Kosmologi

September 15, 2008

Hawking, Kosmos dan Kesalahan

Stephen William Hawking, lahir 8 Januari 1942, tampaknya adalah ilmuwan aktif paling masyhur di Bumi. Majalah terkemuka Time pernah menyebutnya sebagai fisikawan besar yang pemikiran teoritisnya menunjukkan puncak kecemerlangan memerikan ruang dan waktu dalam menyingkap rahasia terdalam jagat raya. Bestseller-nya, A Brief History of Time — terbit sedikitnya dalam 33 bahasa dan terjual lebih dari 30 juta kopi — menjadi buku kosmologi paling populer yang pernah ditulis manusia. Cukup menarik bahwa sosok penting perburuan ilmiah terbesar dalam sejarah — pencarian sekumpulan bintik kecil ciptaan, atas teori yang menjelaskan keseluruhan penciptaan dan semesta raya seisinya — itu tumbuh sebagai seorang anak sekolah biasa, yang lamban belajar membaca, tengil, dan dengan tulisan tangan yang membuat guru-gurunya putus asa.

Dari banyak segi, kosmolog lumpuh bermata bening yang terpacak di kursi roda yang suka dikebutnya itu, memang inspirasi. Beberapa saat setelah sampel otot lengannya diambil, kepingan elektrode ditanam ke tubuhnya dan cairan radiologis dipompakan ke tulang belakangnya, dokter yang mendiagnosanya angkat tangan. Tapi justeru dari makhluk cacat yang telah divonis “mati” oleh ilmu medis modern ini, terbit pikiran-pikiran yang membangkitkan ilham. Pikiran itu bukan saja telah mewarnai perkembangan baru dalam ilmu pengetahuan manusia mengenai hukum-hukum yang mengatur kelahiran dan pertumbuhan kosmos. Pikiran itu pun, sedikit banyak, telah memberi kesempatan pada masyarakat awam di seluruh dunia suatu perasaan bahwa mereka tidak perlu disisihkan dari pertanyaan-pertanyaan besar yang diajukan oleh para cendekiawan dan filsuf.

Inspirasi yang dipancarkan Hawking memang bukan melulu karena pemikiran teoretisnya. Hidupnya, kelumpuhannya, pandangannya terhadap kesalahan dalam perkembangan ilmu, atau kecintaannya pada musik sejak dari Wagner hingga ke The Beatles, semua itu menularkan ilham yang tak kurang menggetarkan. Ketimbang karya-karya teoretisnya, banyak yang justeru lebih mengagumi Hawking karena tekadnya menampik maut lewat satu-satunya celah yang tersisa. Saya sendiri secara khusus kagum pada kemampuan adaptifnya membangun teknik berpikir yang memungkinkannya mengolah rumus-rumus kompleks dan fenomena semesta raya, tanpa bantuan tangan dan kertas. Gejala yang mirip evolusi dinosaurus jadi burung agar bisa menguasai angkasa itu, kembali menegaskan kekuatan hidup untuk membuat mungkin apa yang tampak mustahil.

Fisika & Astronomi

Hawking pernah mengenang betapa sejak usia 13 atau 14, ia sudah ingin membuat riset dalam fisika karena inilah ilmu yang—menurutnya—paling mendasar. ”…fisika dan astronomi menawarkan harapan tentang pemahaman yang menyangkut dari mana kita berasal dan mengapa kita hadir di Bumi ini.” Sebelumnya, lewat pembuatan model mainan yang kerjanya dapat ia kontrol, tak peduli rupanya seperti apa, ia sudah rasakan kobaran hasrat untuk mengetahui teknikkerja sesuatu hal dan cara mengendalikannya. Hawking percaya bahwa, “Jika Anda tahu bagaimana alam semesta ini bekerja, berarti, entah bagaimana, Anda dapat mengaturnya.”

Orang saja bisa mendebat pandang subyektif Hawking tentang ilmu apa yang paling mendasar atau pengetahuan mana yang dapat menjawab dari mana manusia berasal dan mengapa mereka hadir di Tatasurya. Yang pasti, kenangan Hawking tentang bagaimana ia memilih fisika yang menurutnya cenderung membosankan dan bukannya kimia yang penuh kejutan, menunjukkan dengan jelas tekad Hawking sejak mula. Pilihan yang terang itulah yang kelak membuat Hawking bisa mengatasi ‘keterbatasan tubuhnya’ sambil terus mencoba menyingkapkan sederet kemungkinan baru dalam upaya manusia memahami alam semesta.

Sejak awal Hawking memang sudah tahu bahwa fisika bukanlah pelajaran yang mudah. Itu terjadi bukan karena fisika itu sulit tapi karena … “pelajaran sains di sekolah sering disajikan secara kering hingga tak menarik. Anak-anak mempelajarinya hanya agar dapat naik kelas, dan mereka tak melihat keterkaitannya dengan dunia seputar mereka.” Selain minat yang terarah, Hawking mengatasi “keringnya” sekolahan — dan sampai pada posisi ilmiah yang bahkan jauh lebih tinggi dari puncak tertinggi karier pendidikan formal — dengan imajinasi yang berkobar.

Memang, pernah juga minat itu kendor, dan ini terjadi justeru ketika ia sudah duduk di salah satu perguruan tinggi paling bergengsi di Bumi: University College, Oxford. “Sikap umum yang dianut para mahasiswa Oxford di masa itu adalah anti kerja keras. Anda harus berprestasi tapi tak boleh ngotot, atau mengakui bahwa bila tak dipacu Anda terpuruk di papan bawah.” Bekerja keras untuk masuk ke golongan yang lebih tinggi membuat pelakunya menjadi bahan olok-olokan paling buruk di seluruh Oxford. Anggapan bahwa tidak ada yang berharga untuk diperjuangkan, umum dianut oleh sebagian besar mahasiswa. Selain pesta dan dayung, hal yang menarik bagi Hawking saat itu adalah mengoreksi kesalahan fatal buku-buku teks yang diajarkan.

Hasrat memahami kerja semesta raya itu, kelak muncul lagi dalam diri Hawking dalam bentuk yang lebih berkobar, ketika ia mulai berontak terhadap “takdir” mati oleh kehancuran fungsi syaraf motoriknya. Bayangan mati muda ditambah pernikahannya dengan Jane Wilde, membuat Hawking mulai bekerja keras untuk pertama kali dalam hidupnya. Ternyata, kobaran imajinasi dalam riset-riset kosmologis sangat dinikmatinya. Begitu nikmatnya hingga bagi Hawking, tak adillah rasanya bila kegiatan riset itu disebut bekerja. Khas Hawking yang tengil, ia mengutip satu kalimat nakal yang mengandung separuh kebenaran: ilmuwan dan pelacur itu sama saja: mereka dibayar untuk sesuatu yang mereka nikmati.

Tiga Puncak

Dalam sejarah sains, Hawking kelak dikenang paling tidak karena tiga sumbangan puncaknya. Ketiganya ikut mempengaruhi padangan ilmu tentang kosmos, penciptaan dan waktu.

Sumbangan besar pertama Hawking adalah hasil kerjasamanya selama periode 1968 – 1970 dengan Roger Penrose, fisikawan dan matematikawan yang kelak jadi lawan debat Hawking dalam soal paling abadi dalam sejarah ilmu: determinisme dan probabilisme. Berdasarkan Teori Relativitas Umum, Hawking dan Penrose menunjukkan bahwa waktu haruslah berawal dari singularitas pada saat Dentuman Besar. Mereka mendedahkan bahwa setiap solusi bagi persamaan yang dibangun Einstein itu, mengarahkan adanya eksistensi sebuah batas tunggal istimewa bagi ruang dan waktu di masa silam. Dengan demikian, alam semesta itu memang lahir pada suatu waktu tertentu dalam keadaan panas dan mampat; dan ini memberi fondasi teoritis yang kian kuat bagi model kosmos Dentuman Besar. Apapun yang terjadi sebelum singularitas, bukan (bagian) alam semesta, demikian kata Hawking.

Karya ilmiah yang kini disebut “teorema singularitas” dan merupakan pencapaian penting dalam sejarah kosmologi itu, sudah menunjukkan kecenderungan Hawking yang kelak memancing banyak debat. Hawking ingin memurnikan waktu dari unsur-unsur metafisis, menjadikannya dimensi yang terukur di mana hukum sebab-akibat memanggungkan dirinya, bukan dimensi yang menjadi pentas bagi yang tak terhingga dan hal-hal yang tak terjangkau penalaran ilmiah. Kecenderungan Hawking ini kelak mencapai ekspresi totalnya dalam karyanya tentang model semesta nir-batas (no-boundary).

Karya besar kedua Hawking berkaitan dengan entitas ajaib yang oleh John Wheeler disebut Lubang Hitam. Berawal sebagai bintang yang cemerlang dengan pacaran cahayanya, lubang hitam adalah bintang yang runtuh ke dalam dirinya sendiri. Gravitasi yang sangat kuat membuatnya menjadi kegelapan total dalam ruang, yang memutuskan hubungan dengan seluruh alam semesta. Pada 1974, Hawking sendirian menyusun pikiran revolusionernya tentang penguapan kuantum lubang hitam. Ide yang kini disebut “Radiasi Hawking” itu ditata di atas pengertian bahwa lubang hitam punya suhu yang selaras dengan gravitasi permukaannya, dan entropi yang sebanding dengan luas permukaannya. Dari sana disimpulkan bahwa lubang hitam memancarkan radiasi sebagaimana benda-benda termodinamik lainnya. Dengan cara itu Hawking menyambung kembali hubungan lubang hitam dengan seluruh alam semesta.

Puncak ketiga adalah karyanya yang paling banyak dirujuk dalam A Brief History of Time dan juga yang paling radikal. Pada 1984, bersama Jim Hartle dari Universitas California, Santa Barbara, Hawking menawarkan Usulan Nir-Batas untuk alam semesta awal. Dengan menggunakan model elegan fluktuasi vakum, dan variabel waktu imajiner untuk menyiasati singularitas dentuman besar, mereka mengajukan sebuah rasionalisasi matematis bagi seluruh semesta. Usulan yang memandang alam semesta sebagai fungsi gelombang ini meramalkan variasi rapat massa di dalam kosmos awal akibat fluktuasi kuantum di ruang hampa. Kendati model ini cukup sederhana dengan rumusan matematis yang spekulatif, ia menggiring ilmu pada pemahaman yang lebih dalam atas peristiwa Penciptaan Kosmos.

Di ketiga puncak sumbangan teoritis itu, Hawking memamerkan bagaimana imajinasinya menari “mengelola” seluruh alam semesta agar bisa diterangi oleh cahaya ilmu pengetahuan. Letak pesonanya ada pada kesadaran Hawking mengenai “keterbatasan” teori ilmiah, tapi yang dengan sangat imajinatif, dengan kegeniusan seorang empu, ditangani dan digunakan pada jagat raya sedemikian rupa sehingga sampai pada satu kesimpulan yang revolusioner, yang membersitkan cahaya baru ke kawasan-kawasan paling gelap “di luar” dan “sebelum” ruang-waktu.

Teologi & Epistemologi

Usulan nir-batas tak saja membuat teori Big Bang jadi model mainan kanak-kanak. Usulan yang menggunakan konsep Jumlahan Sejarah (sum over histories) Richard Feynmann dan matra waktu yang dihitung dengan bilangan imajiner itu, digunakan secara cerdik membangun model jagat raya yang ruangnya tak bertepi, yang waktunya tak berawal dan tak berakhir, dan yang Penciptanya tak perlu berbuat sesuatu apapun lagi. Bahkan sebenarnya, menurut Hawking, dalam jagat raya seperti itu, tidak dibutuhkan adanya Pencipta — yakni Pencipta seperti yang dibayangkan oleh kitab-kitab tua. Implikasi teologis mulai muncul di sini.

Implikasi model semesta nir-batas ini memang membuat posisi Hawking menjadi istimewa dan kontroversial. Ini diakuinya sendiri dengan menyebutkan banyak cap yang ditempelkan pada pemikirannya: instrumentalis, reduksionis, positivis dan berbagai macam sebutan berakhiran “is” lainnya. Termasuk juga sebutan atheis yang pernah datang dari sejumlah agamawan. Mereka yang menuduh Hawking dengan nada negatif tampaknya lupa bahwa teori yang selalu datang lebih dahulu itu, juga teori Hawking, berawal dari keinginan untuk memiliki suatu model matematik yang tepat dan konsisten. Teori berfungsi membuat prakiraan-prakiraan, yang kemudian harus diuji melalui pengamatan. Jika hasil pengamatan sesuai dengan prakiraan, itu bukan membuktikan kebenaran teori, melainkan hanya memperpanjang kelaikannya untuk membuat prakiraan-prakiraan lebih lanjut, yang kelak akan diuji lagi lewat pengamatan. Jika hasil pengamatan tak lagi sesuai dengan prakiraan, teori tersebut akan segera disisihkan.

Hawking memang tak berusaha membuktikan kebenaran usulannya dengan semata-mata mengandalkan koherensi internal dan konsistensi logis usulan itu sendiri. Ia menyediakan ruang pengecekan prediksi-prediksi yang dihasilkan dari usulan itu: prediksi-prediksi yang eksak mengenai bagaimana jagat raya semestinya berperilaku. Jika prediksi pasti ini tak sesuai dengan pengamatan, dapat disimpulkan bahwa jagat raya tidak dalam keadaan nir-batas. Jadi usulan tentang keadaan nir-batas adalah teori ilmiah yang baik menurut defenisi yang dibuat oleh Karl R. Popper: teori itu dapat dibuktikan salah oleh pengamatan.

Teori sains memang hanyalah sekedar sebuah model jagat raya, atau bagian terbatas dari jagat raya, dan seperangkat aturan yang menghubungkan angka-angka dalam model itu dengan pengamatan empiris. Selain teori yang disusun di atas seperangkat persamaan matematis, sebuah model jagat raya bisa juga berupa puisi, lukisan atau mitologi penciptaan. Tapi yang menarik dari teori sains sebagai model jagat raya adalah: selain menjelaskan peristiwa-peristiwa yang sudah terjadi, ia juga dituntut mampu memprediksi peristiwa secara tepat dan spesifik; hal yang agak kurang sopan dituntut dari lukisan atau mitologi.

Kesadaran akan watak teori ilmiah yang dibarengi dengan hasrat untuk memerikan alam semesta, menuntun Hawking secara cerdik memasukkan gagasan jumlahan sejarah Feynmann ke dalam ide Waktu Imajiner yang menutup pada dirinya sendiri, seperti permukaan Bumi. Akibatnya, secara teoritik, apapun yang terjadi dalam waktu imajiner, akan dapat dihitung. Jika sejarah jagat raya dalam waktu imajiner diketahui, perilakunya dalam waktu nyata juga dapat dihitung.

Dengan demikian, alam semesta seisinya jadi bisa dijelaskan seluruhnya oleh ilmu pengetahuan, dan itulah terobosan epistemologisnya. Itu pula yang membuat BBC London meyiarkan acara “Master of the Universe: Stephen Hawking”. Dengan terobosan itu, demikian Hawking, bisa diperoleh sebuah teori terpadu yang lengkap, yang mampu memperediksikan segala sesuatu di jagat raya. Dan jika teori terpadu, TOE (Theory of Everything), ini berhasil ditemukan, itu akan merupakan sebuah kemenangan sejati bagi ummat manusia. Di momen itu, kalimat “memahami pikiran Tuhan” menjadi kalimat yang punya makna.

Nilai Kesalahan

Bagi Hawking yang Popperian, kesalahan punya fungsi yang tidak sepele dalam perkembangan ilmu. Sebuah jurnal khusus yang mengumumkan kesalahan-kesalahan besar yang pernah dilakukan para ilmuwan, harusnya diterbitkan. Tapi, khas Hawking, ia kemudian menambahkan satu komentar yang kira-kira bunyinya begini: “Kalaupun jurnal (Kesalahan) seperti ini ada, saya tidak yakin akan banyak orang yang mau menjadi kontributornya. Tentu saja: hanya segelintir orang yang berani mengaku dan menunggu-nunggu kesalahannya tersingkap.

Di antara yang segelintir itu, terdapat juga kelompok fisikawan yang sedang bekerja dengan RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider). Di sebuah kawasan yang rimbun di Long Island, New York, para fisikawan itu tengah berupaya mudik ke fajar waktu kelahiran alam semesta, pada saat satu detik setelah penciptaan. Dengan instrumen penumbuk ion seharga USD 600 juta itu, mereka mencoba mencabik-cabik inti atom, menggerus partikel penyusun materi dan menjadikannya plasma, dan mengkaji lebih dalam bagaimana partikel-partikel dasar semesta bertingkah laku.

Teori mutakhir fisika nuklir menyebutkan bahwa atom pertama jagat raya muncul pertama kali sekitar satu detik setelah kelahiran jagat itu sendiri. Karena itu, membongkar balik atom pertama itu dan merakayasa mundur penyusunannya, hampir sama dengan mencipta ulang apa yang terjadi sebelumnya: kelahiran semesta. Eksperimen dengan penumbuk ion berat itu bisa saja gagal menciptakan plasma, yang berarti gagal mencipta-ulang kondisi semesta kurang satu detik setelah kelahirannya. Bisa juga eksperimen itu berhasil membuat plasma tapi dengan watak yang secara total berbeda dari apa yang diramalkan. Jika kegagalan itu terjadi, maka itu bahkan lebih bagus. Kesuksesan membikin plasma dari penumbukan ion jelas adalah hal yang fantastik. Satu-satunya hal yang lebih fantastik dari itu adalah kejutan tak terpikirkan yang secara mutlak menampik semua prediksi.

Sejak pengembangannya pada dekade 1960-an, teori kromodinamika kuantum fisika nuklir telah meramalkan hasil-hasil eksperimen dengan ketepatan yang nyaris tak tertandingi oleh teori manapun dalam sejarah. Tetapi, di samping rasa bangga terhadap teori itu, para fisikawan tak sabar menunggu datangnya hari di mana mereka memergoki sejumlah lobang, suatu situasi khusus di mana teori mereka secara sempurna gagal. Kegagalan besar seperti ini pernah terjadi di awal abad 20, yang kemudian memicu lahirnya Teori Relativitas dan Mekanika Kuantum. Kedua teori baru itu kelak tak hanya merevolusi fisika. Mereka juga mempengaruhi nasib sosial politik ummat manusia dan menjadi kompleks gagasan dengan implikasi praktis yang belum ada padanannya dalam sejarah peradaban.

Sebuah teori memang bukan Kebenaran, dengan “K”. Bukan kata akhir. Sebuah teori dapat dibayangkan seperti sebuah perahu kertas mainan. Untuk tahu apakah perahu itu mengapung, ia harus diuji di atas air. Jika tenggelam, kita bikin perahu yang lain. Dengan terus mengenang betapa rumit dan menakjubkannya semesta raya ini, ilmuwan tulen tentu tak akan nekad menyebut teori-teori itu, perahu-perahu kertas itu, sebagai kebenaran. Beberapa teori memang cemerlang bagai matahari yang menyinari kawasan yang luas dan didukung banyak eksperimen. Namun demikian, adalah suatu kesembronoan untuk menganggap setiap teori, betapapun cemerlang, sebagai suatu “kebenaran” yang mutlak.

Perahu Kertas Kosmik

Kesadaran akan kesalahan akan membuat kita lebih asyik menikmati pertandingan model-model teoretis tentang alam semesta dan seisinya, tentang kelahiran dan masa depannya. Seperti usulan tanpa batas Hawking, perahu-perahu kertas kosmik yang bertanding di liga kosmologi mutakhir di awal millenium ini, semuanya berimplikasi pada penyatuan seluruh pengetahuan ilmiah. Model kosmos Alan Guth misalnya. Banyak pihak menganggap Guth telah mengajukan model yang adalah kontribusi terpenting dalam satu generasi: Model Kosmos Inflasioner. Model ini menandaskan bahwa jagat raya awal mengalami ekspansi kolosal, dan dengan bagus menjelaskan keseragaman dan ketiadaan kurvatur dalam kosmos. Belakangan model ini, bahkan model Big Bang, diguncang oleh sejumlah data observasi yang ganjil, yang memaksa Guth memperbaharuinya. Kini Guth berupaya memadukan mekanika kuatum dan gravitasi Einstein yang memungkinkan penciptaan kosmos sintetik.

Andrei Linde yang juga percaya bahwa secara teoritik kosmos bisa dicipta-ulang, datang dengan teori evolusioner inflasi chaotic kosmos yang menghasilkan banyak semesta dengan banyak Big Bang. Menurut model superkosmos atau megasemesta Linde ini, superkosmos adalah obyek maha besar yang terus mengalami inflasi dengan sebuah struktur fraktal, khaotik dan secara kekal mereproduksi diri: kosmos kita lahir dari kosmos yang lebih besar, yang lahir dari kosmos yang lebih besar lagi, dan seterusnya.

Model yang hampir mirip diajukan oleh Martin Rees. Selain mamakai Prinsip Antropik versi lemah untuk menerangi sejumlah soal kosmologis yang membingungkan, penulis buku Before the Beginning ini juga memikirkan kemungkinan alam semesta ganda. Model Multiverse Rees mengandaikan adanya ensemble of universes, jalinan sekian semesta, yang tak teramati, dengan dimensi dan hukum-hukum alam yang berbeda dari kosmos hunian manusia.

Dengan antara lain meneruskan ide relasionisme Leibniz, Lee Smolin menyajikan padangan lain tentang kosmos dan pengetahuan. Ide Utama Smolin adalah bahwa perkembangan mutakhir dalam sains, termasuk sains kompleksitas, mengarah pada konsep bahwa semesta raya adalah suatu entitas biologis yang mencipta dan menyusun dirinya sendiri. Selain berupaya memadukan teori kuantum dengan teori Einstein, ia juga menemukan sebuah metode yang dengannya seleksi alam a la Darwin dapat berjalan pada skala kosmik. Dari sini ia berharap dapat menyusun sebuah theory of the whole universe, yang akan merangkum segenap semesta raya dengan seluruh evolusi dan kehidupannya.

Selain teori-teori semesta raya seisinya yang disebut di atas, ada beberapa teori lagi yang tak kalah menarik. Tapi yang paling menonjol di antara semuanya adalah Teori String. Di tangan Edward Witten, ilmuwan aktif baling brilian di Bumi yang kecerdasannya, bagi sebagian orang, bisa jadi melampaui Newton dan Einstein, teori string (M-Theory) menjadi teori yang paling banyak menyita perhatian komunitas fisika dunia. Tentang teori string sendiri, Witten berkata bahwa teori itu adalah potongan fisika abad ke-21 yang secara kebetulan jatuh di abad ke-20.

Kedahsyatan teori-teori mutakhir itu bisa jadi membuat sebagian orang mengharap agar teori-teori itu, perahu-perahu kertas itu, berhubungan dengan sesuatu yang agung, dengan penyelenggaraan ilahi, misalnya. Ada efek kognitif dan sensasi yang menjalari tubuh memang, yang melatu ketika sebuah perahu kertas telah digunakan di sebuah banjir besar yang mengubah dunia dan kini terdampar di sebuah bukit; seperti imaji yang dengan bagus dihadirkan Sapardi Djoko Damono dalam sajak Perahu Kertas yang terkenal itu. Bagi pemikir seperti Hawking, keterkaitan dengan hal-hal yang ilahiah adalah soal nanti. Yang penting baginya hanyalah membuat perahu-perahu kertas yang bisa mengapung dan menempuh lautan yang jauh. Mereka ini mungkin saja — dengan semangat bermain yang tidak main-main, dengan segenap akumulasi pengetahuan manusia yang ditopang dengan seluruh daya nalar dan imajinasi — merancang perahu kertas raksasa dan terpaksa mencipta mahasamudera agar perahu kertas tersebut bisa dilayarkan, dan ditunggu saat-saat tenggelamnya.***

Nirwan Ahmad Arsuka

Dimuat di KOMPAS Edisi Khusus 35 Tahun, 28 Juni 2000

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

%d bloggers like this: