Terjemahan Bab Kelima The Grand Design, The Theory of Everything (Bagian 1)

Hal yang paling tidak dapat dipahami mengenai alam semesta adalah bahwa alam semesta dapat dipahami. - Albert Einstein ALAM SEMESTA DAPAT DIPAHAMI karena diatur oleh hukum ilmiah; maksudnya perilakunya dapat dimodelkan. Tetapi apakah hukum-hukum atau model-model ini? Gaya pertama yang dapat digambarkan dalam bahasa matematika adalah gravitasi. Hukum gravitasi Newton, diterbitkan pada tahun 1687, mengatakan bahwa tiap benda di alam semesta menarik setiap benda lain dengan gaya yang sebanding dengan massanya. Hukum ini dikagumi di kehidupan intelektual pada jaman tersebut karena menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa setidaknya salah satu aspek alam semesta dapat dimodelkan dengan akurat, dan hukum ini memantapkan mesin matematika untuk memodelkannya. Gagasan bahwa ada hukum alam memunculkan masalah seperti ketika Galileo dituduh bid’ah sekitar limapuluh tahun sebelumnya. Contohnya, Injil menceritakan kisah Joshua yang berdoa agar matahari dan bulan berhenti pada orbitnya sehingga dia mendapat tambahan sehari untuk menyelesaikan peperangannya dengan bangsa Amorites di Kanaan. Menurut kisah Joshua, matahari berhenti selama sehari. Hari ini kita mengetahui bahwa hal ini berarti bumi berhenti berotasi. Jika bumi berhenti, menurut hukum Newton segala yang tidak terikat akan tetap dalam gerakan dengan kecepatan sesuai kecepatan awal bumi (1760 kilometer per jam di khattulistiwa) – harga yang mahal untuk matahari yang telat terbenam. Kisah ini sama sekali tidak mengganggu Newton, karena seperti yang kami sebut di awal, Newton meyakini Tuhan dapat dan memang campur tangan dalam bekerjanya alam semesta. Aspek alam semesta berikutnya di mana hukum atau model ditemukan adalah gaya listrik dan magnet. Keduanya bertindak seperti gravitasi, dengan perbedaan penting bahwa dua muatan listrik atau magnet yang sejenis tolak menolak, sedangkan yang tidak sejenis tarik-menarik. Gaya listrik dan magnet jauh lebih kuat dari gravitasi, namun kita jarang melihatnya pada kehidupan sehari-hari karena benda makroskopik mengandung jumlah muatan positif dan negatif yang hampir sama. Ini berarti gaya magnet dan listrik antara dua benda makroskopik saling membatalkan, tidak seperti gaya gravitasi yang saling memperkuat. Gagasan terkini mengenai kelistrikan dan magnetisme dikembangkan selama seratusan tahun dari pertengahan abad kedelapanbelas hingga pertengahan abad kesembilanbelas ketika para fisikawan di beberapa negara melakukan studi eksperimen yang rinci mengenai gaya listrik dan magnet. Salah satu penemuan terpenting adalah gaya listrik dan magnet berhubungan: muatan listrik yang bergerak menyebabkan suatu gaya pada magnet dan magnet yang bergerak menyebabkan gaya pada muatan listrik. Orang pertama yang mengetahui adanya hubungan adalah fisikawan Denmark Hans Christian Orsted. Ketika sedang menyiapkan kuliah di universitas pada tahun 1820, Orsted memperhatikan bahwa arus listrik dari baterai yang sedang dia gunakan membelokkan jarum kompas di dekatnya. Dia segera menyadari bahwa listrik yang bergerak menciptakan gaya magnetik, dan menyebutnya dengan istilah “elektromagnetisme”. Beberapa tahun kemudian ilmuwan Inggris Michael Faraday mengemukakan bahwa – dengan istilah modern – jika sebuah arus listrik dapat menyebabkan gaya magnetik maka medan magnet seharusnya dapat menghasilkan arus listrik. Dia mendemonstrasikannya pada tahun 1831. Empatbelas tahun kemudian Faraday juga menemukan hubungan antara elektromagnetisme dan cahaya ketika dia menunjukkan bahwa magnetisme yang kuat dapat mempengaruhi sifat-sifat cahaya terpolarisasi. Faraday hanya sedikit mengenyam pendidikan formal. Dia lahir di keluarga pandai-besi miskin dekat London dan putus sekolah pada usia tigabelas untuk bekerja sebagai pekerja paruh waktu di sebuah toko buku. Selama beberapa tahun di sana dia belajar sains dengan membaca buku-buku yang harusnya dia rawat, dan dengan melakukan percobaan yang sederhana dan murah saat waktu senggang. Akhirnya dia mendapat pekerjaan sebagai asisten di sebuah laboratorium milik kimiawan terkenal Sir Humphry Davy. Faraday berada di sana selama empatpuluh lima tahun sisa umurnya dan setelah meninggalnya Davy, dia menggantikannya. Faraday kesulitan dengan matematika dan tak pernah belajar banyak, sehingga sebuah perjuangan berat baginya untuk merumuskan gambaran teori dari fenomena elektromagnetik yang ganjil yang dia amati di laboratoriumnya. Meskipun demikian dia berhasil. Salah satu inovasi terbesar Faraday adalah gagasannya mengenai medan gaya. Sekarang ini, berkat buku dan film mengenai alien bermata-serangga dan pesawat bintang mereka, sebagian besar orang memahami istilah ini, sehingga mungkin dia perlu mendapat royalti. Tetapi selama berabad-abad antara Newton dan Faraday, salah satu misteri terbesar fisika adalah hukum fisika kelihatannya mengindikasikan bahwa gaya itu bekerja melalui ruang kosong yang memisahkan dua benda yang berinteraksi. Faraday tidak menyukai hal ini. Dia meyakini bahwa untuk memindahkan sebuah benda, sesuatu harus menyentuh benda itu. Maka dia membayangkan ruang antara muatan listrik dan magnet terisi dengan tabung-tabung nirtampak yang mendorong dan menarik. Faraday menamai tabung-tabung ini medan gaya. Cara yang bagus untuk menggambarkan sebuah medan gaya adalah dengan melakukan percobaan di kelas di mana sebuah pelat kaca ditempatkan di atas magnet batang. Lalu serbuk besi ditaburkan di atas kaca. Dengan sedikit selotip untuk menghindari gesekan, serbuk-serbuk itu bergerak seakan-akan didorong oleh kekuatan yang tak terlihat dan menyusun dirinya sendiri dalam pola busur yang membentang dari satu kutub magnet ke kutub lainnya. Pola itu adalah sebuah peta gaya magnet yang tak terlihat yang membanjiri ruang. Hari ini kita percaya bahwa semua gaya diteruskan melalui medan, sehingga ini merupakan konsep penting dalam fisika modern – begitu juga dalam fiksi ilmiah. Sumber: The Grand Design karya Hawking & Mlodinow