S-Matrix dan String

Positivisme logika, atau madzhab Wina, mendorong untuk merumuskan kajian ilmiah sedemikian hingga setiap hal hanya bergantung pada entitas yang terpersepsikan, dan membuang segala yang bersifat metafisik. Para fisikawan kuantum menanggapinya dengan mencoba menafikkan konsep seperti posisi dan momentum yang absolut atas partikel. Penganutnya a.l. Wheeler di tahun 1937 dan Heisenberg di 1943. Heisenberg merumuskannya sebagai S-matrix, karena setiap partikel dideskripsikan sebagai scattering matrix. Interaksi antar partikel dipaparkan sebagai kalkulasi matriks. Hasilnya tentu rumit sekali. Setiap titik dalam struktur harus terkalkulasikan. Pauli sangat skeptis dengan cara ini. Masih skema kosong, kata dia, karena S-matrix pada akhirnya tidak menghasilkan pemecahan atas masalah2 fisika yang mendasarinya. Kemudian suksesnya QED (yang ternormalisasi) mengeliminasi perlunya kalkulasi model S-matrix. Tetapi S-matrix lalu dibawa ke kalkulasi interaksi nuklir kuat dari tahun 1950an hingga 1970an. Ini baru berakhir saat QCD dan kuark diakui sebagai teori yang valid.

s-matrix.jpgPada akhir 1950an, tokoh yang cukup tenar dalam pemakaian S-matrix untuk interaksi nuklir kuat adalah Geoffrey Chew. Persamaan2 diturunkan dalam relasi dispersi, yang diyakini Chew dapat menurunkan seluruh S-matrix secara unik (i.e. tanpa persamaan lainnya). Ini disebutnya bootstrap philosophy. Yang menarik: menurut filosofi ini, setiap interaksi akan menentukan sendiri karakteristik dasarnya. Maka tidak perlu ada yang namanya partikel elementer. Dan Chew membuat satu istilah lagi: demokrasi nuklir – tidak ada partikel yang lebih elementer ? semua partikel bersifat saling menyusun. Di atahun 1960an itu ide demokrasi sedang laku. KAA masih relevan. Martin Luther King dan Presiden Kennedy masih pahlawan. Tapi, Chew mengakui, bahwa teorinya amat rumit; sementara sifat aristokrasi dari teori yang berlawanan lebih mudah. Saat QCD dan kuark dibakukan dalam Standard Model, demokrasi nuklir pun pupus.

Penerus S-matrix mengambil beberapa jalan. Beberapa meninggalkan demokrasi “ala barat??? dan mencintai “kebijakan timur??? dan budaya New Age. Salah satunya Fritjof Capra yang menulis buku “The Tao of Physics??? tentang kesalingterkaitan dinamis antara segala hal. Namun, sebagai pecinta S-matrix, Capra juga berceloteh bahwa teori medan kuantum (QFT) masih jauh dari memadai, serta memberikan alternatifnya yang sangat beraroma bootstrap philosophy. Buku ini memang ditulis beberapa bulan sebelum Standard Model. Tetapi bahkan hingga edisi revisi terakhir tahun 1990an pun, Capra berkeras bahwa teorinya terus makin dibenarkan oleh perkembangan sains, dan bahwa teori semacam QCD masih jauh dari valid.

Sementara itu, fisikawan Gabriele Veneziano menemukan di tahun 1968 bahwa fungsi matematika yang pernah ditemukan Euler, bernama fungsi beta, memiliki sifat yang tepat untuk memerikan S-matrix. Tetapi S-matrix yang ini memiliki dualitas (again???). Tahun 1970, Yoichiro Nanbu, Leonard Susskind, dan Holger Nielsen, merumuskan interpretasi fisika yang lebih sederhana atas formula Veneziano. Menurut reformulasi ini, jika S-matrix dipetakan ke mekanika kuantum, hasilnya serupa jika dalam mekanika klasik seluruh partikel diubah menjadi string. String itu benda 1 dimensi, yang bisa terbuka atau tertutup (menyambung ujungnya). Jika posisi partikel bisa dideskripsikan dalam 3 angka dimensi; maka string dapat disusun dari tak terhingga angka yang menunjukkan posisi tiap2 bagiannya. Sialnya, setelah dihitung serius, teori string versi awal ini mengharuskan adanya 26 dimensi; plus partikel takhion yang dalam realitas tidak boleh ada. Juga, teori awal ini belum mencakup fermion. Fermion baru dimasukkan Pierre Ramond akhir tahun 1970an, dengan menggeneralisasikan persamaan Dirac dari 3 variabel spasi menjadi tak terhingga. Jumlah dimensi yang dibutuhkan dapat diturunkan menjadi 10 saja.

So, itulah asal usul teori string. Kemudian teori itu digabungkan dengan teori supersimetri, membentuk teori superstring. Tokohnya tentu John Schwarz, murid setia Chew. Teori ini sempat sangat lama tidak laku, sampai akhirnya seorang bintang bernama Ed Witten mengangkatnya; sehingga kini teori superstring (dan teori M) menjadi mainstream fisikawan dunia. Ini cukup banyak dibahas di weblog ini :). Tetapi apakah dengan demikian cucu dari S-matrix ini valid? Tokoh semacam Penrose dan Feynman meragukannya. Kita? Kita ikuti saja dengan asyik.

6 Comments

  1. Aceng Imam

    Akhirnya yang ditunggu-tunggu datang juga. Ada yang menarik dari pikiran Fritjof Capra dalam The Thao of Physic, dia menyimpulkan bahwa filosofi bootstrap yang lahir dari teori s-matrix, menawarkan `kebenaran’ yang luar biasa bahwa dunia ini secara fundamental tanpa hukum. Katanya, filsafat bootstrap tidak hanya meninggalkan konsepsi materi, tetapi juga tidak mau menerima entitas apapun – tidak ada konstanta, hukum dan persamaan pokok. Filsafat Bootstrap merupakan pendekatan paling radikal dalam memandang dunia materi dan realitas. Bahkan sifat-sifat partikel pun tidak dianggap eksis. Kenyataan sifat-sifat partikel dihasilkan dari prinsif-prinsif observasi yang berarti bahwa struktur-struktur dasar dunia materi ini secara ultima ditentukan oleh cara kita memandang dunia ini; bahwa pola-pola materi yang teramati itu merupakan refleksi dari pola-pola pikiran. Seorang Dosen Fisika UI menyatakan, diam-diam Fisika lagi mendekati Metafisika. Kumaha tah Kang? setuju gak?

  2. Iwan

    Luar biasa, Mas Koen, seperti biasanya. Kalau karyawan Telkom cerdas-cerdas begini, mengapa Telkom masih terpuruk saja?

  3. @AI: Tapi kalau saya nggak setuju, nggak keberatan kan?

  4. @Iwan: Ini pertanyaan valid sebenernya. Dijelaskan dengan teori sistem sebenarnya bisa. Tapi sering malah dianggap berkelit :). Mungkin lebih enak kalau jawabannya singkat. Misalnya: the weakest link di Telkom adalah HRM.

  5. aceng imam

    Dengan senang hati. Ketidaksetujuan anda saya artikan sebagai sebuah takdir yang harus saya terima, sebab kenyataannya saya tidak sanggup mengontrol sebulir partikel pun, apatah lagi jika quark itu sudah mewujud manusia. Saya akan tetap setia mengunjungi blog anda, sebagai sebuah madrasah silaturahmi, semoga.

  6. anisizm

    Curhat nih?

Leave a Reply

%d bloggers like this: