Sudah hampir satu abad Albert Einstein menjadi pencetus dari salah satu teori yang menggemparkan pengetahuan manusia. Ia cukup berhasil untuk memodelkan alam semesta dengan teori relativitasnya. Dengan teori ini ia berhasil mendeskripsikan orbit planet merkurius, pun berkat teori ini pula manusia mampu menciptakan teknologi GPS dengan sangat akurat.
Tak Hanya Teori Einstein
Ditekankan disini bahwa penemuan ini bukan berarti kita menganggap bahwa teori relativitas umum Einstein itu salah. Bukan begitu. Seperti yang dikatakan sebelumnya, relativitas umum merupakan permodelan yang cukup baik sebagai pondasi memahami alam semesta. Pun sama halnya dengan teori yang akan kita bahas ini. Melalui simulasi komputer, permodelan dari teori yang ini juga mampu mendeskripsikan alam semesta dengan cukup baik, namun dengan pandangan yang sedikit berbeda.
Dark Matter
Pengamatan hingga saat ini menyatakan bahwa alam semesta kita mengalami ekspansi. Salah satu buktinya adalah pergeseran frekuensi cahaya dari benda-benda langit yang jauh. Efek doppler sangat membantu kita untuk memahami hal ini. Diyakini ada suatu hal yang tidak diketahui yang menjadi penyebab dari terjadinya ekspansi ini. Pasalnya hukum-hukum yang diketahui tidak mampu menjelaskan dengan sempurna mengapa alam semesta bisa berekspansi. Fenomena ini membuat ilmuwan memunculkan istilah dark matter untuk mendeskripsikan hal yang tidak diketahui tersebut.
Untuk membuat deskripsi yang lebih jelas mengenai alam semesta, ilmuwan salah satunya mengusulkan suatu teori yang menggeneralisasi teori relativitas einstein. Generalisasi ini disebut dengan f(R) gravity. Ide ini pertama kali diusulkan oleh Hans Adolph Buchdahl pada tahun 1970. Generalisasi ini memungkinkan ilmuwan untuk memodifikasi nilai R (Ricci Skalar) dari persamaan Hilbert-Einstein Action dengan suatu fungsi tertentu. Dengan ini ilmuwan menjadi lebih leluasa untuk mendeskripsikan faktor yang memengaruhi gravitasi tadi.
Chameleon theory
Chameleon dalam bahasa Indonesia berarti bunglon, hewan yang memiliki kemampuan unik untuk menyeragamkan warna tubuhnya dengan lingkungan sekitar (mimikri). Sifat bunglon inilah yang sedikit banyak dapat memberikan gambaran pada kita mengenai teori ini.
Teori ini mengindikasikan sebuah medan yang sifatnya bergantung dengan banyak materi disekitarnya. Di tempat yang memiliki banyak materi, maka kuat pengaruh dari medan ini akan semakin kecil. Sedangkan di tempat yang vakum, maka pengaruh dari medan ini semakin besar. Ini dapat menjelaskan 2 fakta yang menjadi sifat dari dark matter : Pertama, berkat pengaruh interaksinya yang lemah akibat banyaknya materi yang ada di bumi, partikel ini menjadi sangat sulit untuk dideteksi dan yang kedua partikel ini memiliki pengaruh yang besar di ruang vakum yang mana membuatnya memiliki cukup energi untuk membuat alam semesta berekspansi. Faktor inilah yang kemudian masuk dalam fungsi f(R) gravity.
Gaya ke 5
Interaksi seluruh benda di alam semesta saat ini disepakati hanya bersumber dari 4 gaya fundamental. Gaya tersebut adalah gaya gravitasi, gaya nuklir kuat, gaya nuklir lemah, dan gaya elektromagnet. Akan tetapi penemuan lebih lanjut menyebutkan bahwa gaya-gaya tersebut tidak cukup untuk mendeskripsikan anomali di alam semesta. Diantaranya adalah mengenai ekspansi dan juga perhitungan mengenai keseluruhan massa alam semesta yang tidak sesuai dengan fakta yang ada. Keempat gaya fundamental tersebut tidak mampu menjelaskan 2 anomali tersebut secara tepat. Ilmuwan kemudian memunculkan istilah dark matter dan dark energy, yang kemudian muncul pula spekulasi mengenai adanya gaya fundamental ke 5.
Chameleon field memiliki peluang untuk dianggap sebagai gaya fundamental ke-5. Jika penemuan lebih lanjut dapat terus membuktikan bahwa model ini benar, maka dark matter yang dispekulasikan dapat diasosiasikan dengan chameleon particle. Partikel ini memiliki keunikannya tersendiri. Ia memiliki sifat yang berbeda yang mana ia tidak memiliki massa tetap seperti halnya proton dan elektron. Selain itu ia memiliki interaksi yang berbanding terbalik dengan keberadaan massa. Hal inilah yang juga membuat partikel ini unik dan berbeda dengan partikel-partikel lain.
Sejauh apa keberhasilan dari model ini?
Dalam skala tata surya permodelan ini mampu menjelaskan mekanisme alam dengan baik sebagaimana yang dideskripsikan oleh teori relativitas umum. Pengujian lebih lanjut dengan simulasi komputer menyatakan bahwa dengan menggunakan permodelan chameleon ini spesifikasi pembentukan galaksi juga dapat terpenuhi. Ini artinya asumsi yang ada pada model chameleon ini tidak bertentangan dengan proses pembentukan alam semesta.
Percobaan lain juga dilakukan untuk membuktikan model ini. Para ilmuwan mencoba membuat suatu ruang vakum dari alumunium dengan diameter 2,5 cm. Kemudian ilmuwan mencoba mendeteksi perbedaan gaya dengan atom Caesium. Jika memang medan ini terbukti adanya maka seharusnya perilaku atom ini akan terpengaruh oleh medan gravitasi ditambah medan chameleon ini.
Hasil dari percobaan tersebut menyatakan bahwa perilaku atom Caesium hanya terpengaruh oleh medan gravitasi. Pengaruh dari medan chameleon sama sekali tidak terdeteksi. Akan tetapi menurut ilmuwan percobaan ini samasekali tidak menghasilkan kesimpulan apapun karena nyatanya medan yang ingin kita deteksi kekuatannya jutaan kali lebih kecil dari medan gravitasi.
Celah Perbedaan
Untuk melakukan tes dari model ini, para ilmuwan melakukan simulasi pembentukan dan evolusi galaksi. Dalam kondisi normal, ilmuwan menggunakan model dari relativitas umum sebagai acuan. Di bagian dalam galaksi (inner region of galaxy) gas yang ada disana tidak merasakan efek dari gravitasi model ini, sama seperti apa yang dideskripsikan dari model relativitas umum.
Akan tetapi pada bagain luar galaksi (outer region fo galaxy) terdapat sedikit perbedaan akibat dari adanya gaya chameleon ini. Menurut model chameleon seharusnya jumlah pembentukan bintang sedikit lebih banyak dibandingkan dengan model relativitas umum. Walaupun perbedaan ini kecil tapi ada satu celah yang akan dicoba dideteksi oleh manusia. Yaitu konsekuensi adanya keberadaan gas dengan densitas yang lebih tinggi, yang berimplikasi pada perbedaan efisiensi pendinginan gas tersebut. Harapannya perbedaan ini dapat dideteksi oleh teleskop radio SKA (Square Kilometer Array) pada tahun 2020 mendatang.
Pada Akhirnya
Pada akhirnya pengamatan tahun 2020 mendatang menjadi menarik untuk ditunggu-tunggu. Jika memang berhasil maka manusia memiliki sedikit kemajuan untuk mendeskripsikan benda benda yang masih dianggap hitam. Permodelan manusia mengenai alam semesta mungkin juga akan lebih simpel jika teori ini benar adanya. Akan tetapi jika memang teori ini telah dinyatakan gagal, maka benda-benda hitam tadi tentu masih menjadi topik yang menarik untuk dibahas.
Referensi :
- Buchdahl, Hans Adolph. 1970. “Non-linear Lagrangians and cosmological theory.” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 1-8. (diambil dari wikipedia)
- Durham University. 2019. Science Daily. 8 Juli. Diakses 19 Juli 2019. https://www.sciencedaily.com/releases/2019/07/190708131153.htm?utm_medium=cpc&utm_campaign=ScienceDaily_TMD_1&utm_source=TMD.
- IFL science. 2019. IFL Science. April. Diakses 19 Juli 2019. https://www.iflscience.com/physics/chameleon-field-will-we-ever-find-fifth-force/.
- Star, Michelle. 2019. Science Alert. 9 Juli. Diakses 19 Juli 2019. https://www.sciencealert.com/our-galaxy-could-have-formed-under-chameleon-theory-instead-of-general-relativity.
- Timmer, John. 2019. Ars Technica. 14 July. Diakses 19 Juli 2019. https://arstechnica.com/science/2019/07/alternative-theory-of-gravity-makes-a-nearly-testable-prediction/.
- Todd, Nate. 2019. The Burn In. 12 Juli. Diakses 19 Juli 2019. https://www.theburnin.com/science/chameleon-theory-dark-energy-galaxy-formation/.