Category: Science (Page 4 of 13)

Kalau ditanya kenapa orang sekurus (=langsing =tipis) aku bisa berkolesterol tinggi, aku suka menggambar diagram di bawah ini. Lengkap dengan level kebodohan tertentu dimana obat tertentu justru menggerus fungsi hati, dan dengan demikian makin mengacaukan regulasi kolesterol. Tapi kali ini kita coba berfokus pada hal lain, yaitu kemungkinan vaksinasi melawan kolesterol. Ini dikaji a.l. di Science & Vie edisi Mars 2007.

Pertama, siklusnya dulu. Hati melakukan pendauran kolesterol yang memang dibutuhkan tubuh kita. Kolesterol ini dibawa oleh LDL (lipoprotein berkerapatan rendah) ke seluruh badan, lalu dibawa kembali oleh HDL (lipoprotein berkerapatan tinggi) ke hati. Jika terjadi ketidakseimbangan (orang Indonesia bilang: karena satu dan lain hal), maka terjadi ekses LDL. LDL berlebih ini membentuk LDL oksida yang dapat menginfiltrasi pembuluh darah, menumpuk, menimbulkan peradangan, lalu mengakibatkan disfungsi pembuluh darah, yang tentu paling fatal jika terjadi misalnya di jantung atau otak. Sebenernya agak serem juga membahas proses yang sedang terus terjadi di dalam diri kita, haha :). Oh ya, salah satu bentuk ketidakseimbangan diakibatkan oleh CETP, yaitu protein pembawa ester kolesterol, yang mampu mengubah HDL kembali menjadi LDL.

Para alim ulama (yang arti harfiahnya adalah para pengabdi ilmu, bukan selebriti pengiklan SMS premium) sedang berusaha untuk menggunakan vaksin untuk mencegah, atau mengurangi intensitas, perusakan akibat kolesterol ini. Ada tiga alternatif yang tengah berusaha dimanipulasi:

1. Memperbaiki regulasi LDL
   Vaksin CETP; diharapkan memancing imunitas tubuh untuk membentuk antibodi perusak CETP.
2. Merusak LDL oksida
   Vaksin LDL Oksida; diharapkan memansing sistem kekebalan atas infiltrasi LDL oksida.
3. Mencegah peradangan
   Aktivasi limfosit pengatur untuk menetralisir efek-efek peradangan.

Kemarin, cerita tentang S-Matrix aku mulai dari Wina. Ada apa sih di Wina? Salah satunya, pernah ada Wittgenstein, sebelum dia pergi ke Cambridge. Aku pernah tulis bahwa tokoh ini kabur dari dunia fisika dan masuk ke filsafat. Nah, di Wina ada tokoh yang senada: Moritz Schlick. Murid Max Planck ini, — oh ya betul: h dicoret itu. Jadi murid Planck ini lebih suka berkarir sebagai filsuf. Tetapi ia masih membawa sisa dunia lamanya. Bagi Schlick, filsafat haruslah diturunkan dari sains. Filsafat bertujuan untuk merjernihkan arti dari proporsi, dengan metode yang sama dengan metode sains. Inilah yang menjadi dasar dari positivisme logis, yang kemudian kadang disebut sebagai Madzhab Wina.

Schlick mulai rutin mengumpulkan rekan2nya di Boltzmanngasse, gedung jurusan matematika dan fisika. Setiap malam Jum’at. Hanya terbatas bagi orang yang diundang. Diantara tokohnya adalah Otto Neurath, Herbert Feigl, Rudolf Carnap, Kurt Gödel, Viktor Kraft, Felix Kaufmann, Phillip Frank, Hans Hann, dan Olga Hann yang pakar aljabar Boole. Wittgenstein dijadikan anggota kehormatan dan ‘guiding spirit’ — tetapi menolak. Mereka duduk dalam formasi setengah lingkaran. Dan tak lama, kelompok ini terkenal sebagai Lingkaran Wina. Der Wiener Kreis. Wiener Schnitzel? Bukan. Itu sih makanan sedap. Karl Popper, pernah berharap bisa masuk lingkaran ini. Tetapi tak pernah diajak. Itu salah satu sebab bahwa ia selalu ingin bisa mengalahkan … Wittgenstein :).

Prosedur pertemuan cukup baku. Schlick memulai dengan membacakan surat2 yang masuk, termasuk dari raksasa2 sains seperti Einstein, Russel, Hilbert, atau Bohr. Kemudian debat dimulai, sesuai tema yang ditetapkan minggu sebelumnya. Kadang tamu asing pun diundang. Ayer dari Inggris, Quine dari Amrik, Hempel dari Berlin. Tamu2 ini membawa pengaruh Lingkaran Wina ke filsuf di negeri2 lain.

Tentu saja banyak juga pihak yang bertentangan. Di Cambridge misalnya, di masa itu orang percaya bahwa justru sains yang harus belajar dari filsafat. Juga, positivisme logis bertentangan dengan idealisme model Jerman seperti yang dibawakan Fichte dan Hegel, atau Kant, yang lebih mengutamakan pikiran dan spirit daripada fisika dan logika. Lingkaran Wina menggunakan relativitas Einstein (yang di masa itu berlawanan dengan akal sehat) untuk melawan pendapat Kant bahwa kita bisa merumuskan isi semesta hanya dengan merenung. Dan tentu jangan ditanya soal agama dan metafisika. Hal2 semacam ini juga telah membuat Lingkaran ini dimusuhi banyak penduduk Wina sendiri.

Kenapa namanya positivisme logika? Baca di Google atau Wikipedia deh. Gitu2 aja kok :).

Lalu, di suatu hari di tahun 1936, Schlick ditembak salah satu mahasiswanya. Tak lama, terjadi Anschluss. Lingkaran Wina pun menghilang. Gödel tentu masih berkibar. Dan Heisenberg, kita singgung kemarin, mengadopsi madzhab ini ke dalam S-matrix, yang masih beranak cucu sampai ke Teori M.

“Imagination is more important than knowledge,” begitu dia tulis. Juga: “A human being is a part of the whole, called by us ‘Universe,’ a part limited in time and space. He experiences himself, his thoughts and feelings as something separated from the rest kind of optical delusion of his consciousness. This delusion is a kind of prison for us, restricting us to our personal desires and to affection for a few persons nearest to us. Our task must be to free ourselves from this prison by widening our circle of compassion to embrace all living creatures and the whole of nature in its beauty. Nobody is able to achieve this completely, but the striving for such achievement is in itself a part of the liberation and a foundation for inner security.”

Selamat Ulang Tahun, Albert Einstein, Tokoh Pilihan Abad ke 20. FYI, ini adalah ulang tahun ke 10000000, biner.

Dan kalau kita di abad ke 21 ini sudah lupa, kenapa seorang fisikawan bisa terpilih jadi tokoh abad ke 20, alih2 matematikawan, psikolog, politisi, teroris, juru damai, dan sebagainya; berarti kita betul2 lupa bahwa Einstein bukan sekedar fisikawan. Ia adalah inspirasi abad ke 20. Berbagai filsafat abad ke 20 memperoleh inspirasi dan semacam pembenaran dari hasil kerja (dan turunan hasil kerja) tokoh ini. Tapi, OK, kita tak sedang bicara soal ini :).

Hari ini kebetulan juga hari π. Tahun2 lalu pernah aku singgung sekilas di sini. Tapi tahun ini hari π diperingati di weblog Jay. Dan Jay jadi membahas konstanta. Dan waktu sekilas meninggalkan komentar, terpaksa aku mengingat kembali tokoh kita ini.

Saat mulai bermain dengan relativitas, Einstein mulai berbagi narasi bahwa waktu adalah dimensi yang sama dengan ruang. Dan dengan demikian ia mulai selau menulisnya sebagai besaran dimensi zeit-raum yang tunggal. Meneruskan permainan relativitas dan efek fotolistrik, ia berbagi diskursus yang lebih menarik: materi dan energi adalah entitas yang sama. E=mc², dengan c sebuah tetapan yang hanya mengkonversi satuan. Tapi kalau ruang dan waktu memang sama, kenapa c harus punya nilai dan satuan. Berikan saja nilai 1. Kalau perlu satuan, c = 1 kaki per nanodetik :). Tapi kalau c tanpa satuan, kita bisa bayangkan bahwa waktu 1 nanodetik setara dengan jarak 1 kaki :) :). Kita teruskan dengan E = m. Kita bisa bercerita tentang massa sekian GeV tanpa harus mengkonversikan dalam hati menjadi kg. Dan, oh, kalau memang massa dan energi memang harus punya satuan (katakan eV), maka baik jarak maupun waktu sebagai dimensi ‘sebenarnya’ dapat dirumuskan sebagai inversi dimensi massa atau energi. Dengan demikian satuannya adalah eV^-1. Kemudian … banyak hal2 menarik dari sini :), asal nggak terantuk sama angka 137.

Lovelock dulu memiliki konsep yang namanya Gaia. Banyak yang mengkaitkan konsep ini dengan hal2, baik yang bersifat religius maupun quasi-religius. Tapi sebenarnya Gaia adalah konsep sains biasa. Seperti tubuh kita merupakan hasil sinergi dari sel2, maka tubuh kita juga bersinergi bersama organisme2 lain membentuk lingkungan yang saling mendukung kehidupan. Kita saling bergantung. Kita: makhluk hidup di bumi, unsur2 di bumi, lingkungan bumi, dan bumi itu sendiri. Bumi seolah menjadi suatu makhluk hidup besar dengan kita semua sebagai sel2 pendukungnya; membentuk jalur distribusi pendukung kehidupan bagi kita, sekaligus membentuk bumi sebagai satu kesatuan organisme.

Sering kita takjub; dan kadang kita terpaksa takjub; bahwa sistem apa pun di semesta ini saling mendukung. Anak SD sudah belajar tentang siklus air dan siklus oksigen. Anak SMP menambah belajar siklus nitrogen. Hey, sudah pernah baca tentang siklus belerang? Asik deh. Gini nih ceritanya.

Pertanyaan pertama: Belerang dari daratan cenderung terbawa air ke laut. Namun belerang di daratan tak tampak habis setelah jutaan tahun. Kapan belerang kembali ke darat? Melalui penguapan, kata ilmuwan zaman dulu. Tapi tak ada bukti bahwa laut menguapkan hidrogen sulfida yang baunya bukan main itu ke angkasa. Laut selalu berhawa segar.

Pertanyaan kedua: Bagaimana awan terbentuk di atas laut? Bumi kita sebagian besar terdiri dari laut. Di laut dan di darat terjadi penguapan air. Lalu terjadi pengembunan. Awan bukan hanya berfungsi dalam siklus air, tetapi juga menapis cahaya matahari. Tanpa awan yang banyak, lebih banyak sinar matahari yang memanasi permukaan bumi, dan mengakibatkan suhu rata2 di bumi mencapai 35 derajat Celcius, yaitu 20 derajat lebih tinggi daripada suhu sekarang. Bayangkan berapa suhu daerah tropis kalau dinaikkan 20 derajat dari sekarang. Lalu tinggal berapa es di kutub. Lalu tinggal berapa daratan tersisa. Dst. Di daratan, banyak partikel kecil yang bisa menjadi inti kondensasi, yang memudahkan terbentuknya awan: debu, aktivitas organik, polusi. Tapi bagaimana awan bisa terbentuk di atas lautan luas?

Pertanyaan ini baru terjawab beberapa belas tahun yang lalu. Tumbuhan laut, yang memiliki sel2 sederhana. Tumbuhan ini berusaha hidup dengan menahan masuknya garam (NaCl) ke dalam selnya. Ini dilakukan dengan membentuk senyawa penahan yang berbahan baku belerang, karena pasok belerang di laut banyak sekali, datang dari daratan. Waktu sel mereka terurai, senyawa penahan ini pecah dan menghasilkan gas dimetil sulfida (DMS) yang lepas ke atmosfir. Kita pasti mengenali bau senyawa ini: segar, mirip ikan segar yang baru diangkat dari laut. Setiap saat, sejumlah besar senyawa ini dilepas ke atmosfir, dan syukurnya, senyawa ini mampu menjadi inti kondensasi uap air. Pada gilirannya, terbentuk awan, yang menjadi hujan. Saat hujan jatuh di darat, senyawa belerang ini dikembalikan ke daratan untuk dimanfaatkan makhluk daratan. Lalu ampasnya, dalam dibuang lagi (duh) ke laut, untuk diolah oleh alga2 baik hati itu lagi.

So, inilah cerita Gaia. Proses2 itu dan proses2 lain bukan saja memungkinkan hidupnya makhluk yang terlibat, tetapi juga memungkinkan bumi memiliki suhu yang mendukung kehidupan secara total. Sekarang, bagaimana Gaia, sebagai sebuah organisme hidup, bisa beradaptasi. Katakanlah entah karena apa awan tak mudah terbentuk. Akibatnya, panas matahari lebih masuk ke dalam lautan. Akibatnya, ruang hidup yang nyaman buat alga meluas. Akibatnya lebih banyak alga. Akibatnya, lebih banyak DMS dilepas ke atmosfer, sambil juga makin banyak uap air. Maka makin banyak awan terbentuk, dan melindungi bumi dari panas leih lanjut. Maka suhu bumi turun. Begitulah. Subhanallah.

Kehidupan, secara fisik, umumnya dikaitkan dengan paduan unsur2: karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen (CHON). Tentu kita sadar bahwa kehidupan bisa diciptakan dari unsur2 yang berbeda. Tapi secara statistik, kemungkinan terbesar kehidupan terbentuk dari paduan 4 unsur itu.

Statistik? Waktu semesta sudah meruang panjang, dan level energi sudah mulai turun, mulai terbentuk hadron seperti proton dan netron. Inti nuklir yang ada hanyalah hidrogen. Dan sedikit persen helium, serta jauh lebih sedikit persen lithium. Saat kemudian bintang2 terbentuk, terjadi reaksi fusi yang mulai membentuk helium (He⁴). Fusi lebih lanjut menghasilkan lipatan dari helium, yaitu berilium Be⁸, karbon C¹², dan oksigen O¹⁶. Luruhan dan tumbukan di dalam bintang2 juga menghasilkan nitrogen N¹⁴.

Maka, biarpun semesta sebagian besar (di atas 99%) terdiri atas H dan He, unsur yang cukup banyak berarti (di bawah 1% tapi dikalikan seluruh semesta) adalah C, N, dan O. Be labil, mudah hilang. He, sebaliknya, sangat stabil, sulit bereaksi. Maka unsur yang banyak dan mudah bereaksi adalah C, H, O, N. Hai. Ditembaki sinar ultraviolet, bahan2 ini mulai menghasilkan metanol, amonia, dan asam sianida. Bahkan asam amino tertentu. Diambah kenyataan bahwa C mampu membentuk rantai, dan N sangat menarik untuk membentuk katalis, siaplah kita mencari bentuk kehidupan.

OK, jadi CHON. Tetapi, lebih spesifik lagi, waktu mencari kehidupan (berbasis CHON) di luar tatasurya, umumnya orang mencari spektrum molekul oksigen. Kenapa?

Kehidupan memiliki ciri fisik antara lain sebagai sistem yang dapat menurunkan entropi lokal. Kita pasti ingat, bahwa Hukum Termodinamika II bilang bahwa entropi cenderung meningkat. Tapi adanya kehidupan bisa secara lokal menaikkan keberaturan, menurunkan entropi; biarpun bagi lingkungan yang lebih luas, entropinya bisa saja masih meningkat. Anda mengubah makanan jadi tubuh yang terorganisasi baik; dan punya kecerdasan untuk memperbaiki dunia (wishfully). Tapi di tingkatan lain, proses semacam fotosintesis bisa jadi contoh yang lebih menarik. Senyawa oksigen O₂ itu dalam waktu tak lama akan mudah bereaksi dengan nyaris materi apa pun membentuk oksida-oksida. Bumi ini penuh silikon, karbon, besi, dll; dan semuanya mengikat oksigen jadi silikat (pasir), karbon dioksida, karat besi, dll. Ini adalah bentuk entropi yang meningkat. Tapi fotosintesis mengubah CO₂ jadi O₂ dan senyawa karbon. Merkurius, bumi, dan venus dibentuk kira2 dari unsur2 yang sama. Tetapi atmosfir bumi kaya O₂ , sementara di dua planet lainnya O₂ sudah nyaris habis bereaksi.

Mungkin bukan harus O₂ sih. Setidaknya, kalau ada planet (atau ruang lain) yang memiliki senyawa2 yang seharusnya mudah bereaksi, tetapi ternyata dia belum habis bereaksi setelah jutaan tahun planet itu ada, kita harus curiga bahwa ada sistem yang bisa menurunkan entropi lokal bercokol di lingkungan itu. Mungkin ada semacam kehidupan.

Tapi sebenarnya, daripada bikin entry weblog kayak gini, mendingan nulis Wiki aja kali ye?

Pada tahun 1862, Kelvin memperkirakan umur semesta: 30 juta tahun. Itu berdasar hasil kalkulasi energi vs usia matahari. Darwin, yang sempat mengkalkulasi bahwa bumi harus berusia setidaknya 300 juta tahun untuk memungkinkan evolusi tersebar seperti yang diketahuinya, serta merta menghapus hasil perhitungannya dari bukunya, dan lebih suka turut mengamini Kelvin. Rutherford, setelah radioaktif ditemukan, menghitung usia semesta sekitar 4,5 miliar tahun. Ia menyampaikan hal ini di depan sidang ilmuwan yang dipimpin Kelvin, dengan cara yang amat diplomatis (hmmm).

“Tuan Kelvin membatasi usia bumi pada angka tertentu, jika tidak ada bentuk energi baru yang ditemukan. Visi beliau kemudian menjadi kenyataan, bahwa kita menemukan bentuk energi lain: radium.”

Radioaktivitas diakibatkan oleh interaksi yang kemudian disebut energi nuklir lemah, atau energi lemah (weak energy). Ia berinteraksi mengikat inti atom. Jika gravitasi dan elektromagnetika telah teramati sekian ratus tahun sebelumnya, radioaktivitas baru mulai dipahami di awal abad ke-20. Ini karena sifat energi lemah yang berbeda: ia hanya memiliki jangkauan pendek (sejauh 10^-18m saja), sehingga tidak memiliki gelombang yang teramati seperti dua bentuk energi lainnya. Jangkauannya yang pendek ini tak terlepas dari sifatnya yang lain: ia memiliki massa. Ia juga bisa memiliki muatan. Partikel pembawa energi ini, disebut boson W+, W-, dan Z. W+ dan W- memiliki massa yang sama: 80 GeV, dengan muatan masing2 positif dan negatif. Z memiliki massa 91 GeV.

Hal lain yang membuat boson2 ini berbeda adalah bahwa, ehm, interaksi dengan boson ini bisa mengubah jenis partikel. Netron dapat berinteraksi dengan W- dan berubah menjadi proton. Karena netron memiliki kuark u-d-d dan proton u-u-d, maka artinya dalam interaksi itu terdapat sebuah kuark d yang berubah menjadi u. Tapi lebih lanjut, si W- dapat terus berubah menjadi elektron dan antineutrino. Pauli lah yang menghipotesiskan adanya neutrino (partikel yang memiliki sifat2: muatan nol, massa amat mendekati nol, dan tidak meluruh) akibat adanya ketidaksetimbangan jika W- hanya menjadi elektron. Tapi nama neutrino dan karakteristiknya diberikan oleh Fermi. Majalah Nature waktu itu sempat menolak paper Fermi tentang neutrino — menganggapnya terlalu spekulatif.

Soal massa pada boson2 W dan Z membuat orang mulai mendalami teori tentang massa sendiri. Tahun 1960an, Higgs menghipotesiskan sebuah mekanisme, yang kemudian dinamai mekanisme Higgs. Medan Higgs berinteraksi dengan partikel2 tertentu, yang efeknya adalah terbentuknya kurvatur pada dimensi ruang-waktu di sekitar si partikel, yang mengubah inersia si partikel itu. Ini yang kemudian menjadi massa partikel. Dan dengan demikian, massa menjadi tidak konstan: ia terpengaruh oleh kecepatan.

Abdussalaam, Glashow, dan Weinberg kemudian menemukan paduan antara elektromagnetika dengan energi lemah. Pada level energi tinggi, ini adalah bentuk energi yang sama. Tapi pada saat level energi turun, simetri pecah, dan terbentuk partikel2 yang berbeda: foton tak terpengaruh medan Higgs dan tak memiliki muatan; W terpengaruh medan Higgs dan bermuatan; Z terpengaruh medan Higgs tapi tak memiliki muatan. Masih ada hal menarik pada boson pembawa energi lemah: ia melanggar simetri paritas. Hmmm, panjang nih kalau ceritanya sampai ke sini :). Yang jelas, efeknya a.l. adalah bahwa neutrino hingga saat ini selalu ditemukan berspin ke kiri.

Kira-kira bulan lalu, Amazon menawari buku “The Trouble with Physics” dari Lee Smolin. Aku pernah baca Smolin, dan sempat sedikit diulas di web ini juga. Jadi cukup tertarik juga sama judul ini. Subjudulnya berbunyi “The Rise of String Theory …” Amazon juga menawarkan buku itu berpasangan dengan “Not Even Wrong” dengan subjudul “The Failure of String Theory …” oleh Peter Woit. Gara2 ditawari buku2 ini, jadilah kita menjelajahi lagi Teori String dan para penerusnya.

Peter Woit termasuk kaum skeptik kawakan terhadap Teori String. Sejak awal dasawarsa ini, ia giat mengetengahkan sanggahan atas Teori String. Dari yang judulnya rada netral “String Theory: An Evaluation” sampai yang mulai menonjok: “Is String Theory Even Wrong?” Istilah terakhir ini mencontek fisikawan masyhur Wolfgang Pauli, yang suka memberi predikat atas teori-teori tanpa dasar sebagai “It is not right. It is not even wrong.” Dan justru tonjokan inilah yang kemudian dijadikan judul buku Woit. Woit juga menjelaskan pikiran2nya dalam weblognya, yang juga dijuduli Not Even Wrong.

Kubu Teori String ternyata ogah ditonjok tanpa perlawanan. Salah satu yang melakukan pembalasan adalah Luboš Motl. Di weblognya yang berjudul The Reference Frame, ia menyerang balik para penentang Teori String, terutama Woit, dan tentu juga Smolin. Tapi memang fisikawan muda ini rada keras :). Weblognya juga menentang teori Global Warm, dan menyatakan patriotisme luar biasa buat Amrik.

Di lain pihak, Lee Smolin menyatakan keberatannya, dalam sebuah surat terbuka, di mana ia menyatakan bahwa ia masih mendukung diteruskannya riset atas Teori String. Yang ia sampaikan adalah bahwa orang harus ingat bahwa Teori String belum mencapai tahap yang memuaskan, sehingga belum dapat disebut sebagai teori yang final, seperti yang mulai banyak digembargemborkan orang. Cover bukunya memang provokatif, kata Smolin. Tetapi itu dibuat pihak lain. Dan ilmuwan selayaknya tidak pernah menilai buku dari covernya. Posisi Smolin ini juga bisa dirujuk dari paper-papernya di arxiv.

Trus … bersambung. Aku masih penasaran mau baca bukunya dulu :).