4 Gaya Fundamental yang Membentuk Alam Semesta

Beranda

...

Sains & Teknologi
4 Gaya Fundamental yang Membentuk Alam Semesta

Qidran

28-04-2015 18:45

4 Gaya Fundamental yang Membentuk Alam Semesta

Udah dicek gan, no repost

Quote:

Pendahuluan

Quote:

Quote:
Apa sih gaya fundamental itu? Sederhananya, gaya fundamental itu gaya yang menjelaskan semua fenomena-fenomena yang ada di dunia ini. Sejak dulu, leluhur kita sering memberikan banyak fenomena-fenomena sains dalam banyak sekali tipe. Banyak juga fenomena-fenomena saintik itu di salah artikan sebagai sesuatu yang supranatural.

Seiring bertambahnya akal manusia dan penalaran akan konsep dasar bagaimana dunia ini bekerja, orang-orang mulai mengindahkan ungkapan supranatural menjadi ungkapan ilmiah. Karena pada dasarnya kebanyakan hal dapat dijelaskan secara rasional.

Spoiler for Superstisi:

Superstisi adalah setiap fenomena alam yang dihubungankan dengan supranatural.

Zeus dan petirnya.

Kedatangan komet yang dianggap kedatangan Grim Reaper, pembawah wabah, penanda kematian, dan pemberi musibah.

Petir dahulu bahkan dianggap kemarahan Zeus oleh orang Yunani, atau Komet yang menandakan suatu malapetaka. Kita sekarang tahu kalau kedua hal itu dapat dijelaskan secara sistematis dan runut. Petir adalah peristiwa elektromagnetis, sedangkan komet hanyalah sebuah bongkahan batu dan es yang bebas jatuh ke dalam orbitnya dalam sebuah gaya gravitasi.

Quote:

Jadi Apa Saja Gaya Fundamental Itu?

Quote:
Interaksi dan gaya adalah hal yang sama. Interaksi ini nantinya akan memberikan suatu medan yang disebut mekanisme.

Medan gravitasi akan memberikan mekanisme gravitasi, medan elektromagnetik akan memberikan mekanisme elektromagnetik, dan seterusnya. Medan dan mekanisme ini biasanya hanya bekerja pada beberapa partikel elementer tertentu, yang sangat manis bisa dijelaskan oleh model standar. Apa yang model standar bilang?

“Untuk setiap interaksi fundamental, pasti ada partikel mediannya.”

Artinya untuk setiap interaksi, pasti ada partikel pemicunya. Namun ada satu interaksi fundamental yang partikel mediannya belum diketahui, sehingga membawa kita ke interaksi pertama, Gravitasi..

Quote:
Gravitasi adalah sebuah fenomena yang sering diteliti bahkan sejak zaman kuno. Orang Yunani kuno berpendapat, kenapa benda yang bergerak lama-lama berhenti? Mereka berpikir sederhana, mereka bilang, benda akan berhenti bergerak jika mereka lelah, sederhana kan?

Spoiler for Aristoteles:

Aristoteles, Perumus gravitasi pertama. Tidak heran teorinya dipercaya, dia adalah orang yang paling terkenal, karena merupakan guru dari Alexander dari Makedonisa.

Tapi apa yang dibilang Aristoteles ketika masanya sebagai filsuf terkenal diidolakan? Dia sempat ditanya, tentang mengapa benda bisa jatuh ke bumi? Dia dengan ringan berkata bahwa, benda dan bumi memang ditakdirkan selalu bersama. Ide yang gila? Kalau sekarang tentu.. dan teori itu bertahan hingga 2000 tahun lebih, hingga seseorang yang bernama Isaac Newton Lahir..

Spoiler for Sir Isaac Newton:

Diceritakan bahwa ia sedang berjalan-jalan di taman dan melihat apel jatuh. Lalu dia bertanya, kenapa apel bisa jatuh ke tanah? Dan jika apel memang jatuh ke tanah, apakah bulan juga jatuh ke tanah?

Spoiler for Apel:

Jawabannya adalah, YA.. Bulan MEMANG jatuh bebas ke dalam bumi, namun bentuk bumi yang bulat tidak membiarkannya bergerak jatuh ke dalamnya. Dan apa yang menyebabkannya? Newton menyebutnya sebagai Gravitasi.

Spoiler for Bulan:

Edmund Haley yang mengobservasi komet-nya, (Komet Haley) datang ke Newton dan bertanya bagaimana komet bisa ada? Edmund Haley ingin persepsi bahwa komet itu bukanlah suatu pertanda buruk yang merupakan hal supranatural, namun pertemuannya merubah dunia.
Haley, menemukan jawaban yang sangat memuaskan dirinya, Newton bilang bahwa komet itu bergerak dibawah gravitasi yang sebanding dengan massa dibagi kuadrat jarak.

Quote:

Haley belum puas, lalu ia bertanya bagaimana ia bisa menemukan gravitasi ini? Karena wajar saja matematika pada masa itu belum mumpuni untuk membuat rumus gravitasi.. Jadi Newton telah menciptakan apa yang kita sebut sekarang dengan Kalkulus, sebuah pendekatan penghitungan integral dan differensiatif.

Spoiler for Kalkulus:

Haley yang merasa jawabannya telah terjawab sempurna, memilih untuk membantu Newton dalam menerbitkan sebuah buku yang merevolusi pandangan irasional, sebuah mahakarya manusia sejak ribuan tahun. Dan nama buku itu adalah Principia, oleh Newton.

Spoiler for Principia:

Edisi pertama Principia milik Newton

Dengan itu, ia menjelaskan semua fenomena-fenomena pergerakan yang ada di bumi maupun di angkasa, mematahkan pendapat Aristoteles yang dianggap benar dulu. Ia menjelaskan semua pergerakan di alam ini melalui tiga hukum sederhananya.

Spoiler for Tiga Hukum Newton:

Hukum Pertama Newton

Hukum Kedua Newton

Hukum Ketiga Newton

Selain itu melalui aturan yang diberikan Newton, Haley melakukan suatu ramalan, bahwa komet-nya akan kembali 76 tahun kemudian. Ini merupakan sebuah ramalan yang benar jadi kenyataan. Meski Haley telah meninggal, dikala itu, prediksinya masih terngiang pada telinga para ilmuwan. Ini merupakan bukti nyata bahwa Newton memang benar tentang persamaannya.

Dan luar biasa, hanya dengan adanya pencerahan ini, dimulailah suatu era yang luar biasa. Manusia telah membawa diri ke sebuah revolusi yang mencengangkan, revolusi industri, dan manusia membuat benda-benda besar bergerak untuk mereka sendiri. Lalu apa? Kita dapat membuat gedung pencakar langit, dan tentu saja mengirim manusia ke bulan!

Cukup dengan gaya yang pertama, kita akan lanjut ke gaya yang kedua, yaitu gaya yang membuat segala hal bekerja untuk kita, saintis menyebutnya sebagai gaya elektromagnetik.

Quote:
Gaya Elektromagnetik itulah yang membuat kita menyadari bahwa petir bukanlah pekerjaan Zeus yang sedang marah. Kita tahu itu adalah sebuah fenomena alam yang diakibatkan sebuah peristiwa beda potensial.

Kita dulu menganggap listrik dan magnet itu adalah hal yang terpisah. Listrik dan magnet itu adalah fenomena yang dianggap jauh sebelum penemuan Hukum Faraday oleh Michael Faraday itu sendiri. Dalam kuliah umumnya, Faraday menjelaskan bagaimana jika ia menggerakan besi dalam pengaruh magnet sehingga ia bisa menyalakan sebuah lampu.

Spoiler for Eksperimen Faraday:

Ya, ternyata itu sangat berhasil. Michael Faraday telah menyatukan sebuah gaya yang membuat kita dapat memanipulasi kerja sebuah elektron untuk kita. Akan tetapi, Michael Faraday bukanlah seorang yang memiliki pendidikan formal, sehingga ia tidak bisa membuat persamaan matematikanya, hingga akhirnya muncul seorang fisikawan teoritis yang membentuk persamaan untuk Faraday yang disebut persamaan Maxwell, oleh James Clerk Maxwell.

Spoiler for Persamaan Maxwell:

Persamaan Maxwell memulai revolusi teknologi kedua yang dilakukan oleh manusia. Dan itu kita sebut revolusi listrik. Selepas dipublikasikannya hasil kerja Maxwell, mulai ada perusahaan yang membentuk badan usaha yang menangani masalah kelistrikan, lalu pembuatan Pembangkit Listrik, dan lainnya.

Akan tetapi selain itu Maxwell juga memberikan sebuah petunjuk pada persamaannya. Ia menunjukkan bahwa listrik itu merupakan fenomena elektromagnetik yang memiliki sifat bahwa listrik memiliki gelombang pada kecepatan cahaya. Sehingga dipahami bahwa cahaya itu sendiri adalah suatu fenomena elektromagnetik!

Spoiler for Bagaimana?:

Jadi, apa hikmah dari penemuan ini? Agan saat ini sedang terhubung dengan Kaskus, tentu dengan internet. Internet itu layaknya kecepatan cahaya, kita terhubung satu sama lain secara instan tanpa penghalang. Lalu apa, AC di rumah agan tidak akan ada kalau listrik tidak ditemukan sebelumnya. Semua peralatan elektronik yang ada membantu kita dalam kehidupan sehari-hari akibat memenuhi gaya elektromagnetik.

Quote:

Ini dampak penemuan elektromagnetik di Indonesia!

Lalu bagaimana dengan dua gaya lain?

Quote:
Dua gaya lain berbeda dengan dua gaya sebelumnya yang muncul pada dunia klasik. Dua gaya ini ditemukan pada zaman atomik. Karena sejak abad ke 19 akhir, ada pemikiran, jika matahari dianalogikan sebagai minyak dalam bongkahan besar, bukankah ia akan habis? Dan prediksinya, seharusnya matahari harus habis dalam seratus tahun mendatang.
Tapi itu tidak mungkin! Jika kita menaruh umur alam semesta yang sangat tua ke dalam analogi itu, maka seharusnya bahan bakar matahari harusnya habis lebih dahulu. Jadi kita berpikir, pasti ada gaya yang sangat besar, sangat kuat yang memberikan matahari bahan bakar tak terbatas.

Dan itu adalah gaya nuklir..

Gaya nuklir adalah gaya yang terjadi pada atom ukuran subatomik. Gaya nuklir ini ada dua tipenya, yaitu gaya nuklir kuat dan ada gaya nuklir lemah.

Spoiler for Nuklir Kuat:

Gaya nuklir kuat adalah gaya yang paling kuat! Gaya nuklir ini adalah gaya yang membuat proton-proton dan neutron-neutron suatu atom stabil dan tidak tercecer sejak awal waktu nukleosintesis (pembentukan inti atom). Gaya yang sangat kuat diperlukan agar para proton ini pecah! Coba lihat yang dilakukan akselerator partikel. Mereka membutuhkan energi yang besar untuk menambrakkan dua proton agar pecah, dan itu artinya harus mempercepat gerak mereka pada kecepatan mendekati kecepatan cahaya!

Karena pada kecepatan itu, proton tak akan bisa menahan gaya nuklir kuat yang dimilikinya sehingga memberikan kita hujan partikel subatomik yang sangat beragam. Konsep seragam dilakukan dalam PLTN, ketika kita menggunakan gaya nuklir kuat untuk menggerakan turbin raksasa!

Gaya nuklir kuat ini sangat kuat, sehingga ketika sebuah gaya nuklir ini hancur, ia akan melepaskan energi yang paling besar yang bisa kita capai dan melepas neutron, itulah yang kita sebut dengan bom nuklir..

Spoiler for Mekanisme Bom Nuklir:

Ketika Neutron dimasukkan ke Uranium 235, Uranium bertambah jumlah Neutron sehingga gaya nuklir kuat tidak kuat menahan lagi, dan melepaskan semua energinya, menjadikan Uranium 236 terurai menjadi Kripton 89 dan Barium 144 serta menambah sejumlah Neutron bebas.

Ketika Sejumlah Neutron bebas ini bertemu Uranium 235, ia kembali melakukan reaksi yang sama dan terus melakukan reaksi berantai hingga Uranium 235 habis. Ini merupakan konsep bom nuklir dan reaksi fisi nuklir pada PLTN.

Ketika bom nuklir selesai meledak, ia akan melepas sejumlah radiasi. Radiasi itu diakibatkan oleh sebuah gaya nuklir juga, namun disebut gaya nuklir lemah. Gaya nuklir lemah sangat lemat sehingga dalam meluruhkan sebuah radiasi radioaktif membutuhkan waktu hingga bahkan ratusan ribu tahun agar radiasi itu hilang.

Spoiler for Peluruhan Radioaktif:

Neutron adalah Hadron yang tidak stabil, menyebabkan radioaktif, namun dapat terurai dalam waktu lama menjadi proton dan elektron melalui mekanisme nuklir lemah

Kedua gaya nuklir itu adalah gaya yang memberikan manusia kemungkinan untuk memanipulasi senjata paling bahaya, bom hidrogen dan bom anti-materi. Utamanya, sebuah reaksi materi-anti materi akan memberikan sebuah lepasan energi yang setara massa kali kuadrat kecepatan cahaya, atau e sama dengan mc kuadrat, sebuah anihilasi sempurna sehingga itu meniru reaksi yang terjadi ketika big bang, namun skala kecil.

Quote:

Apa yang Model Standar Bilang Tentang Semua Gaya atau Interaksi Fundamental Ini?

Quote:
Model standar adalah sebuah bentuk pemahaman bagi fisikawan partikel. Mereka yang sudah menemukan ribuan partikel telah membentuknya pada susunan terkecil yang mereka bisa buat. Mereka adalah partikel elementer. Ilmuwan Menyusunnya layaknya sebuah tabel periodik kimia

Quote:

Partikel ini akan berinteraksi dengan empat jenis gaya fundamental yang ada sesuai dengan partikel mediannya yang kita sebut boson. Untuk gaya nuklir kuat ada Gluon, untuk gaya nuklir lemah ada Boson W dan Boson Z, untuk gaya elektromagnetik ada Foton, dan untuk gaya gravitasi masih misterius.

Spoiler for Tabel Gaya Fundamental dengan Boson yang Berhubungan:

Kita menyebutnya Graviton, atau partikel gravitasi. Partikel ini digadang-gadang bisa memberikan mekanisme mengapa terjadi medan gravitasi. Graviton adalah satu-satunya partikel hipotesis yang masih belum bisa ditemukan di model standar, sementara partikel Higgs sudah dikonfirmasi keberadaan sejak 2012.

Menemukan partikel Graviton merupakan suatu pencapaian besar dalam fisika partikel dan dalam memahami alam semesta ini.

Quote:

Penutup

Quote:
Kita telah sebagai manusia telah berhasil menjadi mahkluk yang sangat spesifik dalam banyak hal. Kita berhasil mentaksonomikan jutaan spesies hidup hingga yang punah, dan kini kita telah mengerti bahwa kita telah menemukan bahwa alam semesta ini ternyata dibuat ada oleh empat gaya ini!

Quote:

Apa dampaknya?

Jika kita analogikan bahwa semua gaya fundamental ini layaknya klasifikasi mahkluk hidup, dan semua makhluk hidup itu memiliki satu sumber leluhur, maka kita bisa mengetahui unifikasi atau penyatuan empat gaya yang ada.

Diperkirakan dalam waktu yang sangat singkat, seluruh empat gaya ini berada dalam satu kesatuan tunggal setelah big bang! Sehingga apa yang terjadi? Jika kita mengetahui unifikasi gaya ini, yang terjadi adalah kita tahu apa yang terjadi ketika big bang dan apa yang ada sebelumnya.

Ini membawa kita ke sebuah teori yang kita sebut teori segalanya..

Teori segalanya diperkirakan dapat menjelaskan semua fenomena fisika yang ada di dunia ini. Mengesampingkan semua hal yang awalnya kita anggap supersitisi (anggapan bahwa dunia ini dipimpin oleh sifat jahat dan baik, juga keilahian beberapa makhluk dalam supranatural), menjadi sesuatu yang bisa kita jelaskan secara rasional!

Bukan tidak mungkin. Kita telah melakukan penyatuan hukum listrik dan magnet menghasilkan hukum elektromagnet. Itu merupakan penyatuan pertama! Lalu diikuti oleh teori pemenang Nobel Fisika untuk unifikasi elektromagnetik dan nuklir lemah, membawakan hukum elektrolemah.

Spoiler for Elektrolemah:
Pemenang Nobel Fisika 1979 untuk Elektrolemah

Mohammad Abdus Salam

Sheldon Lee Glashow

Steven Weinberg

Produksi Elektrolemah dari Top Quark

Kita masih baru sampai disitu dalam unifikasi. Tahap selanjutnya yang harus diunifikasi adalah hukum elektrolemah dengan nuklir kuat menghasilkan hukum elektronuklir atau teori unifikasi besar. Lalu diikuti unifikasi teori unifikasi besar dengan gravitasi yang menghasilkan teori gravitasi kuantum, dan dengan sedikit penyempurnaan akan mencapai teori segalanya!!!

Quote:

Tapi ini bukan hal yang mudah, karena setiap unifikasi, dibutuhkan premis-premis yang mendukung teori itu, kita sebut dengan simetri. Dan untuk setiap gaya, awalnya punya simetri masing-masing. Ketika mereka disatukan dalam suatu unifikasi dibutuhkan suatu simetri yang lebuh besar untuk mendukung mereka agar unifikasi itu tidak serta merta menyalahi aturan alam semesta dan hukum sebab akibatnya.
Pada akhirnya satu teori akan menjelaskan kita tentang segala hal yang mengacu pada apa yang mengatur alam semesta ini. Namun yang jadi pertanyaan, adakah gaya lain selain empat gaya yang sudah disebutkan sehingga bisa menjembatani semua gaya?

Mungkin saja ada. Kita awalnya mengira mekanisme Higgs yang diberikan oleh partikel boson Higgs memberikan gaya baru, ternyata tidak. Ia hanyalah sebuah partikel yang sifatnya skalar, bukan partikel boson vektoral. Tapi kita tidak menutup kemungkinan bahwa mungkin saja ada gaya atau kekuatan lain.

Mungkin supranatural? Ya, bisa jadi, tapi sebagai manusia yang memiliki pikiran rasional, perlu dibuktikan kekuatan itu. Karena aturan dalam fisika adalah bahwa setiap teori itu perlu diklarifikasi secara saintik dan dapat dikonfirmasi. Tidak hanya itu, sebuah teori juga harus bersifat dapat digunakan setiap waktu tanpa pengecualian, artinya ia bisa menjelaskan fenomenanya yang terkait setiap waktu, dan biasanya dapat menggunakan persamaan matematis untuk menjelaskannya.

Tapi ada satu hipotesis yang menarik, ketika kita mengetahui teori segalanya dan segala hal dapat dijelaskan oleh teori segalanya, apa kita masih menjadi orang yang religius? Atau justru memang teori segalanya memang memberi koneksi ke Sang Pencipta?

Satu kutipan terakhir:

Quote:
Orang telah berusaha mengerti akan pengaturan dari dunia ini. Yang mana ada sesuatu yang sangat spesial mengenai kondisi batas dari jagat raya. Dan apa yang bisa lebih spesial dibanding bahwa tidak ada batasan. Dan seharusnya tidak ada batasan terhadap usaha keras manusia. Di mana ada kehidupan, ada harapan.

~Stephen Hawking, Theory Of Everything..