berdimensi lebih.

Mampukah manusia menembus hingga 10-braneworlds (alam semesta paling tertinggi)? Apakah kita akan menemukan Tuhan di sana?

Ada ketentuan yang telah saya singgung di atas; Tuhan tidak mungkin terbelenggu oleh ciptaanNya sendiri. Tuhan tidak mungkin berada di dalam salah satu-pun ruang membrane/braneworlds. Tuhan tentunya juga tidak mungkin terikat oleh “waktu” yang diciptakannya sendiri. Tuhan adalah sebuah entity yang terbebas dari ruang dan waktu. Tuhan pastilah menguasai sebuah realm dimana ruang dan waktu tidak relevant; The Zero-Brane Entity.

Lain-lain

Ide untuk kajian-kajian lain memenuhi kepala saya saat itu, seperti; Bagaimana manusia bisa menyeberang ke alam brane lain sedangkan cahaya saja tidak mampu menembusnya? Bagaimana Malaikat hilir mudik dengan mudahnya dari satu brane ke brane yang lainnya Seberapa kuasanyakah manusia untuk bisa menguasai itu semua?

Dibawah ini adalah hasil diskusi saya bersama rekan-rekan saya;

Tidak ada partikel yang mampu pergi ke alam brane lain selain graviton. Bilapun mungkin ada partikel lain yang memiliki string tertutup (closed-loop), saat ini kita tidak mengetahuinya. Tapi katakanlah demikian, maka untuk bisa menyeberang ke alam brane lain adalah dengan cara membungkus diri kita dengan graviton. Teman saya memberi ide mungkin kita harus berubah wujud dulu menjadi suatu zat dengan string tertutup, barulah kita bisa pergi ke brane lain. Atau mungkin zat inilah yang disebut sebagai ruh? Ruh adalah sebuah zat dengan string tertutup? Ini berarti bahwa untuk pergi ke brane lain kita harus mati dulu?

Yang terbayangkan, entity dengan dimensi lebih sedikit (misalkan alam 3 dimensi-ruang kita), bila pergi ke alam yang berdimensi lebih banyak (misal alam berdimensi-ruang 4) akan kekurangan substance dan tidak akan berwujud di alam tersebut. Seperti cara membayangkan alam di dalam televisi yang orang di dalamnya keluar ke alam 3 dimensi, maka bagaimana bentuk orang yang hanya memiliki 2 dimensi itu berada di alam 3 dimensi ini?. Kita bisa bayangkan ia hanya akan berwujud lembaran sangat tipis dan tidak mungkin bisa exist di alam ini.

Begitu pula kita apabila ingin pergi ke alam brane lain yang lebih tinggi, maka tidak mungkin kita pergi utuh dengan jasad kita seperti apa adanya. Maka usulan yang terdengar paling tepat adalah dengan berubah wujud terlebih dulu menjadi zat yang mampu exist di alam brane manapun.

Dan katakanlah kita mampu berubah wujud menjadi zat netral tersebut, apakah kita masih bisa pergi ke Zero-Brane? Tidak. Mengapa? Karena zat kita itu akan masih memerlukan ruang dan waktu untuk exist.

Saya meyakini bila manusia menguasai braneworlds, maka manusia menguasai dan menyatu dengan alam. Pada tingkat kedewasaan seperti ini, seharusnya tingkat kebijaksanaan manusia sudah mencapai kesempurnaan yang diperlukan untuk bersatu dengan alam ini di semua tingkat brane. Tidak ada lagi dinding pemisah antara yang fisik dan yang metafisik. Manusia akan mampu mendengar tawa bintang, tangisan pohon, serta percakapan semut termasuk keluhan batu-batuan. Manusia akan memimpin alam ini secara total.

Saya tutup tulisan saya sampai disini. Semoga bisa terbangkitkan rasa ingin tau anda dan ikut mencari penjelasan atas kebenaran-kebenaran itu menurut cara anda sendiri.