Dimensi ke 4 sampai ke 10

"Dia tidak dapat dicapai oleh penglihatan mata, sedang Dia dapat melihat
segala penglihatan itu dan Dialah Yang Maha Halus lagi Maha
Mengetahui."(QS.Al An'am:103)
Atas, bawah, kanan, kiri, depan, dan belakang. Itulah keseharian dunia
yang melingkupi kita. Dunia yang dibangun berdasar asas 3 Dimensi.
Ditambah dengan koordinat waktu maka genap mejadi 4+D. Semenjak lahir otak
telah dibiasakan menangkap realitar sekitar sebagai struktur dengan tiga
sumbu, x, y, dan z. Melambangkan panjang, lebar, dan kedalaman.
Semenjak keluar dari rahim ibu mata kita yang memiliki 6 juta sel kerucut
untuk penglihatan siang, dan 120 juta sel batang untuk penglihatan malam,
terpesona hanya pada radiasi dengan panjang gelombang 397 nm sampai 723
nm. Panjang gelombang yang diidentifikasi otak sebagai cahaya tampak.
Kurang atau lebih dari panjang gelombang tersebut tak ada yang terlihat,
kosong. Padahal ultra ungu sampai sinar gamma (< 397 nm) eksis, demikian
juga ultra merah sampai gelombang radio panjang (> 723). Itu pun panjang
gelombang yang sangat mampu dideteksi dengan tingkat teknologi saat ini.
Intinya, mudah benar mata, panca indera, otak kita melaporkan sesuatu itu
tak ada. Padahal sebenarnya ada.
Sebagian besar kita, atau semua orang, amat sulit membayangkan dunia
dengan lebih dari tiga dimensi. Pada saat bersamaan, tidak mungkin pula,
orang – orang terdidik menolak fakta adanya penampakan diluar panjang
gelombang cahaya tampak. Bagaimana memaksa akal menangkap realita yang
pancaindera tak mampu menangkapnya ? Bagaimana akal membayangkan sesuatu
yang tak terjangkau oleh ide, tak ada rekaman pengalaman yang
menyerupainya ?
Saat ini keyakinan dunia dimensi banyak (lebih dari 3) sudah melampaui
wilayah fiksi ilmiah. Kalangan ilmuwan fisika, matematika, dan pemodelan
komputer struktur kompleks telah sampai pada kesimpulan bahwa dunia
berdimensi banyak itu nyata keberadaannya.
Diawali oleh teori String, menjelaskan bahwa dimensi extra ada, nyatanya
persamaan matematik teori superstring memerlukan semesta dengan jumlah
dimensi tidak kurang dari 10 Dimensi.
Meski kalangan fisikawan bekerja siang malam menjelaskan seperti apa
sebenarnya dunia berdimensi 10, tetap saja terdapat kesulitan besar
bagaimana memaksa pikiran sadar manusia menangkap gambarannya atau
memvisualkannya. Mereka bahkan hampir pada satu kesimpulan mungkin sampai
kapanpun tanpa upaya dari penghuni dimesi extra mentransfer pengalaman
visual mereka atau peningkatan berlipat kemampuan panca indera, melihat
alam berdimensi extra tidak mungkin terwujud.
Berawal dari titik
Satu titik sederhana dalam ruang kosong disebut Dimensi-0. dari satu titik
ini dapat dibuat titik berikutnya dan jika berhubungan dan segaris
membentuk garis maka didapat objek 1 dimensi. Dimensi yang memiliki gerak
kanan/kiri atau atas/bawah. Jika ditambahkan garis lainnya dengan masing –
masing ujung saling berhubungan, terbentuklah objek 2 dimensi. Segi empat
atau bujur sangkar mewakili objek ini. Dan beberapa bujur sangkar, bila
masing – masing sisinya dihubungkan terbentuklah objek bujur sangkar 3
dimensi.
Dengan demikian, alam dimensi lebih banyak akan punya kemampuan mendeteksi
dimensi yang lebih sedikit. Sebaliknya dunia berdimensi 2D punya kesulitan
melihat dimensi 3D. 2D hanya mampu menangkap sosok 3D sebagai benda yang
punya panjang dan lebar, tetapi tidak dapat melihat bahkan mungkin
mengerti koordinat 3D yang melambangkan kedalaman.
Manusia yang hidup di dimensi 3D sebenarnya berkemampuan mendeteksi dunia
4D walaupun dengan cara pandang yang keliru. Sekilas pancaindera dan akal
kita melihatnya tetap sebagai objek 3D, sisi dimensi keempatnya luput dari
pengamatan.
Bagaimana membayangkan objek kubus 3D menjadi kubus 4D. Kelebihan 3D di
banding 2D ialah memiliki koordinat kedalaman di samping panjang dan
lebar. Kondisi inin bisa jadi sama untuk objek 4D. Ada tambahan koordinat
gerak lainnya, koordiant keempat. Dengan membuat lembaran kubus kedua
kemudian menghubungkan setiap sudut kubus tersebut maka terbentuklah objek
4D, dengan sebutan hypercube.
Bila kita berada dalam alam 4D, kemungkinan gerak masih dimungkinkan ke
atas/bawah, kanan/kiri, depan/belakang, dan tambahan kemampuan gerak
keempat. Apa itu kemampuan gerak ke empat ? Apakah terakit dengan waktu
yang didunia 3D bergerak maju, sedang di dimensi 4D tidak ? Sulit
membayangkannya selagi belum ada pengalaman maupun data.
Ilmu pengetahuan yang berkembang saaat ini memberikan celah memahami dunia
berdimensi banyak. Kemunculan teori fisika superstring, rupa – rupa bentuk
geometri platonic, nada – nada oktav music, getaran warna pelangi,
seluruhnya melengkapi akal sehat untuk memahami dunia berdimensi banyak.
Teori Superstring berdalil, seluruh materi di semesta ini dihubungkan
dengan miniscule yang tak hingga, menggetarkann “dawai” (string) dengan
energi yang hingga saat ini belum terungkap, bolak balik membentuk spiral
dari satu titik. Semua dawai bergetar pada jarak yang sama, bolak – balik
kembali pada titik awal. Banyaknya dawai yang berhubungan dan bersilangan
di titik simpul tertentu menentukan banyaknya energi. Dua dawai bekerja
bersama – sama memiliki energi yang lebih besar daripada satu dawai.
Jika semua simpul dihubungkan, maka akan didapat objek 3D, tetapi bukan
sembarang 3D biasa. Dengan garis – garis yang memiliki panjang yang sama,
sudut yang sama, membentuk objek yang pas. Dikenal hanya ada lima yang pas
dengan kriteria ini. Octahedron, Tetrahedron, Cube, Dodecahedron, dan
Icosahedron.
Karay perdana yang mencoba menjelaskan konsep dimensi extra ini muncul
tahun 1884 dengan dipublikasikannya novel karya Edwin A. Abbott’s,
Flat-land: A Romance of Many Dimensions.
Kisahnya tentang upaya “segi empat” untuk menapaki dunia 3D. Sang tokoh
berteman dengan kubus yang dengan bersemangat menceritakan dunianya dengan
kebebasan gerak atas/bawah, kanan/kiri, depan/belakang. Sayang segi empat
tak juga dapat memahaminya. Saat segi empat hendak beranjak dari dunia
datar ke dunia ruang 3D, kubus melihat temannya makin lama makin memendek
sampai akhirnya lenyap. Segi empat tak pernah bisa memaklumi dunia kubus
kecuali, dia mengubah diri menjadi kubus pula.
Dimensi Para Malaikat
Tahun 1919, matematikawan Polandia Theodor Kaluza mengusulkan bahwa dengan
adanya dimensi 4 maka mendorong terhubungkannya teori relativitas umum dan
elektro magnetik. Ide ini kemudian disempurnakan oleh matematikawan
Swedia, Oskar Klein., ruang tetap dalam dimensi mengembang maupun dimensi
menggulung. Dimensi mengembang adalah tiga bagian dimensi yang kita kenal,
dan dimensi menggulung ada di dalamnya dan dapat dibayangkan keberadaannya
sebagai satu lingkaran.
Hasil percobaan membuktikan ramalan Kaluza-Klein gagal menyatukan teori
relativitas dan elektromagnetik. Akan tetapi beberapa dekade kemudian
kemunculan teori superstring sangat terbantu dengan ide mereka bahkan amat
bergantung padanya.
Matematika digunakan dalam Superstring Theory dan memerlukan sedikitnya 10
dimesi. Akhirnya persamaan matematik superstring theory mulai
memperlihatkan hasil, berhasil menyatukan formula relativitas umum dengan
mekanika kuantum, menjelaskan kondisi partikel, gaya gabungan, dan
seterusnya.
Kaluza-Klein hanya memiliki 6 dimensi. Darimana superstring theory
memperoleh sisa dimensi yang dibutuhkan ?
Sebelum superstring theory muncul , dua matematikawan, Eugenio Calabi dari
University of Pennsylvania dan Shing Tung Yau dari Harvard University,
menjelaskan potongan geometrik yang membuat superstring theory amat
terbantu. Jika bidang menggulung dari bentuk Calabi-Yau dipakai maka
didapat 10 dimensi : 3 bagian ruang, tambah enam kepunyaan Calabi-Yau, dan
ditambah satu dimensi waktu.
Apabila teori superstring memang terbukti benar, gambaran dunia berdimensi
10 membutuhkan kesadara super untuk memahaminya. Akankah gambaran visual
dunia 10 dimensi ini mampu dicerna akal manusia ? Sepertinya akan sulit
kecuali makhluk dari dimensi 4 mengajak kita melompati dunia 3D, memasuki
dunia mereka guna menyaksikan sendiri pemandangan dunia mereka.
Kian hari kalangan astronom, fisika, dan matematik mesti terus menambah
konstanta dalam formulasi rumus mereka yang di luar jangkauan indera.
Energi gelap, anti materi, dan sejenisnya bermunculan guna menyeimbangkan
hitungan matematika pola semesta.
Sedemikian rupa sehingga muncullah asumsi bahwa dunia ini memang memiliki
banyak wajah, dunia paralel. David Deutsch, peneliti di the Departement of
Astrophysics, Oxford, dan professor di the University of Texas, mengatakan
:”Saya kira tepat untuk mengatakan ada begitu banyak, mungkin tak
terbatas, jumlah alam semesta. Banyak di antaranya berbeda dengan dunia
kita, tetapi sebagian mereka berbeda hanya beberapa menit, bahkan ada yang
amat identik.”
Dunia iptek kini makin dekat dengan persentuhan dunia gaib yang selama ini
milik para Nabi dan tercatat dalam wahyu ilahi saja.
Andaikan malaikat – termasuk juga jin – merupakan penghuni dimensi ke
empat atau mungkin dimensi 10 maka menjadi masuk akal mengapa tak seorang
pun, dengan kemampuan visual sekelas manusia, dapat menjangkaunya. Allah
SWT menciptakan malaikat dari cahaya dan jin dari api. Material dari
dimensi ekstra ? Sedangkan manusia terbuat dari saripati tanah, material
khas dunia 3D.
Teori Segalanya, Pengejaran Panjang Sebuah Mimpi
Febdian Rusydi (Rijkuniversiteit Groningen)
PERNAHKAH Anda membayangkan satu kota memiliki dua aturan yang sama sekali berbeda? Tentu akan terjadi kekacauan dan kerancuan. Tapi percayakah Anda, itulah yang terjadi pada alam semesta kita. Ada dua aturan sangat berbeda untuk menjelaskan fenomena dalam alam semesta kita? Aturan itu adalah Teori Relativitas Umum Einstein dan Mekanika Kuantum.
Teori Relativitas Umum menggambarkan alam semesta sebagai hubungan antara materi dan geometri ruang-waktu (spacetime). Materi membuat ruang-waktu melengkung (curved), dan ruang-waktu membuat materi bergerak (motion). Kombinasi geometri-materi inilah yang kita rasakan sebagai gravitasi. Teori Relativitas Umum menjelaskan interaksi pada skala makro atau tingkat kasat mata, misalnya peredaran planet, bintang, dan galaksi
Ketika kita mencoba memahami alam semesta pada ukuran mikro atau tingkat partikel, maka kita harus memakai Mekanika Kuantum. Mekanika Kuantum mendeskripsikan alam semesta sebagai superposisi dari berbagai kemungkinan. Beberapa aturan umum pada skala makro dilanggar, seperti atas-bawah, simetri kanan-kiri, dan bahkan waktu sebelum atau sesudah.
Masalahnya adalah kenapa harus ada dua aturan? Kenapa materi pada skala mikro berperilaku berbeda dengan materi pada skala makro? Walau demikian, berbeda dengan contoh kota yang kacau karena memiliki dua aturan berbeda, alam semesta tetap harmonis. Atas dasar pemikiran itulah, orang berpikir seharusnya ada satu teori umum yang mampu menjelaskan kedua hal tersebut.
Ide penyatuan teori
Sebelum kita masuk pada ide "Penyatuan Teori", ada baiknya kita mengenal dulu interaksi dasar yang mengatur alam semesta. Semua fenomena di alam semesta terjadi karena interaksi antarpartikel. Ada empat interaksi dasar, yaitu elektromagnetik, lemah, kuat, dan gravitasi. Interaksi elektromagnetik menghasilkan listrik, magnet, dan cahaya. Interaksi lemah menyebabkan peluruhan radioaktif. Dan interaksi kuat mengikat proton-proton dan neutron-neutron dalam inti atom. Mekanika Kuantum dipakai untuk menjelaskan mekanisme tiga interaksi pertama ini. Interaksi terakhir, gravitasi, dijelaskan Teori Relativitas Umum.
Adalah Albert Einstein yang pertama kali mencoba menggabungkan keempat interaksi tersebut dalam sebuah teori umum yaitu "Teori Segalanya" (Theory of Everything). Pertama, dia mencoba menggabungkan interaksi gravitasi dengan elektromagnetik, karena secara matematika kedua interaksi ini memiliki sifat sama yaitu berbanding terbalik dengan kuadrat jarak. Einstein menghabiskan lebih dari 30 tahun sisa hidupnya berkutat pada masalah ini, namun dia gagal.
Mimpi Einstein tetap hidup. Idenya adalah alam semesta ini seharusnya bisa dijelaskan satu teori tunggal, yang berlaku baik pada dunia makro maupun mikro. Para ilmuwan dari berbagai kalangan terus memburu teori tunggal ini. Mereka percaya, teori ini adalah kunci utama memahami alam semesta sesungguhnya bekerja. Inilah isu utama di kalangan para fisika teoritis.
Sejauh ini, ada dua kandidat utama sebagai "Teori Segalanya", yaitu Model Baku (Standard Model), dan Teori Dawai (String Theory). Artikel ini memberikan gambaran singkat bagaimana dua teori ini menggapai "Teori Segalanya".
Model baku
"Model Baku" memiliki sejarah yang panjang. Ratusan fisikawan berkontribusi dan ribuan eksperimen terlibat untuk mencari sebuah model untuk menjelaskan semua fenomena. "Model Baku" pertama kali diperkenalkan trio Nobel Fisika 1979, Sheldom Glashow, Abdus Salam, dan Steven Weinberg. Disebut "Model Baku" karena teori penyusunnya didukung hasil eksperimen. "Model Baku" sejauh ini adalah pemodelan untuk menyatukan tiga interaksi dunia mikro.
Ide utama "Model Baku" adalah menganggap partikel dasar pembentuk materi (quark dan lepton) adalah sebagai partikel titik. Partikel titik ini berinteraksi dengan partikel titik lain dan saling menukarkan sebuah partikel khusus yang disebut partikel pengantar interaksi (exchange particle). Satu partikel pengantar hanya bekerja khusus pada satu interaksi saja.
Para eksperimentalis sudah menemukan partikel pengantar untuk masing-masing interaksi. Foton untuk interaksi elektromagnetik, W dan Z untuk interaksi lemah, dan gluon untuk interaksi kuat. Satu partikel pengantar yang masih dalam prediksi teori adalah graviton untuk interaksi gravitasi.
Penemuan partikel pengantar ini adalah kunci dari penggabungan teori. Alasannya, pada tingkat energi tertentu maka partikel pengantar pada masing-masing interaksi bersatu dan tidak bisa dibedakan.
Glashow, Salam, dan Weinberg sudah berhasil membuktikan hal ini. Mereka menggabungkan interaksi elektromagnetik dan interaksi lemah dalam satu Teori Elektrolemah (Electroweak Theory). Tugas selanjutnya adalah menyatukan interaksi kuat bersama interaksi elektrolemah dalam satu teori, "Teori Unifikasi Agung" (Grand Unified Theory).
"Teori Unifikasi Agung" bukanlah masalah gampang karena ada satu sarat yang model ini belum buktikan, yaitu partikel supersimetri. Partikel supersimetri adalah partikel bayangan dari partikel pengantar interaksi. Satu partikel pengantar interaksi memiliki satu partikel supersimetri.
Kalau "Teori Unifikasi Agung" bisa tercapai, selanjutnya tugas yang tak kalah berat adalah mengawinkan dengan interaksi gravitasi dalam satu aturan: Kuantum-Gravitasi. Kendala selanjutnya adalah graviton yang belum ditemukan.
Saat ini "Model Baku" bekerja pada jalur utama fisika partikel dalam menguak rahasia alam semesta. Alasannya karena banyak prediksi teoretis dengan "Model Baku" terbukti secara eksperimental. Kini para eksperimentalis dari berbagai belahan dunia bekerja untuk membuktikan prediksi terbesar dari "Model Baku" ini, Teori Unifikasi Agung dan Kuantum-Gravitasi.
Teori dawai
Teori ini lahir tanpa sengaja pada akhir tahun 60-an, ketika Leonard Susskind dari Stanford University menguraikan persamaan matematika Gabriele Veneziano (Itali) untuk interaksi kuat. Susskind melihat, persamaan tersebut menjelaskan partikel titik dalam Model Baku (quark dan lepton) dan partikel pembawa interaksi memiliki struktur internal, yaitu dawai energi yang bergetar. Dawai tersebut berosilasi, merenggang dan merapat, memutar dan memuntir. Perbedaan frekuensi osilasi pada dawai akan memberikan karakter unik pada partikel tersebut, seperti massa (mass) dan muatan (charge).
Ide Teori Dawai ini berkembang pesat di awal 80-an, setelah Michael Greene dan John Schwarz memperbaiki matematika Teori Dawai. Karya mereka menunjukkan, Teori Dawai mengarah pada penyatuan fenomena mikroskopik dan makroskopik.
Fisika kita sekarang hanya sanggup untuk mengerti "Bagaimana alam bekerja", tapi tidak sanggup menjawab, "Kenapa alam bekerja seperti demikian". "Teori Segalanya" menjanjikan penyatuan semua fenomena alam dalam satu teori umum, memberi jawaban "kenapa alam bekerja demikian". Tidak hanya sampai di sana, misteri awal kelahiran alam semesta pun bisa dilacak.
Kita sebenarnya adalah saksi sejarah pencarian intelektual "what is behind God's mind" tentang alam semesta ini. Akankah mimpi panjang Einstein ini akan berakhir pada suatu kesimpulan? Akankah "Teori Segalanya" menjadi akhir dari Fisika? Ataukah Tuhan sudah menyiapkan sesuatu di balik itu? Wallahu'alam.
Gambar :
1. Konsep Ruang-waktu dalam Teori Relativitas Umum. Massa mempengaruhi bentuk kontur dimensi ruang-waktu, dan bentuk kontur dimensi ruang-waktu mempengaruhi massa untuk bergerak.
2. Konsep Model Baku.
3. Teori penyatuan interaksi fundamental dalam dalam skenario Dentuman Besar.
4. Ide dasar Teori Dawai. Atom terdiri dari elektron dan inti. Inti terdiri dari proton dan netron. Proton dan netron terdiri dari quark. Elektron dan quark terbuat dari STRING!
5. Dimensi ke-5, 6, 7, 8, 9, dan 10. Seorang akrobat hanya bisa merasakan seutas tali yang dilewatinya sebagai 1 dimensi: bergerak maju-mundur. Namun seekor semut yang kecil bisa berjalan maju-mundur dan kiri-kanan (memutari tali). Jadi semut merasakan sesungguhnya tali tersebut 2 dimensi. Dimensi baru ini bisa dikembangkan sampai 6. Sehingga total dimensi kita adalah: 1 dimensi waktu + 3 dimensi ruang + 6 dimensi tambahan = 10 dimensi.