Perburuan Teori Medan Terpadu Einstein

blank

Einstein

Si genius Einstein mencoba menyatukan kedua medan menjadi terpadu, medan elektromagnetik dan medan gravitasi. Einstein meyakini pasti ada cara untuk menyatukan kedua medan tersebut, pasti akan ditemukan suatu hari nanti. Perlu kesabaran ekstra dan ketelitian matematika untuk menemukannya, ketika Einstein lebih senang mengandalkan eksperimen imajinernya, ternyata perburuan teori medan terpadu memerlukan banyak matematika, dan Einstein hanya memiliki sedikit matematika, itu yang membuat dirinya terkadang mengeluh. Hingga akhir hayatnya, Einstein berjuang menyelesaikannya. Sebelum meninggal, Einstein menulis satu baris simbol dan angka dengan harapan mungkin dapat membantu dirinya, dan kita semua, sedikit lebih dekat dengan semangat yang terdapat dalam hukum alam semesta. Berikut satu baris simbol dan angka tersebut,

blank

blank

Einstein selalu bersikeras untuk menemukan teori medan terpadu, tak peduli dengan anggapan aneh dari ilmuwan lainnya. Kala itu, ilmuwan lainnya berjibaku mengembangkan mekanika kuantum. Namun, Einstein lebih memilih bertahan untuk menemukan teori tersebut. Seperti yang tergambar dalam isi surat Einstein kepada ahli fisika matematis, Hermann Weyl, “Saya yakin bahwa sekali lagi orang harus menemukan prinsip umum yang ditangkap dari alam untuk membuat kemajuan yang nyata.”

Dalam kuliah Nobel, Einstein menyampaikan kemungkinan dua medan dapat disatukan, “otak berjuang mengejar penyatuan tak terpuaskan bahwa dua medan harus mewujud dalam keadaan sangat saling bebas. Kita mencari teori medan yang terpadu secara matematis, yang menafsirkan medan gravitasi dan medan elektromagnetik hanya sebagai komponen atau manisfestasi berbeda dari medan uniform yang sama.” Einstein berharap teori terpadu semacam itu mungkin akan membuat mekanika kuantum cocok dengan relativitas.

Perburuan teori medan terpadu Einstein sebagian besar berupa serangkaian langkah salah yang ditandai dengan kompleksitas matematika yang semakin meningkat, dimulai dengan reaksinya terhadap kesalahan langkah ilmuwan lain, berikut reaksi Einstein:

  1. Hermann Weyl                                                                                                                                                                                                                Hermann Weyl
    Yang pertama datang dari ahli fisika matematis Hermann Weyl, 1918. Weyl mengajukan cara memperluas geometri relativitas umum yang sepertinya juga akan berperan sebagai geometri medan elektromagnetik. Awalnya Einstein terkesan, “Inilah penemuan kelas satu dari seorang genius, “katanya kepada Weyl, batang pengukur dan jam akan berubah-ubah bergantung pada jalur yang mereka lalui saat melintasi ruang. Namun, pengamatan eksperimental tidak menunjukkan fenomena semacam itu. Setelah dua hari merenung, Einstein menulis catatan pahit dalam surat berikutnya, “Alur penalaran Anda serba lengkap luar biasa, kecuali dalam hal sesuai dengan realitas, teori ini benar-benar pencapaian intelektual agung.” tulisnya kepada Weyl. 
  2. Theodor Kaluza                                                                                                                                                                                                                 Theodor Kaluza junior                                                                                 

Yang kedua, datang dari Profesor matematika di Konigsberg, Theodor Kaluza,1919. Kaluza mengusulkan dimensi kelima ditambahkan pada empat dimensi ruang-waktu. Kaluza mengasumsikan dimensi spasial tambahan tersebut bundar. Artinya, jika Anda melangkah menurut arahnya, Anda akan kembali ke tempat Anda berangkat, seperti berjalan mengelilingi Silinder. Einstein terkesan dan sekaligus kritis. “Dunia silinder lima dimensi tak pernah jelas bagi saya, “tulisnya kepada Kaluza. “Sekilas saya sangat menyukai gagasan Anda.” Sayangnya tidak ada alasan untuk memercayai bahwa sebagian besar perhitungan matematika tersebut sungguh-sungguh memiliki dasar realitas fisik. Dengan kenyamanan sebagai ahli matematika murni, Kaluza mengakuinya dan menantang para ahli fisika untuk menemukannya. “Masih sulit dipercaya bahwa seluruh hubungan ini dalam kesatuan formal yang sebenarnya terbaik harus memenuhi permainan kebetulan yang berubah-ubah yang memikat belaka.” tulisnya. “Harus lebih dari sekedar formalisme matematika hampa yang ditemukan bersemayam di balik hubungan yang diduga ini agar kita kemudian menghadapi kejayaan baru relativitas umum Einstein. ”Saat itu Einstein telah beralih kepercayaan dari formalisme matematika yang terbukti telah berguna dalam usaha terakhirnya menemukan relativitas umum. Begitu beberapa masalah terselesaikan, ia membantu Kaluza memublikasikan makalah tersebut pada 1921 dan kemudian mengikutinya dengan makalahnya sendiri.

3. Oskar Klein                                                                                                                                                                                                                      Oskar Klein.jpg

Yang ketiga, datang dari ahli fisika Oskar Klein, anak rabi pertama Swedia dan mahasiswa Niels Bohr. Klein menganggap teori medan terpadu tidak hanya menjadi cara menyatukan gravitasi dan elektromagnetisme, tetapi ia juga berharap bisa menjelaskan beberapa misteri yang bersembunyi dalam mekanika kuantum. Mungkin cara itu bahkan bisa menghasilkan cara untuk menemukan “Variabel tersembunyi” yang bisa menghilangkan ketidakpastian. Klien lebih menjadi ahli fisika daripada ahli matematika sehingga lebih berfokus pada kemungkinan realitas fisik dimensi spasial ke empat dibanding Kaluza. Gagasannya adalah dimensi tersebut mungkin menggulung dalam lingkaran yang terlalu kecil untuk dideteksi, menonjol keluar dari setiap titik ruang tiga dimensi yang bisa diamati. Hal ini sangat genius, tetapi ternyata tidak banyak menjelaskan keanehan, malah semakin menegaskan pandangan tentang mekanika kuantum atau kemajuan baru dalam fisika partikel. Teori Kaluza-Klien dikesampingkan walaupun bertahun-tahun kemudian Einstein akan kembali ke sebagian konsep tersebut. Sesungguhnya, hal itu masih dilakukan para ahli fisika saat ini. Gema gagasan tersebut mewujud dalam teori dawai, terutama dalam bentuk dimensi yang ekstra padat.

4. Arthur Eddington                                                                                                                                                                                                            Arthur Stanley Eddington.jpg                                                                                                               

Dan yang terakhir, datang dari Arthur Eddington, astronom dan ahli fisika Inggris yang bertanggung jawab dalam observasi gerhana yang terkenal. Eddington menyempurnakan matematika Weyl menggunakan konsep geometri yang dikenal sebagai hubungan afinitas. Einstein membaca gagasan Eddington dalam perjalanan ke Jepang dan kemudian mengadopsinya sebagai dasar teorinya sendiri. “Saya yakin akhirnya memahami hubungan antara listrik dan gravitasi, “tulis Einstein kepada Bohr dengan senang. “Eddington lebih mendekati kebenaran dibanding Weyl. Sejak saat itu daya tarik teori unifikasi telah memesona Einstein. “Di atasnya terulas senyum alam yang tak berperasaan,” Einstein memberitahu Weyl. Dalam perjalanan melintasi Asia, Einstein membuat makalah baru dan setibanya di Mesir pada Februari 1923 Einstein segera mengirimkan kepada Planck untuk dipublikasikan. Einstein menegaskan tujuannya adalah, “Memahami medan gravitasi dan medan elektromagnetik sebagai satu kesatuan.

Pernyataan Einstein menjadi berita utama di seluruh dunia. “Einstein Menjelaskan Teori Terbarunya”, tegas New York Times. Dan, sekali lagi kompleksitas pendekatannya dipuji-puji karena tidak dipahami Awam. “Saya dapat menyatakan teori ini kepada Anda dalam satu kalimat, Teori ini mengenai hubungan antara listrik dan gravitasi.” kutip wartawan dari kata-kata Einstein. “Einstein juga memberikan pujian kepada Eddington dengan mengatakan, “Teori ini berdasarkan teori astronom Inggris.” Einstein memperjelas tujuannya dalam artikel susulan, bahwa tujuannya bukan hanya penyatuan, melainkan juga mencari cara mengatasi ketidakpastian dan probabilitas dalam teori kuantum. Pencarian tersebut dinyatakan dengan jelas dalam salah satu judul makalah pada 1923, “Does the Field Theory Offer Possibilities for the Solution of Quanta Problems?

Baca juga:

Makalah itu dimulai dengan menjelaskan cara teori elektromagnetik dan gravitasi memberikan penyatuan kausal berdasarkan persamaan diferensial parsial yang digabungkan dengan kondisi awal. Dalam dunia kuantum, tidak mungkin memilih atau menerapkan kondisi awal secara bebas. Walaupun demikian, bisakah kita menemukan teori kausal berdasarkan persamaan medan? “Tentu saja bisa,” jawab Einstein sendiri dengan optimistis. Yang dibutuhkan adalah metode “menentukan lebih banyak” variabel medan dalam persamaan yang tepat. Jalan penetapan itu adalah alat yang akan ia terapkan tanpa hasil, memperbaiki hal yang selalu ia sebut sebagai “masalah” ketidakpastian kuantum.

Dalam dua tahun, Einstein menyimpulkan bahwa pendekatan-pendekatan tersebut mengandung cacat. “Artikel saya yang sudah dipublikasikan (pada 1923) tidak mencerminkan solusi sesungguhnya bagi persoalan ini. Baik atau buruk, ia telah sampai pada metode lain. “ Setelah selama dua tahun mencari tanpa henti, saya pikir sekarang saya menemukan solusi sebenarnya.” Tulisnya. Dan pendekatan barunya adalah menemukan ekspresi formal paling sederhana tentang hukum gravitasi dalam ketiadaan medan elektromagnetik dan kemudian menggeneralisasinya. Ia berpikir bahwa teori elektromagnetik Maxwell memunculkan perkiraan pertama. Sekarang ia lebih mengandalkan matematika dibanding fisika, Tensor metrik yang ia gunakan dalam persamaan relativitas umum memiliki sepuluh kuantitas independen. Namun, jika dibuat nonsimetris, akan ada enam belas kuantitas yang cukup mengakomodasi elektromagnetisme. Ternyata, pendekatan itu menemui jalan buntu seperti pendekatan lain. Ahli fisika Steven Weinberg dari Universitas Texas mengatakan, “masalah yang ada dalam gagasan ini adalah benar-benar tak ada apapun di dalamnya yang mengikat enam komponen medan listrik dan magnetik pada sepuluh komponen tensor metrik biasa yang menggambarkan gravitasi.”

Transformasi Lorentz atau transformasi koordinat lain akan mengubah medan listrik atau magnetik menjadi campuran medan listrik dan magnetik, tetapi tidak ada transformasi yang mencampurkannya dengan medan gravitasi. ”Tanpa gentar Einstein kembali ke pekerjaannya. Kali ini ia mencoba pendekatan yang ia namakan “paralelisme jarak”. Pendekatan itu memungkinkan vektor di berbagai bagian ruang melengkung berhubungan, dan dari sini muncullah bentuk tensor baru. Yang paling mengagumkan (menurut anggapannya), ia mampu membuat persamaan yang tidak membutuhkan konstanta Planck yang mengganggu itu.

Artikel Lainnya:

Berikut contoh dari berita utama di New York Times.

12 Januari : ”Einstein Mempeluas Teori Relativitas/Karya Baru Mencari Kesatuan Hukum Gravitasi dan Elektromagnetisme/Ia Menyebutnya                             
              sebagai‘Buku’ Terbesar/Ilmuwan Berlin Butuh Sepuluh Tahun Persiapan.”

19 Januari : “Einstein Heran pada Kegemparan atas Teorinya/Membuat 100 Jurnalis Menunggu Seminggu/BERLIN-Selama minggu lalu seluruh 
              insan pers hadir di sini berupaya mendapatkan naskah lima halaman Dr. Albert Einstein berjudul “Teori Medan Baru”. Selain 
              itu, ratusan kawat dari seluruh dunia dengan biaya jawaban prabayar (prepaid) dan telah datang sejumlah besar surat 
              meminta detail deskripsi atau salinan naskah.”

25 Januari (halaman 1) : “Einstein Meringkas Seluruh Fisika dalam Satu Hukum/Teori Elektro-Gravitasi Baru Menghubungkan Semua Fenomena, 
                          Kata Penerjemah Berlin/Juga Hanya Satu Substansi/Hipotesis Membuka Visi Orang Bisa Melayang di Udara, Kata 
                          Profesor N.Y.U/BERLIN-Karya terbaru Profesor Albert Einstein, yang akan disiarkan segera, meringkas hukum 
                          dasar mekanika relativistik dan listrik dalam satu rumus, menurut orang yang menerjemahkannya dalam bahasa 
                          Inggris.”

Einstein memang sangat berambisi untuk menyelesaikan teori medan terpadu, terlihat jelas dari wawancaranya dengan koran Inggris. “Sudah menjadi ambisi terbesar saya menyelesaikan dualitas hukum alam menjadi satu kesatuan, tujuan karya saya lebih jauh adalah menyederhanakan dan terutama mereduksi menjadi satu formula medan gravitasi dan elektromagnetik. Karena alasan ini, saya menyebutnya sebagai sumbangan pada ‘teori medan unifikasi’. Sekarang, sejak sekarang, kita tahu bahwa gaya yang menggerakkan elektron dalam elips mengelilingi nukleus atom sama dengan gaya yang menggerakkan bumi kita memutari matahari. Tentu saja ternyata ia tidak tahu hal itu, atau bahkan sampai sekarang kita belum tahu.

Einstein kesulitan menyelesaikan eksperimen imajinernya karena keterbatasan matematika.  Einstein pernah mengeluh setengah bercanda kepada putranya Hans Albert, “Seandainya aku memiliki lebih banyak matematika”. Ia juga pernah mengeluhkan teori medan terpadunya kepada rekannya Hoffmann, “Tidak ada visualisasi yang dapat membantu kami,” Teori ini sangat matematis dan selama bertahun-tahun, dengan bantuan orang lain maupun sendirian, Einstein mengatasi masalah demi masalah hanya untuk menemukan masalah baru yang sedang menunggunya.”

Usulan Einstein tak satu pun menghasilkan teori medan unifikasi yang sukses. Bahkan, dengan penemuan partikel dan gaya baru, fisika menjadi kurang terpadu. Dalam keadaan terbaik, upaya Einstein dibenarkan oleh pujian lemah dari ahli matematika Prancis. Elie Joseph Cartan pada 1931, “Walaupun tidak berhasil, usahanya memaksa kita memikirkan pertanyaan besar pada dasar ilmu pengetahuan.”

Kekuatan Einstein sebagai teoretikus adalah kemampuan yang lebih tajam daripada ilmuwan lain dalam memikirkan hal-hal yang ia sebut sebagai “postulat dan prinsip umum yang bertindak sebagai titik tolak”. Biasanya ia memulai dengan postulat yang ia abstraksikan dari pemahamannya akan dunia nyata, seperti kesetaraan antara gravitasi dan percepatan. Kesetaraan itu bukanlah sesuatu yang ia pikirkan dengan mempelajari data empiris.

Referensi:

  1. Walter Isaacson. 2012. Einstein, Kehidupan dan Pengaruhnya bagi Dunia. Terjemahan oleh Mursid Wijanarko & Word++ Translation Service. Bentang Pustaka
  2. Wikipedia Bahasa Indonesia. Albert Einstein. (https://id.wikipedia.org/wiki/Albert_Einstein). Diakses 30 April 2020
  3. Wikipedia Bahasa Indonesia. Hermann Weyl. (https://id.wikipedia.org/wiki/Hermann_Weyl). Diakses 03 Mei 2020
  4. Wikipedia Die Freie Enzyklopadia. (https://de.wikipedia.org/wiki/Theodor_Kaluza_(Mathematiker)). Diakses 03 Mei 2020
  5. Wikipedia The Free Encyclopedia. (https://en.wikipedia.org/wiki/Oskar_Klein). Diakses 03 Mei 2020
  6. Wikipedia The Free Encyclopedia. (https://en.wikipedia.org/wiki/Arthur_Eddington). Diakses 03 Mei 2020

Era Jumiati M. Saleh
Latest posts by Era Jumiati M. Saleh (see all)
Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:

Yuk Ajukan Pertanyaaan atau Komentar