Kata orang sih memang aku suka bikin bosen. Hehe, udah karakteristik sih. Tapi aku lagi suka mendongeng tentang cahaya. Judulnya kali: cahaya … dari Faraday sampai Feynman. Mungkin dari Newton malahan. Kalau skala waktu kita maju, dan skala waktu tachyon itu mundur, maka skala waktu buat cahaya adalah nol. Buat cahaya, tidak ada bedanya cepat dan lambat, maju dan mundur. Ini diakui baik oleh relativitas khusus maupun mekanika kuantum.
Sebagai partikel, cahaya juga tidak memiliki anti materi. Kalau elektron punya positron, dan proton punya anti-proton, maka foton hanya punya foton. Tumbukan foton dengan energi tinggi bisa saling meniadakan, dan membentuk partikel berlawanan seperti elektron dan positron. Positron yang bertemu elektron akan saling meniadakan dan membentuk dua kilasan foton berenergi tinggi.
Feynman punya cerita menarik soal ini. Dua foton bertemu, membentuk elektron a dan positron b, kemudian positron b bertemu elektron c dan menghasilkan dua foton. Tapi buat QED (elektrodinamika kuantum), yang ada hanya elektron, foton, dan interaksi keduanya. Jadi, kata Feynman, yang sebenarnya terjadi adalah: elektron c bertemu sebuah foton, dan interaksinya melontarkan foton itu, sambil mendorong elektron mundur ke masa lampau (elektron mundur identik dengan positron maju), sampai si elektron tertumbuk lagi dengan foton, yang memantulkan foton dan mendorong si elektron kembali ke skala waktu maju sebagai elektron a. Lucu dan ajaib, terutama pada kenyataan bahwa kita boleh seenaknya mengubah skala waktu buat foton tanpa merasa bersalah. Tapi benda-benda lucu gini menghasilkan Nobel buat Schwinger, Tomogawa, dan Feynman.
Category: Science (Page 12 of 12)
Cerita cahaya lagi ah. Kalau nggak tuntas kan nggak enak. Yang bikin bingung bahwa cahaya itu partikel adalah prinsip kekekalan. Cahaya bisa diciptakan, bisa dienyahkan, karena toh massanya nol dan muatannya nol. Bose (orang dari India) yang memang terbiasa berpikir filosofis ala India menyatakan bahwa dengan demikian seharusnya statistika untuk kuantum cahaya (waktu itu belum dinamai foton) harus berbeda dengan kuantum partikel seperti elektron. Dia mengajukan soal ini ke sebuah jurnal ilmiah, tapi dicuekin. Jadi dia kirim ke Einstein untuk diperiksa. Einstein menambahkan komentar, dan menerjemahkannya ke bahasa Jerman, dan mengirimkannya ke redaksi. Nama Einstein adalah jaminan, jadi artikel itu langsung dimuat, dan membuat heboh para fisikawan. Sejak itu materi dipisahkan atas partikel dengan statistika Bose-Einstein (dinamai boson), dan partikel dengan statistika Fermi-Dirac (dinamai fermion). Kuantum cahaya kemudian diakui sebagai materi dengan nama foton. Dan buku-buku IPA harus mengubah definisi materi.
Di jaman Newton, cahaya adalah partikel. Di jaman kuantum, cahaya juga jadi partikel. Tapi antara kedua jaman itu, cahaya adalah gelombang. Kali ini tokohnya James Clerk Maxwell, ilmuwan teoretis terbesar abad 19.
Berbeda dengan Faraday, Maxwell sangat canggih di bidang matematika. Semua mainan Faraday di bidang listrik dan magnet diformulasikan ke dalam teori Maxwell, yang langsung membuktikan bahwa keduanya adalah satu macam gaya elektromagnetika, yang bisa bertransmisi dalam bentuk gelombang elektromagnetika, yang tidak lain adalah cahaya. Penemuan hebat sekali masa itu. Spektrumnya diperluas mencakup gelombang panas (infra merah). Waktu spektrumnya diperluas lagi, Hertz jadi penemu transmisi radio, dan Roentgen jadi penemu sinar X.
Maxwell juga kemudian bermain-main dengan optika. Spektrum cahaya dianalisis, dan dia menemukan bahwa kita bisa mereproduksi gambar berwarna dari gambar hitam putih. Pemisahan spektrum red-green-blue juga dilakukan pertama kali oleh Maxwell. Tapi ceritanya rada lucu. Di depan Royal Society, Maxwell membawa tiga plat, satu peka merah, satu peka hijau, dan satu peka biru, yang diproses dari pengambilan gambar. Kalau dilihat, ketiganya cuman jadi gambar abu-abu. Tapi begitu disinari terpisah dengan merah, hijau, dan biru, dan hasilnya disatukan, maka terciptalah reproduksi berwarna. Tepuk tangan pun membahana.
Bertahun-tahun kemudian, orang baru sadar bahwa plat peka merah yang dipakai Maxwell ternyata tidak peka pada warna merah. Lho. Jadi penemuan Maxwell tidak bisa dicontoh orang. Nah, kok Maxwell bisa? Ternyata Maxwell beruntung, karena membuat kekeliruan ganda. Kekeliruan kedua adalah bahwa plat yang dia pakai ternyata peka pada sinar ultraviolet (yang tidak tampak oleh mata). Lucunya, hasilnya ternyata alami, biarpun ultraviolet jauh bener dengan merah.
Foto berwarna baru bisa benar-benar diproduksi tahun 1960-an, satu abad setelah Maxwell.
Michael Faraday, ilmuwan eksperimental terbesar abad 19, menggantikan posisi Sir Humprey Davy di Royal Institute. Dia terus menerus bereksperimen dengan gejala-gejala fisika dan kimia, dan temuannya mewarnai abad-19. Yang paling penting, antara lain, adalah konsep garis gaya. Misalnya gravitasi.
Gaya tarik menarik antara dua benda bukan terjadi karena setiap benda melakukan pengukuran jarak pada benda lain sekaligus massa benda itu, kemudian melakukan perhitungan dengan kalkulator internal untuk melakukan tarikan. Faraday membuat konsep tentang garis gaya kontinu yang menyebar dari massa (atau muatan listrik dan magnet), dan benda lain akan terpengaruh oleh garis gaya itu.
Faraday juga memperkenalkan istilah medan. Konsep-konsep yang asing, dan akhirnya jadi masuk akal, biarpun di abad 20 ini dimentahkan lagi oleh teori kuantum. Yang sangat penting adalah bahwa perubahan medan elektrik membangkitkan medan magnet, dan perubahan medan magnet membangkitkan listrik. Faraday jadi penemu generator dan motor listrik sekaligus. Terakhir, Faraday juga curiga bahwa cahaya barangkali adalah gelombang, yang dibangkitkan dari interaksi elektrik dan magnet. Di luar soal itu, dia juga menemukan benzene dan elektrolisis.
Atas intelektualitasnya, kerajaan mau menganugerahi gelar Sir, dan mengangkat jadi presiden Royal Society. Tapi Faraday menolak keduanya.
Kebeneran satu tahun ini aku lekat sekali sama nama Faraday. Ilmuwan yang bener-bener menolak aristokrasi.
Tiga pola yang sama tentang sains :
Journal of Epidemiology and Community Health menceritakan bahwa ternyata kopi bisa mengurangi resiko kanker kandung kemih. Kafein, yang konon tidak baik buat kesehatan itu, barangkali mengurangi tingkat mutasi sel dengan meningkatkan aktivitas enzim bernama CYP1A2.
Majalah Science bercerita bahwa bakteri-bakteri tertentu dapat dipekerjakan untuk meningkatkan kemurnian air. Bakteri itu (yang sering dituduh sebagai pencemar) membentuk endapan mineral seng, selenium, bahkan arsen, dari air kotor di sekitarnya, dan kemudian menumpuknya secara efektif dalam lapisan berkonsentrasi logam tinggi, sehingga air jadi bebas cemaran logam.
Majalah New Scientist mengajukan metode seram untuk membersihkan darah transfusi dari bakteri dan virus. Molekul mematikan bernama Inactine, yang mudah menyusup ke membran sel dan salut protein virus, dimasukkan. Molekul ini menarik DNA atau RNA dengan tarikan elektrik, sehingga semua inti sel menjadi tak berfungsi, dan semua bakteri dan virus mati. Sel darah merah sendiri tak terganggu, karena memang tidak memiliki inti. Setelah pembersihan selesai, Inactine ditarik, dan darah dibiarkan dulu beberapa minggu.
Sains, memaksa kita untuk melihat nilai kesetimbangan tertentu, alih-alih memberikan saran ataupun larangan yang absolut.
Jadi inget soal lain. Urutan genome manusia sendiri, yang sudah berhasil dipetakan, akan segera disebarluaskan. Hehe, aku pikir ini tantangan yang menarik buat manusia dan kemanusiaan. Bakal banyak keuntungan (dan barangkali penyalahgunaan) yang diciptakan ilmuwan dalam beberapa tahun ke depan ini, kalau mereka punya akses ke database yang gede luar biasa itu. Yang jelas ini nakutin buat penganut agama dogmatik ortodoks.
Tapi negara-negara tertentu lagi siap-siap sih. Parlemen Jepang udah memutuskan bahwa cloning manusia adalah tindak kejahatan.
Meluncur di Jakarta, di bawah awan cirrus. Kapan terakhir kali kita bisa menatap cirrus menaungi kita? Daun-daun jadi tampak hijau cerah penuh kehidupan. Tapi pernahkah kita ingat bahwa untuk menciptakan daun kehijauan itu, setidaknya sebuah bintang harus diledakkan?
Saat hidrogen membentuk bintang, energi yang dihasilkan oleh fisi hidrogen ke helium (yaitu sebesar 0.7% massa) cukup untuk menahan keruntuhan. Namun pada tingkat fisi berikutnya (dari helium ke karbon, sampai akhirnya ke besi), persentase konversi massa ke energi mengecil. Bintang tidak dapat memfisikan besi. Beban massa yang terlalu berat meruntuhkannya menjadi bintang netron.
Tapi kehidupan harus diciptakan. Maka suatu bintang dengan massa yang terlalu besar itu pun diledakkan di dalam keruntuhannya. Tercipta supernova dengan maha cahaya yang indah dan energi tinggi. Energi yang cukup untuk memfisikan atom-atom membentuk atom dengan nomor yang lebih tinggi, mendekati seratus. Di atas reruntuhan supernova, gas-gas membentuk bintang baru, dengan planet-planet, dengan elemen-elemen yang lengkap.
Lalu bangkitlah kehidupan yang indah ini. Dan kecerdasan. Dan juga kelalaian.
Cerita-cerita Interpretasi Kopenhagen, tapi sama sekali lupa menyebut si pak tua Einstein. Sebetulnya mekanika kuantum dikembangkan setelah pak tua ini ‘menemukan’ foton, waktu dia menjelaskan efek fotolistrik, menggunakan tetapan Planck (dan dia memperoleh hadiah Nobel karena ini).
Tapi Interpretasi Bohr dan Heisenberg atas kuantum ditentang habis-habisan oleh Einstein. Memang ada yang tidak kompatibel antara teori kuantum dengan relativitas. Yang lucu, di tahun 1950-an, David Bohm dll menemukan bahwa efek fotolistrik dapat dijelaskan tanpa harus mengasumsikan cahaya sebagai foton. Dan yang juga lucu, di tahun 1990-an, para ilmuwan menemukan bahwa interpretasi Bohr juga ternyata tidak sepenuhnya benar. Alam semesta memang jauh lebih menarik daripada tafsiran dan mimpi kita yang paling liar sekalipun.
Aku lebih suka menempatkan diri sebagai scientist dan engineer, daripada philosopher. Jadi coba pernyataannya aku sesuaikan dengan kondisi aslinya, tanpa ekstrapolasi ke sistem sosial.
Mekanika kuantum yang diperlengkap, akhirnya mendorong Bohr mengambil kesimpulan bahwa jika dua pernyataan nampak bertentangan, bukan berarti salah satu harus salah. Relativitas menyatakan bahwa hasil pengamatan tergantung pada pengamat. Sementara implikasi awal Heisenberg menyatakan bahwa hasil pengamatan selalu terpengaruh oleh pengamat. Dualitas, yang sebelumnya hanya teramati pada gelombang elektromagnetik, oleh De Broglie dibawa menjadi pada seluruh materi, dan lebih jamak daripada sekedar dualitas. Konsep sum over histories Feynman menunjukkan bahwa banyak hal yang mungkin untuk mendeskripsikan suatu peristiwa dan meramalkan hasil — hasil akhirnya bisa jadi hanya tergantung pada probabilitas. Ini pas dengan implikasi lain dari Heisenberg: selalu harus ada keacakan dalam setiap eksistensi. Kemudian konsep penyatuan medan yang dicita-citakan Einstein justru diperlengkap oleh Abdussalam dkk menjadi penyatuan seluruh materi-energi. Dan berikutnya, dengan superstring dll, kita bisa mengamati bahwa sesungguhnya materi-energi (eksistensi) pun berpadu dengan formula.
OK. Implikasi soal-soal ini akan kita ulas satu-satu, bersamaan dengan hidup yang mengalir.
