9. Fisikawan Yahudi di Balik Teori Segala Sesuatu

Niels Bohr

Albert Einstein, Niels Bohr, Wolfgang Pauli, Lisa Meitner, Paul Ehrenfest, David Joseph Bohm, Brian Greene, David Gross, Alan Guth, Frederick Reines, Julian Schwinger, Richard Feynman, Eugene Wigner, dan Georg Wigner adalah nama beberapa fisikawan tenar berdarah Yahudi yang sumbangan pemikirannya ikut melahirkan pencarian apa yang disebut "Teori Segala Sesuatu". Ini semacam teori pamungkas dalam ilmu fisika modern, teori untuk mengakhiri segala teori. Ia bertujuan untuk menyatukan semua teori ilmu fisika ke dalam satu teori tunggal.

Tapi sebelum menuju ke sana, kita perlu memahami secara ringkas dan mendasar forsa-forsa fundamental yang mengendalikan alam semesta. Revolusi macam apakah dalam sejarah manusia yang dihasilkan setiap kali salah satu forsa fundamental ini dikuasai manusia? Bagaimanakah upaya para fisikawan untuk menyatukan keempat forsa ini menjadi suatu teori pamungkas? Apa itu dimensi kelima dan siapakah yang mengajukan teori ruang hiper ini? Teori masa kini manakah yang dipandang sebagai teori pamungkas itu dan apa ciri-cirinya?

Masalah Teori Medan Terpadu

Albert Einstein punya tiga teori besar dalam ilmu fisika modern. Pertama, teori relativitas khusus; kedua, teori relativitas umum; dan, ketiga, teori medan terpadu. Kedua teori pertama menghasilkan pengembangan bom atom dan teori masa kini tentang lubang-lubang hitam dan Dentuman Besar. Selain itu, kedua teori yang membuat terobosan-terobosan baru dalam ilmu fisika abad ke-20 ini mengakibatkan Einstein dipandang ilmuwan terbesar sesudah Isaac Newton. Teori ketiga bertujuan untuk menyatukan semua hukum ilmu fisika menjadi suatu kerangka kerja yang sederhana. Ia adalah tujuan akhir semua ilmu fisika, teori untuk mengakhiri semua teori.

Akan tetapi, upaya Einstein dan beberapa fisikawan lain sesudah dia untuk merumuskan teori medan terpadu itu tidak berhasil. Selama 30 tahun terakhir dari hidupnya, Einstein sia-sia berupaya merumuskan teori terbesar sepanjang masa itu. Selain dia, beberapa otak terbesar abad ke-20 seperti Werner Heisenberg dan Wolfgang Pauli berjuang untuk merumuskan teori alam semesta yang dimulai Einstein itu. Seperti Einstein, mereka juga angkat tangan.

Wolfgang Pauli

Muncullah teori Kaluza-Klein yang memberi harapan baru ke arah perumusan teori medan terpadu. Teori ini membahas dimensi kelima yang dipandang bisa memecahkan kebuntuan Einstein dan fisikawan-fisikawan lain dalam merumuskan teori medan terpadu.

Tapi teori mereka akan lebih mudah kita pahami kalau kita dahului dengan menyoroti empat forsa fundamental dalam alam semesta. Sorotan ini ada kaitannya dengan teori Kaluza-Klein tentang dimensi kelima.

Empat Forsa Fundamental

Sejauh ini diketahui bahwa ada empat forsa (force) fundamental dalam alam semesta. Forsa-forsa ini mengendalikan segala sesuatu dalam jagad raya yang diketahui: gravitasi, elektromagnetisme, nuklir kuat, dan nuklir lemah.

Gravitasi adalah forsa yang menahan kaki kita pada bumi yang berpusing-pusing. Gravitasi juga mengikat tata surya kita dan galaksi-galaksi. Tanpa gravitasi, kita akan segera terlontar ke ruang angkasa dengan kecepatan sekitar 1.610 kilometer per jam; matahari akan meledak dengan pancaran energi yang menghancurkan; bumi dan planet-planet dalam tata surya kita akan berpusing-pusing ke luar dan memasuki ruang angkasa yang dalam dan membeku; dan galaksi-galaksi akan beterbangan terpisah-pisah dan menjadi ratusan miliar bintang.

Elektromagnetisme adalah forsa yang menyinari kota-kota besar dan memberi forsa pada peralatan-peralatan rumah tangga yang memakai listrik milik kita. Selain itu, elektromagnetisme menghasilkan produk-produk sampingan seperti bola lampu, televisi, telepon, komputer, radio, radar, microwave, dan alat pencuci peralatan makan-minum. Tanpa elektromagnetisme, peradaban kita akan mundur ratusan tahun ke belakang, ke dunia primitif yang diterangi lilin dan api unggun.

Nuklir kuat memberi forsa pada matahari. Tanpa forsa nuklir kuat, bintang-bintang akan pudar dan langit menjadi gelap. Tanpa matahari, semua yang hidup di bumi akan lenyap ketika samudera-samudera berubah menjadi es padat. Forsa nuklir kuat yang memungkinkan adanya bentuk-bentuk hidup di bumi adalah juga forsa destruktif yang dilepaskan oleh sebuah bom hidrogen. Bom ini bisa dibandingkan dengan sepotong matahari yang diturunkan ke bumi.

Nuklir lemah berperan atas kerusakan radioaktif. Istilah teknis untuk “kerusakan radioaktif” adalah “rerasan radioaktif (radioactive decay).” Forsa nuklir lemah dimanfaatkan dalam rumah sakit modern berbentuk penjejak radioaktif (radioactive tracer) yang dipakai dalam pengobatan nuklir. Misalnya, gambar-gambar berwarna dramatik dari otak yang hidup karena berpikir dan mengalami emosi dimungkinkan oleh kerusakan gula radioaktif di otak.

Forsa Fundamental dan Peradaban Manusia

Penguasaan setiap forsa fundamental ini sudah mengubah setiap peradaban manusia. Misalnya, ketika Newton mencoba memecahkan teori gravitasinya, dia dipaksa mengembangkan suatu ilmu matematika baru dan merumuskan hukum gerak yang terkenal itu. Hukum-hukum mekanika ini kemudian menolong mengantar kita pada Revolusi Industri (pertengahan abad ke-19), yang sudah mengangkat manusia dari pekerjaan yang sangat melelahkan dan kesengsaraan selama ribuan tahun.

Sir Isaac Newton

Selanjutnya, penguasaan forsa elektromagnetisme oleh James Maxwell pada tahun 1860-an sudah menimbulkan revolusi pada cara hidup kita. Bilamana terjadi padam listrik total, kita terpaksa hidup mirip nenek-moyang kita di abad-abad yang lalu. Masa kini, lebih banyak dari separuh kekayaan sedunia dihubungkan, dengan satu dan lain cara, dengan forsa elektromagnetisme. Peradaban tanpa forsa elektromagnetisme tidak bisa dibayangkan.

Serupa dengan itu, ketika forsa nuklir dilepaskan melalui bom atom, sejarah manusia, untuk pertama kali, dihadapkan pada suatu perangkat pilihan yang menakutkan dan baru. Ini termasuk pemusnahan semua bentuk hidup dari muka bumi. Dengan forsa nuklir, kita akhirnya bisa memahami mesin dahsyat yang ada di dalam matahari dan bintang-bintang. Selain itu, kita bisa melihat sekilas untuk pertama kali akhir kemanusiaan sendiri.

Jadi, bilamana para ahli sains menguraikan rahasia-rahasia salah satu dari keempat forsa fundamental, forsa itu tanpa bisa dielakkan mengubah arah peradaban modern. Dalam arti tertentu, beberapa terobosan hebat dalam sejarah sains bisa ditelusuri pada pemahaman berangsur-angsur dari keempat forsa fundamental ini. Beberapa pakar mengatakan bahwa kemajuan sains selama 2000 tahun terakhir bisa diringkaskan oleh penguasaan forsa-forsa fundamental ini.

Mengingat pentingnya keempat forsa fundamental ini dalam alam semesta, timbul suatu pertanyaan. Apakah forsa-forsa itu bisa disatukan menjadi suatu adiforsa (super force)? Apakah forsa-forsa itu manifestasi dari suatu realitas yang lebih dalam?

Mengapa Teori Medan Terpadu Gagal

Teori medan terpadu yang diupayakan Einstein bertujuan untuk menjelaskan semua forsa yang lasim terdapat dalam alam, termasuk cahaya dan gravitasi. Tapi sampai dengan wafatnya, dia tidak mampu menyelesaikan perumusan teori itu.

Sebelumnya, dia berhasil merumuskan teori relativitas umumnya. Teori ini menyatakan bahwa kehadiran materi-energi menetapkan kelengkungan ruang-waktu yang mengelilinginya. Prinsip ini melandasi gerak bintang dan galaksi, lubang hitam, Dentuman Besar, dan barangkali nasib alam semesta itu sendiri.

Lengkungan ruang-waktu karena benda padat

Meskipun Einstein sudah menemukan prinsip ini, dia kekurangan peralatan matematik yang cukup kuat untuk mengungkapkan asasnya. Dia sia-sia mencari peralatan itu selama tiga tahun dan akhirnya matematikawan Marcel Groussman, sahabat karibnya, menemukan peralatan itu: karya Riemann dan tensor metriknya yang sudah diabaikan para fisikawan selama 60 tahun. (Tensor metrik Riemann berisi kumpulan angka-angka susunan Riemann untuk melakukan berbagai perhitungan matematik.) Dengan peralatan matematik Riemann, Einstein berhasil merumuskan persamaan matematiknya yang pada intinya menyatakan bahwa materi-energi menetapkan kelengkungan ruang-waktu di sekitarnya.

Persamaan ini menunjukkan suatu keanggunan yang belum pernah dilihat sebelumnya dalam ilmu fisika. Pemenang Hadiah Nobel dalam Ilmu Fisika dan berasal dari India, Subrahmanyan Chandrasekhar, pernah menyebut persamaan Einstein ini sebagai “teori paling indah yang pernah ada.”

Seindah apa pun teori ini, ia akhirnya tidak mampu memecahkan upaya Einstein selama 30 tahun untuk merumuskan teorinya yang ketiga: teori medan terpadu. Dia menjadi kecewa karena kegagalannya. Sumber frustrasinya adalah susunan persamaannya sendiri. Dia terganggu oleh suatu cacat fundamental dalam rumusan ini. Di satu pihak, dia menyukai susunan geometrik yang indah dari kelengkungan ruang-waktu. Di pihak lain, dia membenci sisi materi-energi dari persamaannya karena sisi ini adalah “suatu campur-baur yang mengerikan dari bentuk-bentuk yang tampaknya acak dan membingungkan, dari partikel subatomik, polimer, dan kristal sampai dengan batu, pohon, planet, dan bintang.” Tapi pada tahun 1920-an dan 1930-an, ketika Einstein tengah mengerjakan teori medan terpadunya, hakekat sesungguhnya dari materi masih tetap suatu misteri yang tidak terpecahkan.

Strategi besar Einstein adalah memberi suatu asal-usul geometrik yang lengkap pada materi. Tapi tanpa lebih banyak petunjuk fisikal dan suatu pemahaman fisikal yang lebih dalam dari materi, strateginya untuk mengubah materi-energi menjadi seindah kelengkungan ruang-waktu menjadi mustahil.

Kita barangkali bisa menunjukkan kesalahan Einstein. Kita ingat bahwa hukum-hukum alam menjadi sederhana dan menyatu dalam dimensi-dimensi yang lebih tinggi. Einstein betul ketika dia menerapkan asas ini dua kali, dalam teori relativitas khusus dan umumnya. Tapi pada upaya ketiga untuk merumuskan teori medan terpadu, dia mengabaikan asas fundamental ini. Sedikit sekali yang diketahui tentang susunan materi atomik dan nuklir pada zamannya. Sebagai akibatnya, tidak jelas bagaimana menggunakan ruang dimensional lebih tinggi sebagai suatu asas pemersatu.

Pemecahan yang melibatkan asas fundamental yang diabaikan Einstein akan datang dari seorang matematikawan tidak terkenal waktu itu. Dia akan menuntun kita pada dimensi kelima.

Dimensi Kelima Kaluza-Klein

Matematikawan tidak terkenal itu bernama Theodr Kaluza (non-Yahudi) dari Universitas Königsberg di Jerman yang terletak di Kaliningrad dari bekas Uni Soviet. Dia mengirimkan sepucuk surat yang diterima Einstein pada bulan April 1919 dan mengejutkannya. Surat itu berbentuk suatu artikel singkat sepanjang beberapa halaman. Di dalam surat itu, Kaluza mengajukan suatu pemecahan atas masalah teori medan terpadu itu. Dalam hanya beberapa baris, Kaluza menyatukan teori gravitasi Einstein dengan teori cahaya Maxwell dengan memperkenalkan dimensi kelima. Dimensi ini mencakup empat dimensi dari ruang dan satu dimensi dari waktu.

Kelahiran teori Kaluza-Klein

Apa yang mengejutkan Einstein adalah keberanian dan kesederhanaan artikel Kaluza. Seperti semua gagasan besar, argumen inti Kaluza anggun dan padat.

Dua tahun kemudian, Einstein menjadi yakin bahwa artikel Kaluza itu secara potensial penting. Dia menyerahkannya untuk diterbitkan oleh suatu lembaga ilmu pengetahuan di Jerman dengan judul yang mencolok, “Tentang Masalah Kesatuan Ilmu Fisika.”

Dalam sejarah ilmu fisika, tidak ada siapa pun yang sudah menemukan manfaat dari dimensi spasial keempat. Sejak Riemann, diketahui bahwa ilmu matematika tentang dimensi-dimensi yang lebih tinggi adalah suatu keindahan yang hebat, tapi tanpa penerapan fisikal. Untuk pertama kali, seseorang sudah menemukan suatu kegunaan bagi dimensi spasial keempat: untuk menyatukan hukum-hukum ilmu fisika! Dalam arti tertentu, Kaluza tengah menunjukkan bahwa keempat dimensi Einstein “terlalu kecil” untuk menampung forsa elektromagnetis dan gravitasional.

Pada tahun 1926, Oskar Klein, seorang matematikawan non-Yahudi, membuat beberapa perbaikan pada teori dimensi kelima dari Kaluza. Perbaikan ini lalu disatukan dengan teori Kaluza dan sejak itu terkenal dengan nama “Teori Kaluza-Klein.”

Sebelum diperbaiki Klein, teori Kaluza mulai menimbulkan pertanyaan pada kebanyakan fisikawan. Semua eksperimen di bumi menunjukkan bahwa kita hidup dalam suatu alam semesta dengan tiga dimensi ruang dan satu dimensi waktu. Kalau begitu, dimensi kelima ada di mana? Ini suatu pertanyaan yang memalukan.

Kaluza punya suatu tanggapan yang cerdik. Dimensi lebih tinggi berbeda dengan dimensi-dimensi yang lain karena dimensi jenis pertama tidak bisa diamati melalui eksperimen. Sesungguhnya, dimensi kelima sudah ambruk menjadi suatu lingkaran yang begitu kecil sampai atom sekalipun tidak bisa masuk ke dalamnya. Jadi, dimensi kelima adalah suatu dimensi fisikal yang menyediakan perekat untuk menyatukan elektromagnetisme dan gravitasi menjadi satu forsa, tapi dimensi itu justru terlalu kecil untuk diukur.

Siapa pun yang berjalan mengikuti arah dimensi kelima akhirnya akan menemukan dirinya balik ke tempat dia mulai perjalanannya. Ini karena dimensi kelima secara topologis sama dengan sebuah lingkaran, dan alam semesta secara topologis sama dengan sebuah silinder.

Peter Freund, seorang fisikawan teoritis ((non-Yahudi) kelahiran Romania, mememperjelas teori Kaluza-Klein tentang dimensi kelima. “Pikirkanlah beberapa orang imajiner yang tinggal di Tanahgaris, yang terdiri dari sebuah garis tunggal. Sepanjang sejarahnya, mereka percaya bahwa dunianya adalah sebuah garis tunggal. Lalu, seorang ilmuwan di Tanahgaris menyatakan bahwa dunianya tidak hanya sebuah garis ekadimensional, tapi juga sebuah dunia dwidimensional. Ketika ditanya di mana dimensi kedua yang tidak dapat dilihat dan misterius ini berada, dia akan menjawab bahwa dimensi kedua tergulung menjadi sebuah bola yang kecil. Jadi, orang-orang garis sebenarnya tinggal di permukaan sebuah silinder yang panjang tetapi sangat tipis. Radius silinder itu terlalu kecil untuk diukur; sesungguhnya, ia begitu kecil sehingga tampak bahwa dunia itu hanya sebuah garis.”

Seandainya radius silinder itu lebih luas, orang-orang garis bisa bergerak ke luar alam semestanya dan bergerak tegaklurus dengan dunia garisnya. Dengan kata lain, mereka bisa melakukan perjalanan interdimensional. Sementara mereka bergerak tegaklurus dengan Tanahgaris, mereka berjumpa dengan sejumlah tak terbatas dari dunia-dunia garis sejajar yang ada bersama-sama dengan alam semesta mereka. Sementara mereka bergerak lebih jauh ke dalam dimensi kedua, mereka akhirnya akan kembali ke dunia garisnya sendiri.

Sekarang, bayangkanlah bahwa dunia tridimensional kita masa kini sebenarnya punya dimensi lain yang sudah tergulung menjadi sebuah lingkaran. Demi argumen, anggaplah bahwa dimensi kelima panjangnya 10 kaki (sekitar 3 meter). Dengan melompat ke dalam dimensi kelima, kita sekadar lenyap seketika dari alam semesta kita masa kini. Begitu kita bergerak dalam dimensi kelima, kita menemukan bahwa, sesudah bergerak sejauh 10 kaki, kita kembali ke awal perjalanan kita.

Tapi mengapa dimensi kelima tergulung? Pada tahun 1926, matematikawan Oskar Klein membuat beberapa perbaikan pada teori dimensi kelima. Dia menyatakan bahwa barangkali teori kuantum bisa menjelaskan mengapa dimensi kelima tergulung. Atas dasar ini, dia menghitung bahwa ukuran dimensi kelima mencapai ukuran Planck, yaitu 10^-33 sentimeter. (Panjang Planck menyatakan bahwa ukuran dimensi kelima yang tergulung adalah 100 miliar miliar lebih kecil dari pada proton! Max Planck, seorang fisikawan Jerman non-Yahudi, adalah peletak dasar teori kuantum.) Ukuran ini terlalu kecil untuk diteliti bahkan oleh mesin penghancur atom terbesar kita sekalipun.

Apa implikasi dari ukuran yang demikian kecil dari dimensi kelima yang sudah tergulung itu? Di satu pihak, ini berarti teori dimensi kelima sesuai dengan eksperimen karena dimensi ini terlalu kecil untuk diukur. Di pihak lain, itu berarti juga bahwa dimensi kelima begitu kecil sehingga tidak seorang pun mampu membuat mesin-mesin yang cukup kuat untuk membuktikan bahwa teori itu memang betul.

Kematian teori Kaluza-Klein

Meskipun teori Kaluza-Klein menjanjikan karena memberi suatu landasan geometrik secara murni pada forsa-forsa alam, teori ini mati menjelang tahun 1930-an. Ada dua alasan utama kematiannya.

Di satu pihak, para fisikawan tidak yakin bahwa dimensi kelima memang ada. Dugaan Klein bahwa dimensi kelima tergulung menjadi sebuah lingkaran yang sangat kecil berukuran panjang Planck tidak bisa diuji. Energi yang dibutuhkan untuk meneliti jarak yang sangat kecil ini bisa dihitung, dan energi ini disebut energi Planck, atau 10¹⁹ miliar volt elektron. Energi yang sangat besar ini hampir di luar pemahaman kita. Energi ini 100 miliar miliar kali energi yang terkunci dalam proton. Energi sebesar ini di luar apa pun yang mampu kita hasilkan dalam beberapa abad mendatang.

Di pihak lain, para fisikawan membiarkan bidang riset ini berbondong-bondong karena penemuan akan suatu teori baru yang membuat revolusi dalam dunia sains. Gelombang air pasang yang dilepaskan teori dunia subatomik ini melanda sama sekali teori Kaluza-Klein. Teori baru itu disebut mekanika kuantum, dan ia membunyikan lonceng kematian bagi teori Kaluza-Klein selama 60 tahun mendatang. Lebih buruk lagi, mekanika kuantum menantang penafsiran geometrik yang mulus dari forsa-forsa dengan menggantikannya dengan paket-paket energi yang terpisah-pisah.

Kebangkitan kembali Kaluza-Klein

Sejak kematian teori Kaluza-klein, para fisikawan berupaya menyatukan teori kuantum dengan gravitasi. Kalau mereka berhasil, mereka akan menciptakan Teori Segala Sesuatu, yang oleh Einstein disebut teori medan terpadu. Barang siapa yang mampu menciptakan Teori Segala Sesuatu pasti akan dianugerahi Hadiah Nobel. Namun, upaya otak-otak paling hebat dalam ilmu fisika sekalipun tidak mampu menyatukan teori kuantum dengan gravitasi. Maka, Teori Segala Sesuatu yang ingin mereka ciptakan tetap menjadi “masalah ilmiah terbesar sepanjang masa.”

Menjelang tahun 1980-an, para fisikawan mencapai suatu jalan buntu. Gravitasi sendiri secara teguh berdiri terpisah dari ketiga forsa fundamental lain dalam alam semesta: elektromagnetisme, forsa nuklir kuat, dan forsa nuklir lemah. Sejak Newton, muncul dua macam teori gravitasi. Pertama, teori gravitasi klasikal yang muncul pertama kali dan dipahami melalui karya Newton. Kedua, teori kuantum dari gravitasi yang muncul kemudian untuk dipahami para fisikawan.

Saatnya sudah tiba untuk suatu revolusi. Itulah saat bagi kebangkitan kembali teori Kaluza-Klein yang sudah mati selama 60 tahun.

Kebangkitan kembali itu terjadi awal 1980-an. Para fisikawan yang sudah frustrasi karena gagal menyatukan gravitasi dengan forsa-forsa kuantum yang lain akhirnya berpaling pada teori- teori yang sebelumnya mereka curigai: dimensi-dimensi yang tidak kelihatan dan ruang hiper. Mereka sudah siap untuk sebuah alternatif dan itu adalah teori Kaluza-Klein.

Para fisikawan berharap teori Kaluza-Klein bisa membantu mereka menciptakan suatu teori geometrik yang anggun dan murni. Yang perlu mereka tahu adalah sifat materi-energi. Menjelang tahun 1970-an, mereka menemukan sifat itu: materi terdiri dari dua partikel subatomik yaitu kuark dan lepton. Kedua partikel ini ditahan oleh medan Yang-Mills – medan persamaan bagi forsa-forsa subatomik karya C. N. Yang (non-Yahudi) dan R. L. Mills (non-Yahudi) yang mengendalikan interaksi antara semua partikel subatomik – yang mematuhi simetri. Masalahnya adalah bagaimana memperoleh partikel-partikel dan simetri-simetri misterius ini dari materi-energi yang anggun dan bersih.

Susunan geometrik yang indah dari materi-energi

Supaya Teori Segala Sesuatu bisa diciptakan, para fisikawan berupaya membuat susunan geometrik yang indah, yang anggun dan murni, dari materi-energi. Salah satu cara adalah dengan memasukkan simetri ke dalam ilmu fisika. Ketika mereka memperluas teori pancadimensional yang lama dari Kaluza-Klein menjadi dimensi-dimensi N, mereka menyadari bahwa ada kebebasan untuk memasukkan simetri pada ruang hiper, ruang dengan dimensi yang lebih "tinggi" dari pada sekadar ruang tridimensional (panjang, lebar, tinggi atau dalam) ditambah waktu.

Dalam ilmu fisika, simetri adalah keadaan tetap dari bentuk suatu benda bahkan sesudah kita merusak atau mengubah bentuknya atau merotasinya.

Untuk melihat bagaimana simetri muncul dari ruang, pertimbangkanlah sebuah bola plastik besar untuk bermain-main di pantai. Ia punya simetri. Kita bisa merotasinya keliling pusatnya, dan bola pantai itu tetap mempertahankan bentuknya. Simetri sebuah bola pantai, atau sebuah bentuk bola (sphere), disebut O(3), atau rotasi dalam tiga dimensi. Serupa dengan itu, dimensi-dimensi lebih tinggi, sebuah ruang hiper bisa dirotasi keliling pusatnya dan mempertahankan bentuknya. Bentuk bola hiper itu punya suatu simetri yang disebut O(N), atau rotasi dalam dimensi N.

Sekarang, buatlah vibrasi atau getaran pada bola pantai itu. Riak-riak terbentuk di permukaan bola itu. Kalau kita secara hati-hati menggetarkan bola pantai itu dengan suatu cara tertentu, kita bisa menimbulkan getaran-getaran yang teratur padanya yang disebut resonansi-resonansi. Berbeda dengan riak-riak biasa, resonansi-resonansi ini bisa bergetar hanya pada frekuensi-frekuensi tertentu. Sesungguhnya, kalau kita menggetarkan bola pantai itu cukup cepat, kita bisa menciptakan nada-nada musikal dari suatu frekuensi yang pasti. Vibrasi-vibrasi ini kemudian bisa dikatalog oleh simetri O(3).

Seperti bola pantai, selembar membran atau selaput yang bisa menimbulkan frekuensi-frekuensi resonansi adalah suatu gejala yang lasim. Pita suara dalam tenggorokan kita, misalnya, adalah selaput-selaput yang direntangkan yang bergetar pada frekuensi-frekuensi, atau resonansi-resonansi, tertentu dan dengan cara demikian menghasilkan nada-nada musikal. Contoh lain adalah pendengaran kita. Gelombang bunyi dari semua jenis menimpa gendang telinga kita, kemudian beresonansi pada frekuensi-frekuensi tertentu. Getaran-getaran ini kemudian diubah menjadi sinyal-sinyal listrik yang dikirim ke dalam otak kita, yang menafsirkannya sebagai bunyi-bunyi.

Bagi sebuah bentuk bola hiper, efeknya sama. Seperti selembar selaput, bentuk bola hiper itu bisa beresonansi pada berbagai frekuensi, yang kemudian bisa ditetapkan oleh simetrinya, yaitu simetri O(N). Sebagai pilihan lain, para matematikawan sudah mencita-citakan lebih banyak permukaan yang canggih dalam dimensi-dimensi yang lebih tinggi yang diperikan oleh bilangan-bilangan rumit. (Bilangan-bilangan rumit menggunakan akar pangkat sekian.) Kemudian, mereka langsung menunjukkan bahwa simetri yang cocok dengan sebuah “bentuk bola hiper” yang rumit adalah SU(N).

Tibalah kita sekarang pada pokok masalahnya. Kalau fungsi gelombang dari suatu partikel bervibrasi sepanjang permukaan ini, fungsi itu akan mewarisi simetri SU(N) ini. Jadi, simetri-simetri SU(N) misterius yang timbul dari ilmu fisika subatomik sekarang bisa dilihat sebagai hasil-hasil sampingan dari ruang hiper yang bergetar! Dengan kata lain, kita sekarang punya suatu penjelasan bagi asal-usul simetri-simetri misterius dari materi-energi: Simetri-simetri itu benar-benar berasal dari susunan geometrik yang anggun dan murni.

Adigravitasi

Sesudah simetri materi-energi diketahui berasal dari simetri-simetri yang tersembunyi dari dimensi-dimensi yang tidak kelihatan, para fisikawan menempuh langkah berikut. Mereka ingin menciptakan materi-energi itu sendiri – terdiri dari kuark dan lepton – melulu dari susunan geometrik yang indah. Langkah berikut ini mereka sebut adigravitasi (supergravity).

Menciptakan adigravitasi ini tidak mudah karena semua partikel “berpusing-pusing.” Materi terdiri dari kuark dan lepton. Berdasarkan sifat perpusingannya, partikel-partikel subatomik ini disebut fermion-fermion. Akan tetapi, graviton, suatu paket energi yang diduga ada pada gravitasi sebagai suatu forsa fundamental, punya ciri-ciri perpusingan tertentu yang disebut boson-boson.

Secara tradisional, teori kuantum secara ketat memisahkan fermion dari boson. Sesungguhnya, upaya apa pun untuk mengubah materi-energi menjadi susunan geometrik yang indah pasti bergulat dengan fakta bahwa fermion dan boson punya sifat-sifat yang saling bertentangan karena kedua-duanya tidak bisa dipersatukan. Suatu pemecahan tampak di ujung jalan ketika para fisikawan menemukan suatu simetri yang baru yang disebut adisimetri (supersymmetry). Adisimetri inilah yang justru mempersatukan fermion dan boson tanpa mengganggu persamaan adisimetriknya.

Ini memberi kita kemungkinan untuk memasukkan semua partikel di alam semesta ke dalam satu persamaan! Kemungkinan yang luar biasa ini menggerakkan hati Abdus Salam (non-Yahudi), seorang fisikawan asal Pakistan dan pemenang Hadiah Nobel untuk Ilmu Fisika, untuk menyatakan, “Adisimetri adalah usul paling akhir bagi suatu penyatuan yang lengkap dari semua partikel.”

Dengan penemuan adisimetri tadi, tiga orang fisikawan segera menuliskan teori adigravitasi pada tahun 1976. Mereka mencakup Daniel Freedman, Sergio Ferrara, dan Peter van Nieuwenhuizen – semuanya non-Yahudi dan bekerja pada Universitas Negara Bagian New York di Stony Brook. Adigravitasi adalah upaya realistik pertama untuk membentuk suatu dunia yang disusun sama sekali dari geometri yang anggun dan bersih. Dalam suatu teori adisimetrik, semua partikel punya adimitranya yang disebut spartikel. Teori adigravitasi dari kelompok Stony Brook berisi hanya dua medan: medan graviton – sebuah boson – dan mitranya, gravitino (yang berarti “gravitasi kecil”). Karena partikel-partikel yang dibutuhkan tidak cukup, mereka mengadakan upaya-upaya untuk menggandeng teori adigravitasi dengan partikel-partikel yang lebih rumit.

Cara paling sederhana untuk memasukkan materi adalah dengan menuliskan teori adigravitasi dalam ruang berdimensi 11. Untuk menuliskan teori Kaluza-Klein pada tingkat adi dalam 11 dimensi, orang harus meningkatkan komponen-komponen dalam tensor Riemann secara luar biasa, sehingga menjadi tensor Riemann juga pada tingkat adi.

Kemerosotan teori adigravitasi

Para kritikus berangsur-angsur mulai melihat masalah-masalah dengan teori adigravitasi. Sesudah suatu pencarian yang intensif, mereka tidak menemukan spartikel-spartikel dalam eksperimen apa pun. Akan tetapi, para fisikawan yang mengerjakan teori itu sangat percaya bahwa, pada energi yang sangat tinggi yang ditemukan pada Penciptaan seketika, semua partikel disertai adimitranya. Hanya pada energi yang luar biasa ini barulah kita melihat suatu dunia adisimetrik secara sempurna.

Tapi sesudah beberapa tahun yang menunjukkan minat yang hebat dan beberapa konperensi internasional, teori adigravitasi gagal karena suatu alasan yang sangat sederhana. Bilamana kita mencoba menghitung bilangan dari teori ini, kita akan tiba pada ananta-ananta (infinites) yang tidak berarti. Meskipun teori ini punya ananta-ananta yang lebih sedikit dari pada yang ada dalam teori Kaluza-Klein yang asli, teori tersebut masih tidak bisa direnormalisasi.

Ada masalah lain. Simetri paling tinggi yang bisa dicakup adigravitasi disebut O(8). Simetri ini terlalu kecil untuk menampung simetri menurut Model Baku (Standard Model). Ini adalah model yang mampu menjelaskan setiap potongan data eksperimental yang berhubungan dengan partikel-partikel subatomik, setinggi 1 juta volt elektron dalam energi. Tampaknya, adigravitasi hanya langkah lain dalam perjalanan yang panjang ke arah suatu teori terpadu dari alam semesta. Ia memang mampu mengubah materi-energi menjadi susunan geometrik yang indah tapi gagal dalam upaya lain. Akan tetapi, justru ketika minat pada adigravitasi mulai memudar, suatu teori yang baru muncul. Teori ini barangkali adalah teori fisikal yang paling aneh tapi paling kuat yang pernah diajukan: teori adidawai dasadimensional (ten-dimensional superstring theory).

Sebelum menyoroti teori baru ini, kita perlu memahami ABC dari ilmu fisika tentang partikel. Pemahaman ini akan mempermudah kita memahami teori baru tadi. Beberapa orang ilmuwan Yahudi Diaspora memainkan peranan penting dalam pengembangan teori ini.