Ketidakpastian dalam Pengukuran – Kasus Eksperimen Membuktikan Teori Einstein

Pembelokan cahaya bintang

Apa Itu Ketidakpastian?

Sehati-hati dan seteliti-telitinya pengukuran, tidak ada pengukuran yang bebas dari kesalahan. Dalam sains, kata kesalahan tidak selalu berkonotasi ke kegagalan atau blunder. Kesalahan dalam sains adalah ketidakpastian yang tidak dapat dihindarkan dari semua pengukuran. Ketidakpastian ini tidak dapat dihilangkan namun kita hanya bisa memastikannya dalam masih wajar.

Sebagai ilustrasi, misalkan seorang tukang kayu mengukur tinggi daun pintu dan memperkirakannya sebesar 210 cm. Tinggi daun pintu tersebut sebenarnya memiliki ketidakpastian, mungkin saja tingginya antara 209,5 cm dan 210,5 cm. Jika si tukang kayu mencoba mengukur daun pintu lagi namun dengan hati hati dan teliti, ternyata tingginya adalah 210,23 cm. Meskipun demikian, hasil pengukuran yang didapatkan tukang kayu tersebut juga memiliki ketidakpastian, mungkin saja panjangnya  210,233 cm atau 210,235 cm.

Berdasarkan ilustrasi tersebut, selalu ada ketidakpastian dalam pengukuran walaupun sudah dibuat pengukuran dengan hati-hati dan teliti. Jadi dalam pengukuran kita harus mengenal dan mendefinisikan ketidakpastiannya. Ketidakpastian ini adalah hal yang krusial, bahkan dalam error analysis menjadi aturan yang fundamental.

Ketika sebuah teori baru diusulkan, teori ini harus diuji dengan eksperimen. Hasil dari eksperimen ini harus sesuai dengan teori baru sehingga dapat melawan teori yang lama. Dalam praktiknya, ini adalah situasi yang rumit karena adanya ketidakpastian yang tidak dapat terhindarkan dari eksperimen.

Sebagai contoh terkenal adalah menguji teori sains tentang pengukuran pembengkokan cahaya saat lewat dekat matahari. Ketika Einstein mempublikasikan teori relativitas umumnya pada tahun 1916, dia memprediksi bahwa cahaya dari bintang akan membengkok dengan sudut α= 1.8” ketika melewati dekat matahari. Namun teori sebelumnya (fisika klasik) memprediksi bahwa tidak ada pembengkokan (α= 0”). Maka diperlukan observasi sebuah bintang dan mengamati cahayanya ketika melewati sisi dari matahari untuk mengukur sudut pembengkokan. Jika hasilnya adalah α= 1.8”, teori relativitas umum dibenarkan; jika sudut yang didapatkan α= 0”, teori relativitas umum salah dan teori klasik itu benar.

Pembelokan cahaya bintang
Pembelokan cahaya bintang

Dalam praktiknya, mengukur pembengkokan cahaya oleh matahari sangatlah sulit dan mustahil kecuali ketika gerhana matahari. Pada tahun 1919, pengukuran ini berhasil dilakukan oleh Dyson, Eddington, dan Davidson. Mereka melaporkan perkiraan sudut pembengkokannya sebesar α= 2” dengan ketepatan 95% yang berarti sudutnya bisa diantara  1.7” dan 2.3”. Jelas, hasil ini sangat konsisten dengan teori relativitas umum dan tidak konsisten dengan prediksi lama. Oleh karena itu, hasil ini memberi dukungan kuat kepada teori relativitas umum Einstein.

Saat itu, hasil pengamatan Dyson dan kawan kawan sangat kontroversi. Banyak orang menganggap bahwa adanya ketidakpastian yang tidak terduga, sehingga pengamatan yang dilakukan mereka tidak dapat meyakinkan Namun, pengamatan-pengamatan selanjutnya cendrung mengkonfirmasi prediksi Einstein ini dan juga membersihkan nama baik Dyson, Eddington, dan Davidson. Poin penting di sini adalah bahwa perlunya kemampuan dalam memperkirakan apa adanya seluruh ketidakpastian supaya menyakinkan semua orang bahwa yang dilakukan para praktikan itu benar.

Memperkirakan Ketidakpastian

Jadi bagaimana cara memperkirakan ketidakpastian? Contoh pertama misalkan kita mengukur pensil dengan penggaris millimeter yang di tampilkan dalam gambar ilustrasi di bawah ini.

Pengukuran Panjang Pensil
Pengukuran Panjang Pensil

Pada gambar tersebut kita dapat memperkirakan bahwa panjang pensil tersebut dekat pada skala 36 mm daripada 35 atau 37 mm. Namun panjang pensil tersebut tidak tepat 36 mm. Jadi dalam contoh ini kita dapat menyatakan kesimpulan bahwa perkiraan panjang terbaik = 36 mm dengan nilai yang mungkin = 35 – 37 mm.

Banyak ketentuan menyatakan bahwa selisi nilai yang mungkin dengan nilai terbaik harus nilai setengah dari nilai skala terkecilnya. Misalnya pada pengukuran pensil di atas dengan skala terkecil penggaris 1 mm berati nilai yang mungkin hasil pengukuran pensil adalah 35,5 – 36,5 mm. Sebenarnya ketentuan ini boleh boleh saja, asal pengukuran dilakukan super teliti dan pengaruh lain bagi pengukuran diabaikan. Padahal ketidakpastian bisa saja muncul baik dari si praktikan, kondisi alatnya, pengaruh lingkungan dan sebagainya. Maka dari itu nilai yang mungkin boleh lebih dari nilai setengah skala terkecil. Namun perlu diperhatikan juga bahwa kita tidak boleh memberi nilai yang mungkin terlalu besar karena ini menunjukkan bahwa tidak akuratnya pengkuran yang dilakukan.

Contoh kedua misalkan kita mengukur tegangan listrik yang diilustrasikan pada gambar di bawah ini.

Pengukuran Tegangan Listrik
Pengukuran Tegangan Listrik

Pada gambar di atas, jarum menunjukan skala antara 5 volt dan 6 volt. Kita dapat memberi perkiraan terbaik bahwa jarum itu menunjukan 5,3 volt dengan nilai yang mungkin 5,2 – 5,4 volt.

Cara Menulis Hasil dan Ketidakpastiannya

Bagaimana cara menuliskan hasil dan menggunakan ketidakpastian? Umumnya untuk menuliskan hasil dari pengukuran kita dapat menggunakan penyataan berikut:

Nilai x diukur = xbest ± Δx

Xbest adalah nilai perkiraan terbaik dan Δx adalah ketidakpastiannya. Jadi berdasarkan penyataan tersebut, hasil pengukuran pada contoh pertama dapat ditulis sebagai

panjang pensil = (36 ± 1) mm

yang berarti panjang penggaris tersebut adalah 36 mm dengan nilai yang mungkin antara 35 – 37 mm atau ketidakpastiannya 1 mm. Sedangkan untuk hasil pengukuran pada contoh kedua dapat ditulis sebagai

tegangan listrik = (5,3 ± 0,1) volt

yang berarti tegangan listrik tersebut adalah 5,3 volt dengan nilai yang mungkin antara 5,2 – 5,4 volt atau ketidakpastiannya 0,1 volt.

Ada aturan dalam penulisan ketidakpastian. Ketidakpastian harus mengandung satu angka penting saja. Misalkan pada pengukuran percepatan gravitasi (g) adalah

g = (9,82 ± 0,03385) m/s2.

Penulisan tersebut tidak tepat karena ketidakpastiannya mengandung empat angka penting. Ketidakpastian tersebut perlu dibulatkan sehingga menjadi satu angka penting. Jadi Δx = 0,03385 dibulatkan menjadi Δx = 0,03 dan percepatan gravitasi ditulis ulang sebagai berikut

g = (9,82 ± 0,03) m/s2.

Namun jika nilai ketidakpastian dimulai dari 1 seperti Δx = 0,014 membiarkan tetap dua angka penting untuk ketidakpastian akan lebih baik. Pembulatan Δx = 0,014 menjadi Δx = 0,01 merupakan pengurangan nilai yang sangat berarti (substantial proportionate reduction). Pengecualian ini juga berlaku jika nilai ketidakpastian dimulai dari 2.

Posisi angka penting pada nilai terbaik juga harus diperhatikan. Misalkan kita memiliki hasil pengukuran kecepatan sebagai berikut

kecepatan = (6051.78 ± 30) m/s.

Nilai ketidakpastian 30 itu berarti nilai 5 pada nilai terbaik bisa lebih kecil menjadi 2 atau lebih besar menjadi 8. Jelas sekali nilai 1, 7, 8 pada nilai terbaik tidak memiliki arti dan sebaiknya dibulatkan. Jadi penulisan yang benar kecepatan tersebut adalah

kecepatan = (6050 ± 30) m/s.

Sebagai contoh lain misalkan kita memilki nilai terbaik 92,81 , jika ketidakpastian adalah 0,3 maka hasil harus ditulis menjadi

92,8 ± 0,3.

Jika ketidakpastian adalah 3 maka hasil ditulis menjadi

93 ± 3.

Jika ketidakpastian adalah 30 maka hasil ditulis menjadi

90 ± 30.

Hasil pengukuran kadang memiliki nilai terlalu kecil atau terlalu besar. Misalkan pengukuran muatan electron didapatkan hasil berikut

muatan elektron = (0,000000000000000000161 ± 0,000000000000000000005) coulombs.

Jelas penulisan di atas terlalu panjang, tidak efisien dan rentan kesalahan. Jadi kita perlu mengubah penulisan hasil menjadi lebih sederhana atau biasa disebut sebagai notasi ilmiah atau menggunakan bilangan eksponensial dengan angka 10 sebagai bilangan pokoknya. Jadi dengan menggunakan notasi ilmiah penulisan hasil pengukuran muatan electron sebagai berikut

muatan elektron = (1,61 ± 0,05) x 10-19 coulombs.

Jadi dalam penulisan hasil pengukuran kita memiliki tiga aturan. Pertama, nilai ketidakpastian perlu dibulatkan sehingga menyisakan 1 angka penting kecuali nilai ketidakpastian diawali dengan angka 1 atau 2. Kedua, nilai terbaik akan mengalami pembulatan mengikuti posisi angka penting dari nilai ketidakpastian. Ketiga, jika hasil pengukuran terlalu kecil atau terlalu besar maka gunakan notasi ilmiah.

Sumber:

[1] Taylor, J., 1997. Introduction to error analysis, the study of uncertainties in physical measurements.

[2] Dyson, F.W., Eddington, A.S. and Davidson, C., 1920. A determination of the deflection of light by the sun’s gravitational field, from observations made at the total eclipse of May 29, 1919. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical or Physical Character220, pp.291-333.

Ketika Hantu Ditinjau Secara Fisika

Ketika Hantu Ditinjau Secara Fisika

Video penampakan kuntilanak kembali menghebohkan jagat maya pada 19 September 2019, diunggah oleh akun instagram @lambe_turah dan ditonton oleh lebih dari 2 juta orang. Penampakan hantu paling populer di Indonesia itu diduga berasal dari Kecamatan Campang Raya, Bandar Lampung. Tapi kalian tau gak sih bagaimana fisika berusaha menjelaskan apa itu hantu?

Kuntilanak, salah satu hantu yang paling populer di Indonesia

Pertama-tama untuk membahas dari sisi sains fisika kita harus tahu dulu hantu itu terbuat dari apa. Ada banyak orang awam yang bilang kalau hantu itu adalah energi. Tapi, pemahaman awam tentang “energi” yang biasanya dikaitkan dengan keberadaan makhluk halus tentu beda dengan pengertian fisikanya.

Menurut paham awam, terutama yang mempercayai hal-hal ghaib, bagi mereka energi adalah sesuatu kekuatan yang dapat mempengaruhi situasi, perasaan, dan keadaan seseorang bersangkutan yang dikenai “energi” itu. Dalam konteks hantu, energi yang dimaksud adalah energi negatif, karena keberadaan makhluk halus yang satu ini disinyalir dapat menciptakan rasa takut, cemas, tidak enak, bagi yang “merasakannya” / melihatnya. Padahal, dalam dunia sains fisika, energi sendiri adalah suatu ukuran kemampuan dalam melakukan kerja, diukur dalam satuan Joule. Pemahaman ini tidak ada kaitannya sama sekali dengan hantu. Bahkan dalam fisika, tidak ada yang disebut energi negatif.

Bayangan yang biasanya muncul dalam pikiran orang ketika mendengar kata energi

Meskipun begitu, tetap saja ada pemahaman yang mencoba menghubungkan hantu dengan energi yang didefinisikan dalam dunia fisika.

Jika ditanyakan apa alasannya, banyak dari antara mereka mengaitkan keberadaan hantu dengan hukum kekekalan energi, yaitu hukum yang mengatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan, tapi dapat diubah bentuknya.

Mereka berpendapat jika ada seseorang yang meninggal, energi yang tersimpan dalam tubuhnya akan langsung terkonversikan menjadi “energi” yang mereka sebut sebagai hantu.

Padahal proses perubahan energi tidaklah seperti itu. Energi yang tersimpan di tubuh kita nyatanya akan diterima oleh hewan yang mengurai tubuh kita. Selain oleh hewan pengurai (dekomposer), sisa nutrisi dan mineral dalam tubuh kita pun akan diserap oleh tumbuhan yang hidup di sekitar jasad, menyediakan energi bagi tumbuhan untuk hidup.

Salah satu contoh hewan dekomposer, yaitu hewan yang mengurai tubuh manusia yang sudah meninggal

Selain dikatakan energi, banyak juga orang yang berkata bahwa hantu adalah suatu materi yang tidak kelihatan. Tapi, apakah ada bukti untuk pernyataan tersebut? Jawaban singkatnya, tidak.

Dalam sains fisika, materi adalah suatu hal yang menempati ruang dan memiliki massa. Hingga sekarang tidak dikenal satu pun partikel yang dapat menyusun hantu. Tak ada pula seorang pun yang dapat menimbang massa dari hantu.

Secara tidak langsung misteri keberadaan hantu dipatahkan melalui eksperimen fisika partikel terbesar di CERN dengan Large Hadron Collider. LHC sendiri adalah mesin akselerator partikel tercepat dan terbesar di dunia. Dengan menumbukkan partikel yang memiliki kecepatan tinggi, para peneliti dapat mengetahui bagaimana partikel saling berinteraksi. Selain itu, mereka juga dapat mengetahui apa saja penyusun suatu partikel.

Large Hadron Collider (LHC)

Profesor Brian Cox mengatakan jika hantu memang bisa dijelaskan secara fisika, seharusnya materi yang menyusun hantu itu dapat ditemukan setelah atom terpecah menjadi beberapa bagian subatomik.

Secara logika sederhananya, jika hantu adalah suatu materi, harusnya hantu ini dapat berinteraksi dengan materi sekitar yang jelas-jelas dapat kita lihat. Selain itu, harusnya semua orang dapat melihatnya. Tapi kenyataannya tidak semua orang dapat melihatnya, bahkan ketika beberapa orang itu berkumpul di tempat yang sama dan pada waktu yang sama. Hal ini karena hantu bukanlah suatu materi.

Seperi yang kita tahu, alam semesta tersusun atas materi dan energi. Jadi, jika hantu bukan keduanya, maka hantu dapat dikatakan tidak ada.

Lalu, kenapa ada beberapa orang yang dapat melihat atau sekadar merasakan keberadaan hantu?

Sebenarnya ada banyak faktor ilmiah yang dapat membuat seseorang melihat hantu, namun penyebab yang paling umum adalah sebagai berikut :

1. Efek psikologis

Efek psikologis yang dimaksud disini adalah efek yang akan dirasakan seseorang akibat pemikirannya sendiri atau akibat apa yang ia dengar dari orang lain. Contohnya, rumor yang beredar dapat mempengaruhi cara pandang seseorang terhadap sesuatu melalui alam bawah sadarnya. Jika seseorang diberi tahu bahwa tempat A adalah tempat berhantu, ia akan memikirkan hal tersebut secara terus menerus dan akhirnya otak akan menciptakan suatu ilusi yang kemudian ia sebut hantu.

2. Efek Neurologis

Seseorang yang mengidap suatu gangguan neurologis/kejiwaan tertentu seperti skizofrenia seringkali mengalami halusinasi. Halusinasi inilah yang menyebabkan penderitanya melihat atau mendengar hal-hal yang aneh. Penyakit yang disebabkan oleh perpaduan dari genetik, lingkungan, dan ketidakseimbangan senyawa kimia di otak ini membuat otak seseorang tidak dapat berfungsi sebagaimana mestinya. Akibatnya, penderita kesulitan membedakan mana yang realita dan khayalan. Hal ini membuat penderita seringkali salah mempersepsikan khayalannya sendiri sebagai suatu kenyataan.

Selain karena adanya penyakit skizofrenia, ternyata halusinasi juga dapat disebabkan oleh beberapa faktor lainnya. Yang paling umum di antaranya adalah akibat kurang tidur. Oleh karena itu, penting bagi kita untuk tidur cukup untuk menjaga kesehatan otak kita.

Berdasarkan apa yang sudah dijelaskan di artikel ini, bisa kita simpulkan bahwa fisika tidak dapat menjelaskan keberadaan hantu. Itulah kenapa untuk kajian hantu dll ada bidang sendiri bernama “Metafisika” atau bahasa kerennya adalah “Beyond Physics”.

Eeferensi
[1] Radford, Benjamin. 2011. Do Einstein’s Laws Prove Ghosts Exist?. Diakses pada tanggal 2 Agustus 2019

[2] Hamer, Ashley. 2019. Curiosity. According To Professor Brian Cox, Particle Physics Proves Ghosts Don’t Exist. Diakses pada tanggal 2 Agustus 2019

[3] Griffin, Andrew. 2017. Ghosts definitely don’t exist because otherwise the Large Hadron Collider would have found them, claims Brian Cox. Diakses pada tanggal 2 Agustus 2019

[4] Tremblay, Sylvie. 2018.This Is Probably Why You’ve Seen a Ghost, According to Science. Diakses pada tanggal 2 Agustus 2019

[5] Dagnall, Neil. 2016. The top three scientific explanations for ghost sightings. Diakses pada tanggal 2 Agustus 2019

[6] Sandy. 2014. Ilmuwan: Hantu Hanyalah Ilusi Pikiran Manusia. Diakses pada tanggal 2 Agustus 2019

[7] Swari, Risky Candra. 2018.Skizofrenia. Diakses pada tanggal 2 Agustus 2019

[8] Mayo Clinic. 2018. Schizophrenia. Diakses pada tanggal 2 Agustus 2019

Mengenal Rizal Fajar Hariadi: Ilmuwan Biologi dan Fisika di Arizona State University

Mengenal Rizal Fajar Hariadi: Ilmuwan Biologi dan Fisika di Arizona State University

Rizal Fajar Hariadi adalah ilmuwan biologi dan fisika yang berpengalaman dan berkomitmen tinggi membantu mahasiswa dalam perjalanan penelitian mereka.  Sebagai Asisten Profesor Jurusan Fisika dan Biodesign Institute di Arizona State University sejak 2016, Rizal melakukan penelitian bersama mahasiswanya di BIOMAN Lab (Biomolecular Mechanics And Nanotechnology Laboratory). Kerja keras Rizal dan timnya dalam merencanakan dan menyelesaikan berbagai penelitian telah membawa kemajuan pada BIOMAN Lab.

Dibuktikan dengan diraihnya Penghargaan New Innovator Award dari NIH (National Institutes of Health) pada tahun 2018 untuk penelitian di bidang nanoteknologi, fisika dan biologi[1]. Tema penelitian di BIOMAN Lab adalah untuk mengungkap bagaimana sel-sel berinteraksi, mendeteksi, dan merespon gaya mekanik pada skala molekuler sampai skala organisme[2].

Gambar 1. Rizal dan mahasiswa di BIOMAN Lab. Sumber gambar: http: //hariadilab.strikingly.com

Rizal dilahirkan tahun 1979 di Surabaya. Meraih gelar S1 dibidang fisika serta S2 biokimia dan biofisika dari Washington State University pada tahun 2003. Selanjutnya meraih gelar S3 pada tahun 2011 dibidang Teknik Fisika (Applied Physics) dari Caltech. Setelah meraih gelar S3, Rizal melanjutkan program postdoctoral di dua tempat. Pertama di jurusan Cell and Developmental Biology, University of Michigan hingga tahun 2015. Kedua di Wyss Institute for Biologically-Inspired Engineering, di Harvard University[3].

Meskipun berkarir di luar negeri, Rizal tetap berusaha untuk berkontribusi pada Indonesia. Bekerja sama dengan peneliti-peneliti di dalam negeri. Disela kesibukannya dalam rangka kerja sama dengan Pusat Penelitian Nanosains dan Nanoteknologi (PPNN) ITB (5/6), tim warstek berkesempatan untuk bertemu dan mewawancarai beliau. Simak beberapa hal menarik yang tentunya sangat mengispirasi berikut.

Berkarir sebagai ilmuwan merupakan cita-cita sejak kecil atau karena ada kesempatan?

Saya bukan tipe orang yang merencanakan kehidupan saya dengan detail. Banyak orang yang sejak kecil sudah tau mau jadi apa di masa depan, akan melanjutkan kemana, dst. Salah satunya istri saya. Dari kecil dia bercita-cita menjadi dokter anak dan sekarang dia sudah menjadi dokter anak. Saya selama ini mengerjakan apa yang saya suka dan sesuatu yang menurut saya penting. Segala kesempatan yang ada, meskipun itu sesuai rencana awal atau tidak, saya maksimalkan sebaik-baiknya. Hidup ini singkat dan sulit. Jadi harus dimanfaatkan sebaik mungkin.”

Alasan menekuni bidang Biomolecular Mechanics?

“Pertama bidang ini menarik. Kedua, banyak yang melakukan riset dibidang biomolekuler untuk mempelajari interaksi molekuler, namun sedikit yang mempelajari aspek mekanikanya. Saya suka melakukan sesuatu yang saya anggap penting tapi belum dilakukan orang lain.”

Secara umum Rizal menekuni biomimetika dan desain molekuler. Biomimetika (biomimetics) adalah istilah yang digunakan untuk mendeskripsikan material, mekanisme dan sistem yang dibuat oleh manusia dengan jalan meniru desain dan sistem yang terdapat di alam, terutama untuk bidang-bidang: robotika, teknologi nano, kecerdasan buatan, dan pertahanan. Sedangkan desain molekuler terkait dengan desain dan pengujian sifat molekuler, perilaku dan interaksi untuk mengumpulkan bahan, sistem, dan proses yang lebih baik untuk fungsi tertentu[4].

Sejauh ini karya-karya Rizal menggabungkan biofisika, nanoteknologi DNA, dan teknologi baru untuk menjelaskan bagaimana fungsi seluler muncul dari interaksi antara molekul individu dalam keadaan sehat dan sakit. Rizal juga memiliki keinginan untuk menerjemahkan penelitian dasar ke dalam aplikasi dunia nyata[5]. Hasil penelitian Rizal Bersama kolaboratornya dapat di akses di sini.

Gambar 2. Tampilan Google Schoolar Rizal yang memuat karya beliau. Sumber: Google Schoolar

Siapa ilmuwan yang menjadi sumber inspirasi dalam menekuni ilmu pengetahuan?

Kalau dalam lingkup kerja saya, ilmuwan yang menjadi isnpirasi adalah co-adviser Ph.D saya di Caltech. Bernard Yurke, biasa disapa Bernie. Beliau adalah sosok Fisikawan yang terbuka pada ide apapun, tidak harus Fisika murni. Tidak membatasi diri pada satu bidang tertentu. Apa yang menarik dan disukai maka akan diteliti. Beliau yang menjadi kolaborator saya ketika meneliti asal usul kehidupan (the origin of life). Kekaguman saya pada beliau menginspirasi saya untuk memberi nama anak perempuan saya Biruni.

Gambar 3b. Bernard Yurke Sumber gambar: coen.biosestate.edu
Gambar 3a. Richard Feynman Sumber gambar: Interaliamag.org

“Kalau ilmuwan secara umum, saya mengagumi Richard Feynman. Khsususnya pada keingintahuannya yang tinggi serta kemampuan Feynman menjelaskan fisika yang rumit menjadi sederhana. Selain meneliti elektrodinamika kuantum Feynman juga tertarik dengan dunia seni. Feynman tidak bisa menggambar, jadi ia mencoba mencorat-coret di atas kertas. Ia tidak mengerti musik, sehingga ia asal memukul gendang. Pada akhirnya bisa menjadi ahli melukis dan bermain akustik.”

Baca juga: Biografi Feynman Sang Legenda Fisika

Apakah pernah mengalami kegagalan dalam bidang akademik? Apa yang kemudian dilakukan?

“Kegagalan tentu sering terjadi. Apalagi di dunia riset. Eksperimen gagal hampir terjadi setiap waktu. Ketika sudah gagal berkali-kali salah satu hal yang saya lakukan adalah berdiskusi dengan orang lain. Saya bukan tipe orang yang gengsi dan malu bertanya. Bertanya dan berdiskusi merupakan langkah awal untuk bertukar pikiran dalam menemukan solusi bahkan motivasi. Pernah suatu ketika saya gagal berkali-kali dalam eksperimen. Lalu saya menghubungi professor di Caltech, namanya Carver Mead. Dia dengan santai mengatakan, kalau sudah gagal 100 kali berarti saatnya melakukan percobaan yang ke 101.”

Bagaimana perbandingan kondisi riset biomolekuler saat ini di Indonesia dan Amerika? Apa yang  menjadi penyebab perbandingan kondisi tersebut?

“Saya tidak berani menjawab secara pasti karena saya tidak tahu banyak dan belum merasakan kondisi penelitian di Indonesia secara langsung.”

Apakah akan terus berkarir di luar negeri atau ada kemungkinan untuk kembali ke Indonesia?

Rencana untuk kembali tentu ada. Namun tidak dalam waktu dekat. Saat ini prioritas utama saya selain keluarga adalah masa depan mahasiswa-mahasiswa di lab saya. Anak saya masih bersekolah di US dan yang kecil itu masih TK. Berdasarkan berbagai pertimbangan tidak memungkinkan untuk pindah sekolah ke Indonesia. Minimal ketika dia sudah lulus SMA. Lalu mahasiswa-mahasiswa di lab saya juga sangat penting. Mereka menggantungkan karir nya di BIOMAN Lab. Jadi saya harus bekerja keras untuk mendapatkan dana penelitian untuk mereka dan mendidik mahasiswa saya untuk menjadi peneliti yang dapat berpikir secara kritis.”

Pesan untuk peneliti di Indonesia

“Pesan saya kepada peneliti di Indonesia untuk melibatkan mahasiswa dalam penelitian, baik mahasiswa S1, dan tentu mahasiswa S2, dan S3. Untuk mahasiswa S1 kalau bisa didorong untuk kuliah ke luar negeri.”

Bagaimana sahabat Warstek? Sangat menginspirasi bukan? Semoga profil tokoh kali ini dapat meningkatkan semangat kita untuk memajukan sains dan teknologi di Indonesia. ^^

Referensi:

[1] https://commonfund.nih.gov/newinnovator diakses pada Sabtu, 6 Juli 2019

[2] http://hariadilab.strikingly.com diakses pada Sabtu, 6 Juli 2019

[3] Curriculum Vitae Personal Detail Rizal F. Hariadi, Ph.D

https://isearch.asu.edu/profile/3001319/cv diakses pada Sabtu, 6 Juli 2019

[4] https://id.wikipedia.org/wiki/Biomimetik diakses pada Sabtu, 6 Juli 2019

[5] https://biodesign.asu.edu/rizal-hariadi  diakses pada Sabtu, 6 Juli 2019

 

Mengejutkan! Kemungkinan besar kita hidup dalam simulasi komputer!

Mengejutkan! Kemungkinan besar kita hidup dalam simulasi komputer!

Selama ini, kita merasa bahwa segala hal yang terjadi begitu nyata, dan yakin betul bahwa kita dan semua orang lainnya pun memiliki “kesadaran” penuh atas segala yang terjadi di dunia ini. Lalu, bagaimana jadinya kalau ternyata selama ini kita hanyalah hidup dalam sebuah simulasi komputer layaknya di film The Matrix? Kasarnya, kita bukanlah hal yang benar-benar nyata, dan kesadaran kita hanyalah bagian dari program “simulasi” ini. Selain itu, hal ini berarti bahwa ada “sesuatu” yang lebih “tinggi” dari kita yang ternyata mengendalikan kita di balik semua ini, layaknya permainan The Sims.

Pemikiran ini disebut juga sebagai teori simulasi (simulation theory). Hipotesa ini pertama kali dikenalkan secara luas di sebuah jurnal yang ditulis oleh seorang ahli filosofi Oxford bernama Nick Bostrom pada tahun 2003. Dalam tulisannya, ia memaparkan pemikirannya bahwa sebenarnya ada banyak simulasi realita yang dibuat beserta dengan karakter dengan kecerdasan buatan di dalamnya. Dibahasannya, para karakter itu disebutkan tidak tahu bahwa mereka hanyalah tinggal di simulasi. Dan kemungkinan kita bukanlah satu-satunya simulasi yang “mereka” buat.

Sebenarnya, ide gila ini bukan murni ide baru. Bahkan sebelum teori simulasi ini dicetuskan, sudah ada banyak hipotesa baik secara saintifik maupun filosofis yang mengatakan bahwa realita ini hanyalah sebuah ilusi. (hanya saja waktu itu manusia belum mengenal kata “simulasi”). Hipotesa ini bahkan bisa dilacak kembali sampai ke zaman dahulu, seperti filosofi Maya yang terbentuk di masyarakat India.

Hipotesa ini pun menjadi terkenal semenjak adanya tulisan Bostrom itu. Bahkan, Elon Musk saja dapat dikatakan sependapat dengan hipotesa kontroversional ini. Elon Musk berpendapat, semakin kesini video game yang dapat kita buat kualitas grafiknya jadi semakin baik. Ia yakin suatu saat nanti, akan sampai di titik dimana kita tidak bisa membedakannya dengan “realita”.

sebuah grafik game yang sangat realistis
sebuah grafik game yang sangat realistis

Sampai sekarang, hipotesa ini belum terbukti kebenarannya karena kita tidak bisa membuktikan diri kita sendiri apakah kita hidup dalam simulasi atau bukan. Tapi, banyaknya bukti yang mendukung tentu akan membuat kita semakin penasaran akan kebenarannya.

Lalu, apa saja bukti kalau kita memang hidup di dalam sebuah simulasi layaknya The Sims?

1.DNA yang mengandung virus komputer.

DNA yang disisipi oleh virus komputer

Pada tahun 2017, para peneliti dari bidang berbeda di University of Washington menunjukkan bahwa mereka dapat menyisipkan virus komputer ke dalam DNA. Lalu susunan dari virus dan DNA ini dimasukkan ke dalam komputer sebagai suatu “malware“. Hasilnya, malware ini dapat menyerang komputer yang ditargetkan. Hal ini membuktikan bahwa realita biologis tidak lebih dari sekadar pengkodean komputer.

2. Adanya efek Mandela (Mandela Effect)

Coba perhatikan gambar di bawah ini! yang mana yang menurut Anda benar?

sebenarnya ekor pikachu tidak pernah memiliki warna hitam

Banyak orang yang ketika ditanya mana yang benar akan mengatakan gambar pertama(ekor dengan garis hitam), padahal sebenarnya ekor Pikachu tidak pernah terlihat seperti itu. Selain ekor Pikachu ini, ada juga false memory lainnya seperti di bawah ini

Lalu, bagaimana bisa banyak orang memiliki ingatan yang salah seperti itu? Dan bagaimana mungkin fenomena ini terjadi bukan hanya sekali dua kali saja.

3. Game Simulasi yang semakin nyata

virtual reality adalah contoh alat yang diciptakan untuk memberikan efek “nyata” dalam game/simulasi yang dibuat

Seperti yang telah Elon Musk ucapkan, video game yang bisa kita buat bisa makin nyata sampai akhirnya sama dengan “nyatanya” dunia kita. Kemungkinannya, kita bukanlah yang pertama melakukannya. Bisa saja yang mensimulasikan kita sendiri pun adalah sebuah simulasi. Atau dapat dikatakan simulasi dalam simulasi. Membingungkan, bukan?

4. Glitch In The Matrix

Seperti dalam film The Matrix, ada banyak kejadian sehari hari yang membuat kita berpikir kalau sebenarnya semua ini hanyalah simulasi.

Ada banyak contoh glitch yang terjadi. Salah satu fenomena “glitch” adalah deja vu. Deja vu sendiri adalah suatu “perasaan aneh” yang dirasakan ketika kita ke suatu tempat/mengalami suatu hal. Kita merasa seolah kita pernah mengalaminya meski pada dasarnya kita belum pernah kesana/mengalaminya. Para ilmuwan banyak yang percaya bahwa fenomena ini tak lain hanya anomali neurologis yang terjadi pada otak. Kasarnya, ini hanya ilusi yang terbentuk di otak saja.

Namun, banyak juga yang berpendapat kalau hal ini adalah bukti adanya sebuah “glitch” dalam “realita” kita. Jadi, simulasi kita mengalami “glitch” sesaat dan membuat sebuah kejadian yang harusnya terjadi di titik waktu tertentu jadi muncul di suatu titik lainnya.

Selain deja vu, fenomena munculnya orang “penjelajah waktu” yang berjalan dengan membawa handphone di masa lalu yang tertangkap kamera juga menunjukkan bahwa “glitch” itu terjadi.

“penjelajah waktu” dengan smartphone yang tertangkap kamera

5. Quantum entanglement yang melebihi kecepatan cahaya

dua partikel yang saling terhubung satu sama lain meski terpisah oleh jarak yang jauh

Quantum entanglement adalah suatu fenomena dimana partikel dapat saling mengirimkan informasi meskipun terpisah oleh jarak yang sangat jauh.

Menurut Bohr, alam semesta kita kemungkinan tersusun atas data seperti di komputer dan bukanlah materi yang terpisahkan oleh ruang waktu. Namun, otak kitalah yang mempersepsikan “data” itu sebagai “materi”. Bohr memiliki pendapat ini karena menurut Einstein tidak ada “materi” yang dapat melebihi kecepatan cahaya. Jika menggunakan konsep ruang-waktu, fenomena ini mustahil karena dibutuhkan lebih dari kecepatan cahaya untuk mengirimkan informasi secepat itu. Padahal, quantum entanglement benar-benar terjadi.

Lalu… apa dampaknya bagi kita jika alam semesta yang kita tinggali adalah simulasi?

Sebenarnya, tidak akan ada dampak apapun secara langsung pada kehidupan kita sehari-hari jika dunia ini adalah simulasi komputer. Kita akan tetap menjalani kehidupan kita seperti biasanya, kehidupan akan jalan terus.

Tapi, jika hipotesis simulasi ini benar, tentu dapat membuktikan beberapa hipotesa sebelumnya yang telah tercetus dalam ranah fisika teoretis.

Jika hipotesa ini benar maka teori
multiverse kemungkinan benar, karena kita bukanlah satu-satunya simulasi yang diciptakan oleh “peradaban” di atas kita. Ada banyak alam simulasi lainnya di luar sana.

Selain itu, interpretasi copenhagen dalam mekanika kuantum pun benar (kondisi dimana kucing mati dan hidup secara bersamaan). Hal ini terjadi karena seperti dalam video game, kondisi yang akan dimunculkan di layar hanya kondisi yang ada di sekitar karakter game. Jika karakter tidak ke suatu tempat (misal ke A) maka kondisi A tidak ada di layar, kita tidak tahu kondisi disana. Sama dengan lingkungan kita. Jika kita tidak melihat kucing dalam boks, kita juga tidak tahu kondisi kucing.

Seperti yang telah disebutkan di atas, hal ini tidak akan terlalu memberikan dampak yang besar bagi kehidupan sehari-hari. Jadi artikel ini sebaiknya tidak usah terlalu diambil pusing dan jadikan saja sebagai pengetahuan.

Referensi

[1] Illing, Sean. 2019. Are we living in a computer simulation? I don’t know. Probably . Diakses pada tanggal 23 Juni 2019

[2] Wikipedia. Simulation hypothesis. . Diakses pada tanggal 23 Juni 2019

[3] Solon, Olivia. 2016. Is our world a simulation? Why some scientists say it’s more likely than not. Diakses pada tanggal 23 Juni 2019

[4] Stieb, Matt. 2019. 15 Irrefutable Reasons We Might Be Living In A Simulation.
Diakses pada tanggal 23 Juni 2019

[5] S. Powell, Corey. 2018. Elon Musk says we may live in a simulation. Here’s how we might tell if he’s rightDiakses pada tanggal 23 Juni 2019

[6] Farquhar, Claire. 2019. There Is Solid Evidence We’re All Living In A Simulation.
Diakses pada tanggal 23 Juni 2019

[7] Yuhas, Daisy. 2012. Could Human and Computer Viruses Merge, Leaving Both Realms Vulnerable?. Diakses pada tanggal 23 Juni 2019

[8]  Colagrossi, Mike. 2019.
.3 superb arguments for why we live in a matrix – and 3 arguments that refute them. Diakses pada tanggal 23 Juni 2019.

[9] Johnston, Norm. 2017. Deja Vu: Are We All Actually Living in Virtual Reality?
Diakses pada tanggal 23 Juni 2019

[10] Adamson, Rob. Quantum Entanglement & Simulated Reality. Diakses pada tanggal 23 Juni 2019

[11] Wikipedia. Quantum Entanglement.
Diakses pada tanggal 23 Juni 2019

Siringmakar 20: “Plasmonics – Ketika Elektronika dan Fotonika Bersatu”

Siringmakar 20: “Plasmonics – Ketika Elektronika dan Fotonika Bersatu”

Pemateri: Nur Abdillah Siddiq

Moderator: Wayan Dadang

Pendahuluan

Menurut Hukum Moore, jumlah transistor dalam sebuah chip akan berlipat ganda setiap dua tahun. Penggandaan ini menghasilkan lebih banyak fitur, peningkatan kinerja, dan penurunan biaya untuk setiap transistor. Namun seiring dengan kian mengecilnya ukuran transistor, permasalahan fundamental seperti panas, laju transmisi data yang rendah, dan delay menjadi masalah yang terus berkembang.

Salah satu solusi jitu untuk masalah ini adalah menggunakan cahaya (foton) daripada elektron dalam komponen pemrosesan sinyal. Foton memiliki kapasitas pembawa informasi yang secara intrinsik lebih tinggi dan menghasilkan panas yang rendah. Namun, peralatan fotonika berukuran nano terhambat karena adanya batas difraksi cahaya yang tidak memperbolehkan ukuran yang lebih kecil dibandingkan panjang gelombang cahaya (misal panjang gelombang 1550 nm, berarti device fotonika tidak bisa kurang dari 1550 nm). Padahal transistor telah mencapai ukuran puluhan nanometer.

Plasmonics (plasmonik) hadir untuk mengkombinasikan sistem elektronika dan fotonika, sehingga device plasmonics dapat berukuran seperti device elektronika tapi dengan sifat seperti device fotonika.

Diskusi

Teman-teman bisa tahu fokus riset saya di laman scopus berikut, https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=56458915500. Dalam kesempatan ini saya sebenarnya lebih ke arah sharing, dari pada memaparkan hal yang terlalu teknis dan mirip seperti ceramah/kuliah. Sharing tentang hal yang telah saya pelajari dan ketahui, dan saat ini saya sedang menulis paper review tentang Plasmonik. InshaAllah 26 Januari 2019 saya akan kembali ke UTM Malaysia untuk melanjutkan penelitian plasmonik.

Jadi, penting banget kita membaca atau menulis review tentang sesuatu yang ingin kita teliti, ini termasuk tips dalam meneliti, hehe.  Dalam sharing ini, mungkin rekan-rekan ada yang pengetahuannya sudah melebihi saya. Jadi nanti silahkan ditambahkan ya pernyataan saya pada sesi diskusi atau tanya-jawab.

Saya ingin menambahkan aplikasi dari plasmonik. Aplikasi dari plasmonik tidak hanya sebagai the next computer system, tapi juga sebagai metode penyembuhan kanker yang sangat efektif, spektroskopi untuk mendeteksi zat kimia atau virus, dan yang paling “amazing” adalah sebagai selubung tak terlihat!, mirip seperti jubah tak terlihatnya Harry Potter.

Sebelum masuk ke plasmonik, saya ingin membahas terlebih dahulu definisi elektronika dan fotonika. Karena sesuai judul, plasmonik adalah perpaduan antara elektronika dan fotonika.

Definisi tentang apa itu elektronika dan fotonika cukup banyak dan luas, ya. Tapi saya memiliki definisi sendiri, keduanya adalah disiplin ilmu yang mempelajari cara membangkitkan, menyalurkan, mendeteksi, dan merekayasa. Jadi, kalau elektronika adalah ilmu yang mempelajari cara membangkitkan, menyalurkan, mendeteksi, dan merekayasa elektron, sedangkan fotonika adalah ilmu yang mempelajari cara membangkitkan, menyalurkan, mendeteksi, dan merekayasa foton. Adapun rekayasa yang dimaksud disini adalah modulasi, amplifikasi, dll. Jadi kalau plasmonics atau plasmonika?, Yaps, tepat, adalah ilmu yang mempelajari cara membangkitkan, menyalurkan, mendeteksi, dan merekayasa plasmon.

Kalau elektron dan foton kita semuanya telah tahu, elektron adalah partikel elementer dengan muatan negatif, dan foton adalah partikel elementer penyusun cahaya. Nah, kalau plasmon?, Plasmon adalah singkatan dari plasma oscillation.

Secara sederhananya, plasmon adalah osilasi/pergerakan periodik yang cepat dari kerapatan elektron pada media konduktor. Ribet ya definisinya?Susah ya definisi plasmon?, Gini aja deh, bayangkan permukaan air yang tenang, kemudian kita jatuhkan batu diatasnya, akan ada riak air, kan?.

Gambar 1. Visualisasi plasmon diwakili oleh gelombang yang terbentuk pada tetesan air

Dapat dilihat dari gambar, ada gelombang air yang naik dan turun, kan?. Nah, kira-kira seperti itulah plasmon. Gelombang air yang naik bisa diibaratkan kerapatan elektron yang tinggi, dan gelombang air yang turun bisa diibaratkan kerapatan elektron yang rendah. Dan keduanya bergerak secara periodik/ berosilasi. Kira-kira kalau plasmonik divisualisasikan itu seperti ini:

Gambar 2. Visualisasi Gerak Periodik pada Plasmonik

Nah, dari gambar tersebut sebenarnya sudah jelas mengapa plasmonik disebut perpaduan elektronika dan fotonika. Fotonika berperan sebagai sumber untuk memunculkan kerapatan elektron.

Jadi, kalau tidak ada cahaya, elektron atau awan elektron akan bergerak bebas dan acak, namun ketika cahaya dengan frekuensi yang sesuai mengenai suatu permukaan plasmonik, elektron menjadi berkumpul (kerapatan tinggi) dan memisah (kerapatan rendah). Ingat, frekuensi harus sesuai ya, namanya resonansi atau bahasa fisikanya adalah surface plasmon resonance.

Nah, karena periodik, kerapatan elektron ini juga punya panjang gelombang lho. Panjang gelombangnya adalah jarak dari 2 kerapatan elektron yang tinggi atau jarak dari 2 kerapatan elektron yang rendah. Kalau punya panjang gelombang?, maka nanti punya fungsi gelombang, vektor gelombang, nilai eigen, dan lain-lainnya.

Nah, permukaan plasmonik pada umumnya logam seperti emas (Au) dan perak (Ag), namun ilmuwan masih terus mengembangkan material lainnya selain logam, yakni komposit, seperti tabel berikut:

Gambar 3. Material Plasmonik untuk Berbagai Aplikasi

Mungkin teman-teman akan bertanya, bagaimana jika kita menyinari emas dengan cahaya laser?, katakanlah laser Helium dengan panjang 632.8 nm, apakah akan ada kilatan cahaya di permukaan emasnya atau bagaimana?,

Jawaban pertama: yang merambat bukanlah cahaya, melainkan kerapatan elektron, jadi dibutuhkan instrumen khusus untuk mendeteksi plasmon yang disalurkan, yakni dengan alat bernama Charged Coupled Device (CCD). Nah, CCD ini sudah sangat umum dipakai pada pencitraan gambar, karena sensor gambar pun pada hakikatnya tidak secara langsung men-sensing foton, tapi foton diubah ke elektron pada sensor tersebut, dan sensor gambar mulai membaca gambar dari informasi elektron. Jadi, plasmon tidak dapat diamati dengan mata telanjang, yaaa.

Gambar 4. Foto SEM dari Device Plasmonik dengan Material Emas diatas permukaan SiO2 (paling kiri); Foto CCD (tengah); dan Simulasi Perambatan Melalui Perangkat Lunak (paling kanan).

Lihat pada foto CCD, plasmon hanya terlihat di bagian input (2 titik) dan output (1 titik).

Jawaban kedua: jarak perambatan plasmon pada medium sangatlah pendek, maksimal dapat mencapai 50 um (mikrometer). Bayangkan, 50 mikro!. Satu milimeter itu adalah 1000 mikrometer, jadi 50 mikro = 1 milimeter dibagi menjadi 20 bagian, iya millimeter satuan paling kecil di penggaris!.

Sebagai perbandingan, cahaya dapat dirambatkan pada fiber optic hingga jarak 2 km (pada bandwidth 100 Mbps) tanpa amplifier/ penguat, tepat 40 juta kali lebih panjang dibandingkan perambatan plasmonik. Jadi, karena jarak yang sangat pendek itulah, kita membutuhkan peralatan canggih seperti SEM/mikroskop untuk mengamati perambatan plasmon.

Jadi, itulah kira-kira landasan teoretis dari plasmonik yang perlu diketahui oleh masyarakat umum. Selebihnya lebih ke pemodelan matematis. Persamaan Maxwell, dan elektrodinamika (akan teman-teman pelajari kalau mengambil S2 Fisika atau sejenisnya).

Aplikasi pertama adalah the next step computer system, kenapa? Karena akan ada suatu waktu yakni sekitar tahun 2020 (2 tahun lagi), ketika transistor sudah berada dalam ukuran terkecilnya dan tidak bisa lebih kecil lagi, yakni berukuran 5 nm dan bisa memproses 1 elektron saja.

Ukuran transistor yang tidak bisa diperkecil itu, artinya kemampuan untuk memproses data sudah tidak dapat ditingkatkan lagi!. Beberapa artikel ilmiah menyebutkan bahwa batas kecepatannya adalah 5 GHz. Padahal, komputer di masa depan, terutama super komputer, butuh pemrosesan data dengan sangat cepat misalnya dalam orde terahertz.

Lantas bagaimana solusinya?,

Cahaya adalah solusinya. Cahaya secara fundamental adalah sesuatu yang tercepat yang ada di alam semesta dan bisa mencapai ke orde 1.5 THz atau 300 kali lebih cepat! Keren, kan?.

Kecuali kalau Tachyon nanti bisa terbukti benar, ada teknologi lagi Beyond Plasmon, dan runtuhlah semua fisika modern kalau Tachyon bisa terbukti keberadaannya.

Namun ada kendala utama. Ukuran device berbasis cahaya relatif lebih besar dibandingkan device berbasis elektron, hal ini disebabkan oleh adanya batas difraksi.

Mari kita ingat definisi difraksi ketika SMA, difraksi adalah pembelokan cahaya ketika melewati celah sempit. Sederhananya, batas difraksi memberitahukan bahwa cahaya tidak dapat dibelokkan pada media yang lebih kecil dari panjang gelombangnya. Hal ini dapat diibaratkan dengan mobil dan lintasan, apakah mobil dengan lebar 2 meter dapat berjalan pada jalan dengan lebar 1 meter?, Jawabannya tidak!, Seperti itulah cahaya.

Padahal, panjang gelombang yang biasanya dipakai dalam sistem optik adalah 1550 nm. Itu ukuran yang sangat besar jika dibandingkan ukuran transistor saat ini yang sudah mencapai 14 nm.

Seperti ini contohnya, jika prosesor Tegra Xavier SoC berukuran 2×1.75 cm, maka untuk prosesor optik akan berukuran 115 x 100.6 cm!. Efektif nggak tuh, prosesor optik berukuran 1 meter persegi? 😀

Gambar 5. Prosesor Tegra Xavier SoC

Nah, kembali ke plasmonik. Pada plasmonik, ternyata, elektron tidak mengenal batas difraksi seperti foton. Sehingga panjang gelombang cahaya yang besar, dapat diperkecil dengan sangat signifikan menjadi panjang gelombang osilasi kerapatan elektron. Namun kecepatannya tetap sama, kecepatan cahaya, tapi ukurannya bisa jauh lebih kecil!

Peneliti masih berlomba-lomba saat ini untuk membuat gerbang logika berbasis plasmonik, termasuk saya, karena gerbang logika adalah penyusun terkecil dari sebuah transistor.

Berikut adalah paper review yang sedang saya kerjakan, semoga bisa segera rampung, ya 🙂

Gambar 6. Paper Review tentang Plasmonic yang Disusun oleh Pemateri

Oke, sekarang masuk ke aplikasi kedua, aplikasi kedua adalah pada pengobatan kanker. Nah ini aplikasi paling “seksi” dari plasmonik, karena menyangkut nyawa!.

Gambar 7. Aplikasi Plasmonik pada Pengobatan Kanker Payudara

Foto tersebut adalah salah satu pengobatan kanker melalui plasmonik, kanker payudara. Saya sensor ya, hehe, karena masih ada yang anak SMA juga.

Jadi, sistem plasmonik nya adalah logam berbentuk bola dan berukuran nano. seperti di bagian kanan bawah gambar. Logamnya adalah logam emas, yang didalamnya ada silika atau SiO2, sebenarnya bisa udara, tapi lebih mudah membuat bola emas berisi silika daripada bola emas berisi udara. Kalau dalam dunia medis, metode ini disebut dengan Plasmonic Photo-Thermal Therapy (PPTT). Nah, bola-bola nano kemudian dijadikan sebuah kapsul, tentunya kapsulnya akan berisi jutaan bola nano. Jadi, seperti obat kapsul, atau bisa juga disuntikkan.

Nah, ketika kapsulnya nanti masuk ke dalam tubuh, ia akan melepaskan jutaan bola nano tersebut ke aliran darah, nah, bola nano tersebut kemudian akan banyak “tersangkut” ke sel kanker, karena sel kanker butuh banyak asupan darah untuk bisa membesar dengan cepat.

Karena banyak yang tersangkut ke sel kanker, cahaya dapat dikenakan ke bagian kanker tersebut. Nah, cahaya kan sebenarnya menembus kulit, maka cahaya akan langsung mengenai permukaan bola nano tadi. Ketika bola nano tersebut terkena cahaya, muncul lah plasmon, dan ketika energi cahaya nya besar, plasmon akan melepaskan panas yang dapat membunuh sel kanker tadi.

Kira-kira mekanismenya seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.

Jadi, sangat efektif dan efisien, kan?. Tanpa pembedahan, cukup minum kapsul/ suntik, kemudian disinari cahaya. Dan jaringan yang tidak terkena kanker tidak akan terkena dampaknya. Seperti sulap ya, hehe, makanya para dokter juga sedang berlomba-lomba mengembangkan teknologi plasmonics.

Aplikasi selanjutnya adalah yang paling science fiction, tapi secara teori adalah mungkin, yakni sebagai selubung tak terlihat!. Teman-teman sudah pernah baca buku sains fiksi berjudul ” The Invisible Man” karya H. G. Wells tahun 1897?, bahkan ada filmnya juga di tahun 2017, berikut bisa disimak trailer “The Invisible Man” untuk memberi gambaran mengenai bagaimana teknologi plasmonik diaplikasikan sebagai selubung tak terlihat.

Inti dari cerita tersebut adalah, seorang ilmuwan muda yang menemukan metode untuk membuat indeks bias tubuhnya sama seperti indeks bias udara, yakni n=1, sehingga bisa tidak terlihat. Indeks biasa adalah perbandingan kecepatan cahaya di ruang vakum terhadap kecepatan cahaya di material tersebut. Nah, kaitannya dengan plasmonik, jika ilmuwan bisa membangkitkan plasmon yang frekuensi resonansinya persis sama seperti frekuensi resonansi benda tersebut, maka indeks bias benda tersebut akan sama seperti udara. yang artinya, benda tersebut tidak akan terlihat.

Sesi Tanya-Jawab (Q&A)

  1. Indra_UNPAR: Q. 1  Gerbang logika itu seperti apa yah, Kak?. Saya penasaran ingin tahu lebih lanjut. | A. Oke, wah sebenarnya pertanyaannya itu banyak sekali ya jawabannya di GoogleOleh dosen pembimbing saya, saya selalu diberi pesan, “Jangan bertanya pada saya pertanyaan yang jawabannya ada di Google”, tapi gapapa-lah, kedepannya biasakan sebelum bertanya cek Google dulu ya, misalkan sudah cek google, dari Wikipedia “Gerbang logika atau gerbang logik adalah suatu entitas dalam elektronika dan matematika Boolean yang mengubah satu atau beberapa masukan logik menjadi sebuah sinyal keluaran logik.” Lalu, teman-teman bisa tanya, saya menemukan definisi dari wikipedia …bla bla bla, bahasa sederhana nya bagaimana ya, kak?. Jadi, bahasa sederhana dari gerbang logika adalah sesuatu/ alat untuk mengambil keputusan. Mengambil keputusan dari beberapa masukan, misalkan ada masukan apel dan jeruk, terus disuruh memutuskan, apakah keduanya buah?. Nah, itu bisa pakai gerbang logika, jawabannya tentu saja buah, yang jika dalam bahasa gerbang logika, maka fungsinya adalah DAN atau AND. Ada 7 fungsi gerbang logika, AND, OR, NOT, NOR, XOR, XNOR, NAND. Umumnya 1 fungsi itu butuh lebih dari 1 transistor, misal fungsi AND dan OR butuh 3 transistor, NAND dan NOR butuh 2 transitor. || Q.2 Apa itu Tachyon dan mengapa jika Tachyon terbukti benar bisa meruntuhkan fisika modern, apakah dengan terbukti benarnya Tachyon memberi dampak pada perkembangan teknologi juga?, jika iya, seperti apa dampaknya? | A.2 Tachyon adalah partikel hipotesis yang diramalkan melebih kecepatan cahaya. Nah, jika partikel tersebut ada, berarti teori relativitas umum, fisika modern, dll yang bersandar pada kecepatan cahaya sebagai kecepatan tertinggi di alam semesta maka akan runtuh, sederhanya seperti itu. Tachyon adalah partikel hipotesis yang diramalkan melebihi kecepatan cahaya. Diskusi lebih lanjutnya bisa cek link berikut.

  2. Febri_SMAN 2 Pangkalan Bun: Q. Adakah kemungkinan sel tubuh bermutasi melalui terapi plasmonic? | A. Saya tidak mendalami aplikasi plasmonik pada kanker, mungkin ada teman-teman yang ingin mendalaminya?. Saya mendalami plasmonik sebagai the next computer system. Jadi, saya tidak tahu apakah ada efek mutasinya, tapi kalau saya baca mengenai risetnya masih berlanjut sampai sekarang, dan masih diuji -cobakan ke berbagai hewan seperti tikus, kelinci, dll. Ada penelitian aplikasi plasmonik untuk menangani sel kanker yang dilakukan pada hewan uji tikus, namun belum diteliti efek mutasinya. Pada penelitian lainnya juga digunakan hewan uji tikus untuk mengamati perubahan dan efek paparan plasmonik pada sel kanker.

  3. Farida Muliantika_STTN: Q.1 Mungkin pertanyaannya sedikit menyimpang dari judul, namun tadi sempat dibahas, ini murni karena tidak tahu, hehe, sebenarnya lebih bagus transistor yang kecil atau yang standar?, karena jika diperkecil terus menerus, adakah batasnya?. | A. Yang jelas, semakin kecil maka semakin praktis, semakin sedikit energi listrik yang dibutuhkan, dan semakin singkat waktu pengiriman informasinya (artinya bisa lebih cepat) || Q.2 Kelebihan dan kekurangan terapi kanker menggunakan metode radiasi nuklir dengan plasmonik?, mana yang lebih efektif?. A.2 Setahu saya kalau nuklir harus memasukkan zat radioaktif ke dalam tubuh, sedangkan pada plasmonik ini bukan zat radioaktif. Tambahan jawaban dari moderator:
    Plasmonic kita sudah tahu dasarnya dari foton tadi, foton sudah biasa menerpa tubuh kita seperti cahaya tampak, gitu. Saya rasa kalau dalam skala dosis kedokteran sih tidak tinggi hingga dapat membakar jaringan lain, sedangkan nuklir itu menggunakan sifat radiasi dari peluruhan radioaktif, dan membutuhkan sumber daya perlindungan tinggi agar dosis bisa aman. Radiasi nuklir tidak dapat dilakukan berulang kali, karena ketika dosis sudah hampir mendekati yang diizinkan maka tidak bisa lagi dilakukan.
    Radiasi nuklir ada batas ambangnya, yaitu misalnya 100 mili sievert, jika pada sekali paparan terapi adalah 10 mili sievert, maka terapi tidak boleh dilakukan lebih dari 10 kali, tapi ya seperti yang kak nur sampaikan masih tahap penelitian, hehe.

  4. Dasep_MIT: Q. Apakah riset dalam bidang tersebut memungkinkan terus dikembangkan dalam 5 tahun kedepan di Indonesia?. Mengingat mahalnya teknologi yang digunakan dan tidak semua kampus punya teknologi tsb. A. Kalau untuk aplikasi di bidang kesehatan sangat memungkinkan, mungkin fabrikasi nanoshell-nya bisa di Singapura, Malaysia, atau China. Namun, kalau untuk the next computing system, belum memungkinkan, kecuali ada menteri/ presiden yang berani membuat fasilitas fotolitografi yang memakan biaya puluhan milyar rupiah, makanya saya harus bolak balik Indonesia – Malaysia, hehe.

  5. Moh. Ainul Yaqin_S2FisMedITS : Q.1 Plasmon bisa merambat dengan kecepatan cahaya?, berarti kecepatan osilasi kerapatan elektronnya mendekati kecepatan cahaya?. Dan sumber cahaya pada device plasmonik berupa apa, apakah LED, dan berapa ukuran LED-nya?. Kalau perambatan plasmon hanya 50 um, nanti bagaimana cara perambatannya di device plasmonik, ukuran device plasmoniknya berapa?. Intinya bagaimana detail cara kerja plasmonik di device plasmonik (dari sumber cahaya, foton, elektron, dan plasmonik sendiri, dalam transistor mendatang)? . A.1 Ukurannya bisa bervariasi, dari beberapa nm hingga beberapa mikrometer, detail kerjanya udah dibahas dengan bahasa yang sederhana dalam paper yang bisa dibaca disini. || Q.2 Plasmonik untuk penyembuhan kanker tersebut hanya bisa di permukaan kulit/ kanker kulit saja?. Setelah sembuh bagaimana dengan plasmonik yang masih ada di tubuh pasien?, apakah dibiarkan saja, apakah tidak berbahaya ada logam di tubuhnya? Atau dikeluarkan dari tubuh pasien, dengan cara apa?. A.2 Karena saya tidak mendalami, silahkan jawabannya bisa dicari di banyak sekali paper-paper tentang plasmonics. Contoh paper di bidang kesehatan bisa cek link yang tersedia pada jawaban untuk pertanyaan nomor 2 oleh Febri sebelumnya, selain itu jika kita googling di Google Scholar mengenai Plasmonics Cancer Therapy akan didapati ada ribuan paper yang membahas semua hal tersebut.

  6. Hemas-UNEJ: Q. Bola nano emas yang dimasukkan ke dalam tubuh (oral/ inject) apakah sudah diteliti batas safety-nya guna menghindari overdosis?. A. Sampai saat ini masih terus diteliti dan terus diuji, sudah di uji-coba ke hewan uji, lebih lengkapnya silahkan baca dua paper yang sudah saya share tadi ya tentang terapi kanker melalui plasmon.

 

Penutup

Topik plasmonik ini adalah topik yang masih relatif sangat baru, istilah plasmonik sendiri baru dicetuskan pada tahun 2000 oleh tim peneliti Caltech. Tapi aplikasinya luar biasa. Dan saya tidak ingin Indonesia lagi-lagi menjadi penonton, akhirnya menjadi KONSUMEN!, maka dari itu, saya mendorong teman-teman juga bergabung dalam penelitian ini, meneliti plasmonik. Banyak sekali aplikasinya, baru 3 (tiga) aplikasi yang saya sebutkan, padahal ada lagi yang lebih keren seperti deteksi cepat berbagai virus dan zat kimia dengan plasmonik, sensor yang ULTRA-sensitif, dll. Pokoknya keren lah!.