LUBANG HITAM EDISI REVISI

London - Setelah hampir selama 30 tahun berkeyakinan bahwa lubang hitam (black hole) menelan dan menghancurkan segala sesuatu yang terperangkap di dalamnya, fisikawan antariksa Stephen Hawking berubah pikiran. Penulis buku Brief History of Time itu mengaku telah salah meletakkan argumen kunci tentang perilaku lubang hitam itu. Informasi-informasi yang ada dalam lubang hitam itu ternyata memungkinkan untuk melepaskan diri. Temuan barunya itu bahkan dapat membantu memecahkan paradoks informasi di lubang hitam yang selama ini menjadi teka-teki besar dalam fisika modern.

"Saya telah memikirkan permasalahan ini selama 30 tahun terakhir, dan saya kira kini saya telah memiliki jawabannya," kata matematikawan cacat amyothropic lateral sclerosis dari Universitas Cambridge itu. "Sebuah lubang hitam hanya muncul untuk membentuk diri tetapi belakangan membuka diri, dan melepaskan informasi tentang apa yang telah terjatuh ke dalamnya. Jadi, kita dapat memastikan tentang masa lalu dan mempediksikan yang akan datang". Profesor Hawking belum mau mengungkap perhitungan detil matematika di balik pemikiran terbarunya itu. Tetapi beberapa poin telah dibocorkannya dalam sebuah seminar di Universitas Cambridge. Temuan-temuan revisi itu rencananya baru akan dibeberkan Hawking dalam Konferensi Internasional ke-17 tentang Gravitasi dan Relativitas Umum di Dublin, Irlandia, 21 Juli mendatang. Curt Cutler, dari Albert Einstein Institute di Golm, Jerman, yang akan memimpin konferensi di Dublin, membenarkan bahwa Hawking telah meminta waktu khusus kepada dirinya menjelang akhir persiapan konferensi, "Dia mengirimkan catatan yang mengatakan,'Saya telah memecahkan paradoks informasi lubang hitam dan saya ingin mendiskusikannya'", ungkap Cutler. Apa yang tepatnya terjadi di dalam sebuah lubang hitam-sebuah zona di ruang angkasa tempat bahan-bahan terpadatkan hingga ke sebuah ukuran event horizon yang bahkan cahaya pun tidak dapat meloloskan diri dari gaya tarik gravitasinya-belum dapat dijawab oleh para ilmuwan.  Hawking, 62 tahun, telah menghabiskan sebagian besar masa hidupnya untuk mempelajari pertanyaan-pertanyaan seputar itu semua.

Pada awalnya, para ahli kosmologi meyakini lubang-lubang perangkap galaktik itu mirip dengan sebuah vacuum cleaner kosmik yang menghisap segala kotoran ke dalamnya. Pada 1976, Hawking melakukan studi revolusioner. Dia mendemonstrasikan bahwa di dalam ketentuan-ketentuan yang unik dari fisika kuantum, begitu lubang-lubang hitam itu membentuk diri, akan dimulai suatu proses "penguapan", meradiasikan energi dan kehilangan massa. Berdasarkan teorinya, lubang-lubang hitam itu sebenarnya tidak sepenuhnya "hitam" karena kondisi vakum dari bintang yang meluruh hanya membebaskan sangat sedikit bahan dan energi dalam bentuk foton-foton, neutrino-neutrino, dan sub-partikel lainnya. Dengan menyimpulkan semua itu ke dalam apa yang dinamakannya "radiasi Hawking" matematikawan yang menggantungkan hidupnya di atas kursi roda itu juga sekaligus menciptakan teka-teki terbesar dalam dunia fisika. Partikel-partikel ini, kata dia, tidak mengandung informasi tentang apa yang telah terjadi di dalam lubang hitam, atau tentang bagaimana lubang itu terbentuk. Begitu lubang hitam menguap, seluruh informasi di dalamnya akan hilang. Tetapi kini, berdasarkan revisinya yang terbaru, Hawking berpendapat, sebenarnya beberapa informasi tentang hitam dapat ditentukan lewat apa yang diemisikan dari lubang itu. Informasi mengandung konsekuensi-konsekuensi filosofis dan praktikal penting. "Kita tidak akan pernah dapat meyakini secara pasti tentang masa lalu atau memprediksi masa depan", kata dia. "Banyak orang ingin meyakini bahwa informasi melepaskan diri dari lubang-lubang hitam, tetapi mereka sendiri tidak tahu bagaimana caranya informasi itu dapat keluar".

Jika memang Hawking sukses dengan teori barunya itu, dia akan kalah taruhan yang dibuatnya bersama fisikawan teori asal California Institute of Technology, Kip Thorne, melawan John Preskill ilmuwan yang juga asal Caltech. Taruhan berbunyi: informasi yang ditelan oleh sebuah lubang hitam akan selamanya tersembunyi dan tidak akan pernah terungkap. Preskill bertaruh menentang teori itu dan dengan demikian berhak atas hadiah sebuah ensiklopedia dari lawan-lawannya. Meski begitu, di luar kalah-menang pertaruhan, revisi yang akan dilakukan oleh Hawking membuktikan bentangan jagat raya masih menjadi misteri besar yang sangat gelap bagi manusia di bumi.

Bagaimana Lubang Hitam Terbentuk ?

Lubang hitam muncul ketika sebuah bintang yang besar dan padat (masif, berukuran 8-100 kali massa matahari) di sebuah supernova meredup dan mati dengan membakar seluruh tenaga nuklirnya. Gaya gravitasi menarik berat maha besar dari lapisan-lapisan luar bintang itu untuk ikut meluruh ke arah inti. "Permukaan" dari sebuah lubang hitam disebut dengan sebuah event horizon. Hancurnya gaya gravitasi menjadikan hampir seluruh cahaya tidak dapat melepaskan diri dan tidak ada satu pun informasi dari permukaan itu yang berhasil lolos.

Sama halnya dengan figur kartun Cheshire Cat yang muncul lalu menghilang dalam gelap dengan hanya meninggalkan senyumnya, sebuah lubang hitam mewakili bahan-bahan yang hanya meninggalkan gravitasinya saja. Sebagian kalangan berpikir banyak lubang hitam kecil terbentuk di awal mula pembentukan jagat raya, Big Bang. Ada kemungkinan galaksi kita juga memiliki berlimpah lubang hitam mini. Pada prinsipnya, lubang hitam memiliki massa yang berbeda-beda. Lubang hitam yang terbentuk melalui kematian bintang-bintang sedikitnya memiliki massa dua kali daripada massa matahari kita. Tetapi kerapatannya bisa semiliar kali lebih padat daripada matahari kita. Tidak seperti benda-benda pada umumnya, seperti bebatuan, yang secara kasar memiliki ukuran proporsional dengan akar persegi massa, lubang-lubang hitam memiliki proporsi radial terhadap massanya. Secara virtual, bintang biasanya mati dan menghilang dari jagat raya ke bentuk sebuah titik dengan kerapatan yang tidak terbatas (event horizon) dimana hukum-hukum relativitas umum yang biasanya berlaku untuk ruang dan waktu luluh. Hukum-hukum fisika kuantum menyatakan, informasi-informasi itu tidak mungkin hilang sepenuhnya.

Namun, Hawking dan teman-temannya berpendapat medan gravitasi ekstrim dari lubang hitam dapat menjadi pengecualian dari hukum-hukum itu. Radius sebuah lubang hitam (R_s) = 2 (M G)/v². Dimana M adalah massa lubang hitam, G adalah konstanta gravitasi, dan v adalah kecepatan yang dibutuhkan suatu objek untuk menghindar dari gaya tarik gravitasi. Untuk kasus lubang hitam, v adalah c atau kecepatan cahaya.

 

SAINS DARI TUHAN

Frustrasi oleh kegagalan mereka untuk membuktikan bahwa Tuhan tidak ada, ilmuwan memberikan spin baru: menjadi Tuhan. Ini mungkin pertarungan kelas berat yang terpanjang dalam sejarah: di sudut merah, manusia dengan Jas Lab Putih, dan di sudut biru, Tuhan. Berabad-abad sains dan agama telah bertarung, setiap pihak dengan pendukung dan berharap akan pukulan knock-out. Anda mungkin berpikir manusia dengan Jas Lab Putih telah membuat lawannya bergantung di atas tali sejak ronde pertama 300 tahun yang lalu. Dari pukulan pertama mengenai apakah bumi mengelilingi matahari sampai dengan upper-cut dari teori evolusi, ilmuwan kelihatannya lebih banyak mengumpulkan nilai. Apakah Tuhan sudah berakhir? Mungkin belum. Karena bagaimanapun keras mencoba, manusia dengan Jas Lab Putih belum dapat memberikan pukulan knock-out. Tuhan mungkin tidak berperan sebesar yang manusia kira, tetapi bukti yang nyata bahwa Dia hanyalah ilusi belum lagi ada. Kenyataannya, sebagian ilmuwan sekarang berpikir bahwa mereka melihat tanda-tanda Tuhan Juru Desain Besar dalam teori paling baru tentang alam semesta. Sebagian bukti muncul dari "kebetulan" yang aneh dalam sifat-sifat kunci dari alam semesta, yang dikatakan oleh kosmologis tidak mungkin kebetulan. Karena kalau kebetulan ini tidak ada, kita juga tidak akan ada.

Kemudian ada motif-motif yang indah dan aneh dalam teori partikel sub-atomik, yang sifat-sifatnya jatuh ke dalam segi-enam dan segi-tiga: bentuk-bentuk yang membawa ilmuwan membuka dasar-dasar alam semesta. Dalam Pikiran Tuhan Dalam mencoba untuk membuka arti dari tanda-tanda ini, beberapa ilmuwan berpikir bahwa mereka mulai mendekati apa yang bahkan disebut oleh atheis terkenal Stephen Hawking sebagai Pikiran Tuhan: Rencana besar yang dibangun ke dalam alam semesta. Ada juga teori, yang kurang dikenal, bahwa kita cukup mengetahui tentang Disain Besar ini untuk mulai berperan sebagai Tuhan, menciptakan alam semesta bayi -- paling sedikit dalam abstrak. Ide bahwa alam penuh dengan tanda-tanda keberadaan pencipta yang cerdas bukanlah hal yang baru. Dulu, sejauh 1802, filsuf Inggris William Paley memberikan "Argumen dari desain" yang terkenal, mengklaim bahwa sesuatu yang kompleks dan alami seperti mata manusia tidak mungkin muncul karena kebetulan saja, tetapi memerlukan keberadaan dari desainer yang cerdas.

Tidak banyak lagi yang percaya pada argumen Paley tersebut: contoh-contohnya semua terbunuh oleh teori evolusi Darwin, yang memperlihatkan bahwa bahkan keajaiban seperti desain dari mata manusia dapat diterang-kan oleh kombinasi dari random mutasi dan seleksi alam. Tetapi, walaupun argumen Paley telah banyak berlubang oleh ahli-ahli biologi, penemuan dalam fisika fundamental mulai membuat ide penciptaan dari desain kelihatan tidak main-main. Tanda-tanda awal bahwa alam semesta mungkin telah didesain untuk kehidupan ditemukan 50 tahun yang lalu oleh Sir Fred Hoyle, ilmuwan astrofisika dari Inggris. Ketika mempelajari bagaimana bintang-bintang membuat unsur-unsur kimia yang diperlukan untuk kehidupan manusia, Hoyle melihat bahwa apabila unsur-unsur ini tidak memiliki sifat-sifat tertentu, maka tidak akan ada karbon di alam semesta, dan dengan demikian tidak ada kehidupan manusia. Kekuatan itu bersama kita. 

Sejak itu, ilmuwan telah menemukan banyak kebetulan-kebetulan aneh yang mirip. Sebagian termasuk gaya-gaya fundamental yang mengikat alam semesta. Sebagai contoh, inti dari setiap atom dibangun oleh proton dan neutron, diikat bersama oleh yang namanya gaya nuklir kuat. Jika gaya itu sedikit saja lebih lemah, proton-proton tidak akan terikat bersama. Ini berarti tidak ada unsur yang lebih berat dari hidrogen dapat berwujud -- lagi-lagi tidak ada karbon. Tetapi, kalau gaya tersebut sedikit lebih kuat sedikit saja, proton-proton akan bersatu terlalu mudah sehingga hidrogen tidak mungkin ada sama sekali, dan ini membuat air tidak mungkin ada, bahan kunci yang lain yang diperlukan kehidupan. Menurut Professor Sir Martin Rees dan Universitas Cambridge, lebih banyak lagi kebetulan-kebetulan dalam sifat-sifat partikel sub-atomik. Sebagai contoh, kenyataan bahwa massa elektron jauh lebih ringan dari masa proton atau neutron adalah penting untuk keberadaan bahan-bahan yang penting bagi kehidupan. "Ini adalah prasyarat untuk molekul-molekul seperti DNA untuk dapat memberikan strukturnya yang tepat dan berbeda", katanya. "Adalah massa elektron yang menentukan besarnya sebuah atom, dan jarak antara atom-atom dalam molekul."

Kenyataan bahwa proton dan neutron mempunyai massa yang hampir sama, tetapi berbeda sedikit, juga sangat penting bagi kehidupan, kata Rees. "Sebuah neutron lebih berat dari proton sekitar 0.14%, sedikit lebih dari seperseribu. Tetapi perbedaan ini, walaupun kecil, sangat penting karena melebihi massa total dari sebuah elektron. Apabila elektron tidak seringan itu, mereka akan berkumpul dengan proton untuk membentuk neutron, sehingga tidak mungkin ada hidrogen. Alam mengambil bentuk. Tanda-tanda lebih jauh mengenai desain besar kosmos datang dalam bentuk motif-motif aneh yang muncul ketika sifat-sifat partikel sub-atomik seperti proton dan neutron dilukis dalam grafik. Ditemukan oleh fisikawan dari Amerika Murray Gell-Mann hampir 40 tahun yang lalu, motif-motif ini berbentuk segi-enam dan segi-tiga, dimana berbagai partikel berada dalam titik-titik di dalamnya.

Ketika Gell-Mann pertama kali menemukan motif ini, terdapat gap-gap. Yakin bahwa motif ini bukan kebetulan tetapi bagian dari desain besar, dia memprediksi bahwa gap-gap ini diisi oleh partikel-partikel sub-atomik yang nanti akan ditemukan. Gell-Mann melanjutkan bahwa segi-enam dan segi-tiga yang misterius dapat diterangkan apablila partikel seperti proton dan neutron mengandung partikel sub-sub-atomik (yang sekarang kita kenal sebagai quark). Semua prediksinya terbukti benar. Motif-motif yang mirip dikenal sebagai "simetri" telah muncul demikian seringnya sejak itu dalam teori fisika yang sukses sehingga banyak fisikawan sekarang yakin bahwa mereka adalah bagian dari suatu desain besar dari alam semesta. 

Tetapi sedikit yang ingin trus mengklaim bahwa simetri dan kebetulan yang kelihatannya ada dalam alam membuktikan bahwa Tuhan ada. "Masuknya sains dalam teologi atau filosofi dapat naive maupun dogmatik," kata Rees. Diantara yang tidak merasa demikian adalah Professor Russel Stannard, seorang kristen dan professor fisika di universitas terbuka. "Tuhan memperlihatkan dirinya melalui dunia Big-bang kita ini," katanya. "Dia sebetulnya sedang berkata kepada kita melalui penemuan-penemuan ilmiah ini."

Stannard percaya bahwa kebetulan kosmik bukanlah kebetulan: "Tuhan sengaja membuatnya seperti itu," katanya. "Dia mendesain alam semesta khusus untuk penciptaan kehidupan, untuk membuat mahluk yang dapat mengenalNya." Tetapi yang lain sama-sama yakin bahwa desain besar apapun tidak ada hubungannya dengan keberadaan Tuhan, dan bahwa kebetulan adalah kebetulan. Mereka juga mengatakan bahwa apabila kondisi tidak tepat untuk kehidupan, kita tidak akan ada untuk mengetahuinya. Hawking pernah mengatakan bahwa hukum fisika quantum mungkin dapat memperlihatkan bahwa Tuhan berlebihan, karena seluruh alam semesta dapat terjadi dengan sendirinya. Beberapa, termasuk Profesor Andrei Linde dari Universitas Stanford, bahkan percaya bahwa teori quantum dapat mengijinkan mereka untuk berperan sebagai Tuhan itu sendiri, menciptakan alam-alam baru dalam laboratorium -- sedikitnya dalam teori. Linde mengatakan bahwa cara untuk seperti Tuhan adalah menekan materi sekecil mungkin sehingga memulai apa yang dinamakan medan skalar, sumber dari energi quantum yang dianggap memulai big-bang 15 milyar tahun yang lalu. Perkiraan Linde adalah menekan hanya sepersepuluh juta gram dari materi dapat memulai untuk memunculkan medan skalar dalam laboratorium. Susahnya, materi itu harus ditekan sepermiliar kali dari besarnya partikel sub-atomik yang terkecil. "Kita tidak tahu apakah hal ini mungkin sama sekali," katanya, meskipun, mungkin kita dapat melakukannya dalam partikel akselerator.

Jika akhirnya ini mungkin, simulasi komputer memprediksi bahwa titik materi itu akan hilang, digantikan oleh lubang kecil dalam ruang-waktu -- sebuah worm-hole quantum -- sebesar partikel sub-atomik. Dan di ujung yang lain adalah alam semesta buatan manusia yang baru. Linde memperkirakan kita tidak akan dapat memasuki alam semesta ini untuk melihat apa yang sudah diciptakan: "pintu" nya akan terlalu kecil. Tetapi akan mungkin untuk mendesain alam sehingga kondisi di dalamnya akan sesuai untuk munculnya kehidupan. Kemudian mungkin kehidupan itu sendiri akan berkembang, dan mulai bertanya dari mana dia datang. Kedengarannya dikenal? Persamaannya dengan pertanyaan bagaimana kita ada disini sangat jelas.

Mungkinkah kita, hanyalah yang terakhir dari mahluk-mahluk yang menghuni alam yang dibuat oleh generasi sebelumnya yang telah mengetahui bagaimana membuat alam semesta? Linde tidak menolak kemungkinan ini. "Saya pertama kali memberikan ide ini sebagai lelucon," katanya. "Tetapi mungkin saja tidak." Banyak orang menemukan bahwa ide dari ilmuwan bermain-main Tuhan seperti ini sangat menguatirkan. Pope telah memberikan peringatan bahwa riset ke dalam kelahiran alam semesta sudah terlalu jauh. Tetapi untuk semua kekuatiran Pope, kelihatannya Manusia dengan Jas Putih tidak dalam keadaan untuk membuktikan bahwa Tuhan tidak ada. Tetapi, mereka akan melakukan sesuatu yang lebih menakutkan: Menjadi

Tuhan itu sendiri. 

BLACK HOLE MENCERAIBERAIKAN MATERI DAN ENERGI

Dublin, Rabu Ilmuwan astrofisika tersohor, Stephen Hawking, menyatakan bahwa black hole atau lubang hitam tidak menghancurkan segala yang dihisapnya, namun mengeluarkan kembali materi dan energi dalam bentuk yang telah tercerai-berai.

Pemikiran baru Hawking yang radikal ini diungkapkannya dalam Konferensi Internasional Mengenai Gravitasi dan Relativitas Umum ke 17 di Dublin, Irlandia, Rabu (21/7). Adapun yang diungkapkan sang ilmuwan adalah hasil buah pemikirannya selama 30 tahun untuk menjelaskan paradoks mendasar dalam dunia sains: Bagaimana mungkin black hole bisa memusnahkan semua jejak materi dan energi yang dihisapnya --seperti yang diyakini Hawking sebelumnya-- sementara teori subatomik atau fisika quantum mengatakan unsur-unsur itu tidak bisa hilang begitu saja? Menurut Hawking dalam revisinya yang berjudul "The Information Paradox for black holes", lubang hitam menyimpan apa yang dihisapnya selama waktu yang amat panjang, dan bersamanya menjadi rusak dan mati. Ketika black hole akhirnya luruh, ia memancarkan apa yang dulu pernah dihisapnya kembali ke jagad raya, namun dalam rupa yang telah tercerai-berai.

Sebelumnya Hawking dalam teorinya menyatakan bahwa materi yang terhisap black hole akan mengalir menuju jagad raya baru, suatu gagasan yang banyak diadopsi dalam cerita-cerita fiksi ilmiah. "Tidak ada cabang jagad raya baru seperti yang saya pikirkan sebelumnya. Materi, energi, maupun informasi yang dihisap black hole akan tetap berada di jagad kita," kata Hawking. "Saya menyesal telah mengecewakan penggemar fiksi ilmiah, namun menurut saya informasi (yang dihisap black hole) masih tersimpan, sehingga tidak mungkin menggunakan black hole sebagai jalan menuju jagad lain," lanjutnya. "Bila Anda melompat ke black hole, massa dan energi Anda akan kembali ke jagad raya, namun dalam bentuk yang terurai. Masih mengandung informasi mengenai seperti apa dahulu Anda itu, namun dalam bentuk yang tidak dikenali lagi."

Hawking melanjutkan, "Kini saya merasa lega telah memecahkan masalah yang menghantui saya selama hampir 30 tahun, meskipun jawabannya tidak terlalu menggembirakan dibanding teori yang saya utarakan sebelumnya." Hawking adalah ilmuwan yang merintis pengertian mengenai black hole, lubang hitam di jagad raya yang menghisap segala sesuatu termasuk cahaya. Black hole terbentuk dari bintang raksasa yang tekanan gravitasinya luar biasa besar sedemikian rupa, sehingga menarik energi dan materi di dekatnya. Energi dan materi yang tersedot itu --menurut teori Hawking tahun 1976-- akan musnah ditelan black hole dan tidak akan pernah ditemukan lagi. Teori ini berlawanan dengan teori fisika quantum yang menyatakan bahwa materi dan energi tidak bisa benar-benar dihancurkan.

Nah, dengan pembaharuan teori tersebut, maka apa yang diungkapkan Hawking sekarang tidak lagi berlawanan dengan teori fisika quantum, walau pengertian mengenai black hole itu sendiri sangatlah terbatas. Stephen Hawking adalah profesor matematika di Universitas Cambridge, yang terkenal lewat bukunya "A Brief History of Time," yang menjelaskan aspek-aspek paling kompleks mengenai jagad raya. Orang yang disebut-sebut sebagai salah satu jenius dunia ini menderita amyotrophic lateral sclerosis yang membuatnya lumpuh dan terpaksa hidup di kursi roda sejak berusia 20-an tahun. Ia berkomunikasi menggunakan piranti handheld dengan memilih kata dari layar komputer di kursi rodanya, lalu mengirimkannya ke piranti suara.

SEKALI LAGI TENTANG TEORI CHAOS

Di rubrik Inspirasi, Kompas, Sabtu (10/5), Dr Kebamoto menyajikan tulisan yang sangat menarik tentang teori chaos. Inul dipilih sebagai media yang cantik untuk menyajikan suatu konsep chaos yang tak kalah cantiknya. Tulisan itu telah menggoda untuk menyumbang pendapat dalam topik yang luar biasa menarik ini. Namun, kini yang dibahas adalah kandungan ilmiah dari chaos itu sendiri. Teori chaos menarik perhatian para ilmuwan dunia di tahun 1960-an. Salah satu paper ilmiah yang menandai "kelahiran" topik ini adalah karya dari Edward Lorenz. Meskipun demikian, nama-nama seperti B van der Pol, Duffing, dan M He’non tidak dapat dilupakan dalam proses kelahiran topik ini. Chaos pertama kali terobservasi dalam sebuah sistem yang dikenal dengan nama sistem dinamis. Tidaklah berlebihan jika kelahiran sistem dinamis dikaitkan dengan seorang matematikawan Perancis, Henri Poincare’ pada masa pergantian dari abad ke-19 ke abad ke-20.

Pada era itu, perhatian matematikawan terpusat pada pencarian solusi dari suatu sistem. Henri Poincare’ adalah yang pertama kali membangun suatu metode untuk menganalisis sistem tanpa menghitung solusi secara eksplisit dan melahirkan teori modern tentang persamaan diferensial. Dari tulisan Henri Poincare’, dapat disimpulkan bahwa Poincare’ telah mengenal chaos. Pada permulaan abad ke-20, yaitu masa hidup B van der Pol, Duffing, maupun E Lorenz, trend yang berkembang adalah keyakinan bahwa sebuah sistem dapat "berperilaku" sangat liar, namun suatu saat akhirnya sistem akan kembali pada kondisi kesetimbangan. Ini bertentangan sama sekali dengan chaos yang telah dilihat oleh ketiga orang tersebut. Bukan tidak mungkin ada list yang lebih panjang lagi berisi nama-nama orang yang telah melihat fenomena chaos di sistem yang mereka miliki, namun tidak berani memublikasikannya. Edward Lorenz sendiri mendapat reaksi negatif dari rekannya ketika ia dengan penuh semangat menjelaskan fenomena itu, "Ed, alam di mana kita hidup tidak berperilaku seperti yang kau deskripsikan!" Kata seorang profesor Fisika kepada E Lorenz.

Ada seorang matematikawan bernama Stephen Smale yang sebenarnya kontra terhadap teori chaos. Tetapi ketika ia membaca paper E Lorenz, ia mulai berpikir tentang kemungkinan selain teorinya sendiri. Akhirnya, ia menciptakan Pemetaan Sepatu Kuda (Horse-shoe map) yang sampai saat ini merupakan bentuk paling sederhana dari sistem yang memuat skenario menuju chaos.

Chaos dan fraktal

Fraktal bukan chaos. Fraktal adalah suatu struktur yang memiliki substruktur yang masing-masing substruktur memiliki substruktur lagi dan seterusnya. Setiap substruktur adalah replika kecil dari struktur besar yang memuatnya. Contoh yang paling sederhana dari fraktal adalah jika kita memegang cermin di hadapan sebuah cermin. Di dalam cermin yang dipegang ada bayangan orang yang memegang cermin. Di dalam cermin yang ada di bayangan, ada bayangan si pemegang cermin itu lagi, dan seterusnya. Sebuah chaotic attractor terkadang juga memiliki struktur fraktal seperti itu. Keunikan dari benda-benda yang memiliki struktur fraktal adalah dimensinya. Secara umum, solusi dari sebuah sistem dinamis adalah sebuah obyek matematis yang berdimensi satu (mempunyai ukuran yang sama dengan garis). Jika solusi itu merupakan solusi yang chaotic, ia mempunyai dimensi fraktal berupa pecahan. Misalnya, berdimensi 2,3 yang berarti benda itu lebih tebal daripada bidang (yang berdimensi 2), tetapi masih lebih kecil daripada ruang (yang berdimensi 3).

Chaos dan bifurkasi

Hampir semua sistem dinamis yang terkait dengan alam ini memuat satu atau lebih parameter di dalam sistem itu. Contohnya adalah jika kita bekerja dengan hukum Newton, maka ada konstanta gravitasi yang besarnya tetap, tetapi tidak kita ketahui nilai eksaknya. Pertanyaannya, jika ada suatu sistem yang bergantung pada parameter tertentu yang tidak diketahui besarnya, apakah dinamika dari sistem itu terpengaruh oleh perubahan nilai parameternya? Dapatkah suatu kondisi stabil berubah menjadi tidak stabil jika nilai parameternya berubah?

Bayangkanlah sistem tata surya. Ada perputaran benda-benda langit pada orbitnya masing-masing. Ada banyak sekali parameter yang terlibat dalam sistem yang mendeskripsikan sistem tata surya. Pertanyaannya adalah apakah sistem itu cukup stabil (dalam artian tidak terlalu sensitif) terhadap perubahan nilai parameternya? Jika tidak, ketika manusia mengirimkan satelit, bisa menjadi gangguan yang terlampau besar dan memaksa sistem tata surya bergerak menuju kondisi stabil yang baru. Dapat terjadi orbit Bumi pindah ke orbit lain yang lebih besar dan berakibat turunnya suhu Bumi dan kematian besar. Inilah pertanyaan yang berusaha dijawab oleh Henri Poincare’.

Perubahan kestabilan atau perubahan yang dramatis dalam dinamika suatu sistem akibat berubahnya nilai parameter dalam sistem dinamakan bifurkasi. Bifurkasi tidak selalu terkait dengan kekompleksan. Tetapi, ada beberapa jenis bifurkasi yang senantiasa terkait dengan bertambahnya kerumitan sistem yang pada akhirnya mengakibatkan chaos. Salah satunya adalah apa yang dikenal dengan period-doubling. Yang terjadi pada bifurkasi ini adalah sebuah gerakan periodik yang mengalami bifurkasi dan melontarkan gerakan periodik lain yang periodenya dua kali periode semula. Kemudian masing-masing gerakan periodik itu mengalami bifurkasi lagi yang sama dan seterusnya. Masing-masing gerakan periodik yang terlontar, biasanya tidak stabil. Akibatnya, pada suatu nilai parameter tertentu ada sangat banyak gerakan periodik yang tak stabil dalam sistem. Ketika ini terjadi, dinamika sistem sudah sangat kompleks dan chaos terjadi.

Definisi chaos

Jadi apakah chaos itu? Chaos bukan fraktal, tetapi chaotic attractor mungkin mempunyai struktur fraktal. Chaos juga bukan suatu gerakan perulangan murni. Chaos juga tidak berarti gerakan tak beraturan. Dalam gerakan chaotic, misalnya pada kupu-kupu Lorenz (Lorenz butterfly), gerakannya berulang, tetapi secara tidak beraturan. Seperti melempar dadu 100 kali. Berulang? Jelas. Yang keluar bisa satu, dua, tiga, empat, lima, atau enam. Beraturan? tidak. Tetapi, sama sekali tidak beraturan juga tidak karena angka satu keluar kira-kira sebanyak 1/6 kali banyaknya pelemparan. Peristiwa ini dinamakan proses random (acak). Melempar dadu mengandung unsur ketidakpastian (atau ke-random-an). Yang ingin saya katakan adalah dalam proses di mana tidak ada ketidakpastian pun, keluarannya bisa tidak terprediksi, yaitu jika sistemnya chaotic.

Sistem chaotic juga mempunyai properti khusus, yaitu bergantung secara sensitif terhadap kondisi awal. Kesalahan yang kecil dalam waktu singkat akan tersebar di seluruh sistem. Jadi, dua solusi yang berbeda hanya sedikit di awal akan berbeda sangat jauh setelah beberapa saat yang relatif singkat.

EINSTEIN SEKARAT

Siapa bilang menjadi seorang ilmuwan hebat berarti teorinya tidak terbantahkan. Albert Einstein yang dianggap pionir ilmu fisika modern sekalipun ternyata masih bisa didebat. Tim ilmuwan asal Australia baru-baru ini mengajukan teori bahwa kecepatan cahaya tidak terjadi secara konstan atau terus-menerus. Ide yang terbilang revolusioner ini dianggap dapat mematahkan teori lama fisika modern Einstein, yakni teori relativitas. Tim yang dipimpin ahli fisika teori Paul Davies dari Macquarie University, Sidney menyatakan ada kemungkinan kecepatan cahaya ternyata sama lambat dengan miliaran tahun. 

Jika hal ini benar maka para fisikawan harus mempertimbangkan kembali ide dasar tentang hukum alam semesta. "Jika terbukti benar, teori relativitas e=mc kuadrat harus menyerah kalah," ujar Davies kepada Reuters. "Tapi bukan berarti teori lama kami campakkan begitu saja. Sebab dalam revolusi fisika alam, semua teori lama selalu berkaitan dengan teori baru." Davies beserta ahli astrofisika Tamara Davis dan Charles Lineweaver dari University of New South Wales (UNSW) mempublikasikan proposal penelitiannya di jurnal ilmiah Nature edisi 8 Agustus. Diuraikan bahwa kecepatan cahaya bisa berubah setiap saat. Kesimpulan ini diambil berdasarkan data yang dikumpulkan oleh John Webb, ahli astronom asal UNSW yang dihadapkan pada teka-teki saat ia menemukan bentuk cahaya menyerupai objek bintang tapi menyerap tipe photon dari awan yang berada di antara bintang pada kecepatan 12 miliar tahun cahaya.

Menurut Davies, observasi fundamental Webb mengartikan bahwa pancaran cayaha atom bersifat langsung tetapi sangat berbeda dengan struktur atom pada manusia. Ketidaksesuaian ini hanya bisa dijelaskan apabila terjadi penambahan elektron atau kecepatan cahaya telah mengalami perubahan."Namun dua teori lama mengenai hukum alam semesta merupakan teori yang menyatakan bahwa jumlah penambahan elektron tidak mungkin berubah, demikian pula dengan kecepatan cahaya. Sehingga teori kami menjadi tampak konyol," ujar Davies. Hukum relativitas e=mc kuadrat berarti mengalami perubahan pada dua bagian, yakni e yang merupakan jumlah pertambahan elektron serta c yaitu kecepatan cahaya. Kalau c tidak mengalami pengurangan berarti e yang bertambah kuantitasnya.

Patahkan Einstein

Untuk memastikan bahwa proposal teorinya bisa diterima, Davies bersama timnya mendalami teori black hole, sebuah bagian dari alam semesta yang menyerap bintang-bintang dan benda galaksi lain. Mereka juga mencoba mempertimbangkan dogma fisika lain, yaitu hukum termodinamika. Setelah mempertimbangkan bahwa perubahan dalam pertambahan jumlah elektron dapat menghancurkan kebenaran hukum termodinamika maka mereka menyimpulkan bahwa satu-satunya pilihan adalah mematahkan teori Einstein. Studi penelitian harus dilakukan lebih banyak terhadap cahaya untuk mensahkan observasi Webb. 

Di sini mereka nyaris merasa frustasi dan tidak berdaya melawan teori relativitas Einstein."Saat satu dari peletak batu pertama fisika mengalami kolaps, maka tidak sepantasnya kita berada dalam ketidakpastian," ungkap Davies. Ia menambahkan, jika kita melihat awal dari perubahan paradigma fisika seperti yang terjadi 100 tahun silam dengan teori relativitas dan kuantum, maka sangat sulit mengetahui alasan yang harus dikemukakan. Ini berarti adanya kemungkin terjadi perubahan kecepatan cahaya bisa menjadi studi berskala besar seperti halnya struktur alam semesta, asal-muasalnya dan evolusi. Sebagai contoh, variasi kecepatan cahaya dapat menjelaskan mengapa ada dua jenis jarak dan ada bagian yang tidak terhubung di dalam alam semesta. Berdasar pemikiran konvensional, tidak akan pernah cukup waktu yang diperlukan untuk melalui antarkeduanya. 

Hal itu baru bisa terjadi saat para ilmuwan mempelajari pengaruh selama lebih dari iliaran tahun atau miliaran tahun perjalanan cahaya. Atau bisa juga ada implikasi mengejutkan yang tidak bisa mengubah cara pandang para ahli kosmologi melihat alam semesta . Sebagai contoh, Davies menjelaskan bahwa teori terdahulu menyatakan tidak ada yang lebih cepat dari cahaya, pendapat ini merujuk pada teori relativitas. Sampai sekarang kecepatan cahaya diketahui 300.000 kilometer per detik. "Mungkin masih masuk akal untuk tunduk pada hukum ini walau akan mengecewakan para penggemar film Star Trek. Sebab dalam serial tersebut dikatakan dengan kecepatan cahaya manusia dapat menghabiskan waktu selama 100.000 tahun untuk mengelilingi galaksi. Memang ini hanya sebuah cerita fiksi ilmiah, namun kalau memang kecepatan cahaya bisa berubah, siapa yang tahu," demikian komentar Davies