Tahun Gemilang Einstein

Dalam satu tahun ia merombak fisika!

Tak ada yang menyangka bahwa si Einstein, yang merayakan ulang tahun ke 26-nya, tanggal 14 Maret 1905 itu, akan menjadi sarjana tersohor. Droupout sekolah menengah ini, susah payah melewati masa di akademi, jarang masuk kelas, tertolong oleh,bantuan diktat-diktat teman: lulus dengan angka pas-pasan. “Sungguh, lebih baik bila saya tidak dilahirkan sama sekali,” tulisnya ke kakaknya pada masa-masa sulit itu. Lima tahun telah berlalu sejak ia tamat dari Akademi Politeknik di Zurich itu, tapi tetap tak ada universitas yang mau mempekerjakannya. Ia akhirnya bekerja sebagat ahli teknik, tingkat tiga, di sebuah kantor paten di Bern. Swiss.

Tapi, pada tahun 1905 itu Einstein telah menulis 6 risalah penting yang merombak dunia ilmu. Dua dari risalah itu merupakan satu bidang baru dalam fisika, yaitu relativitas. Yang ketiga membantu menelurkan fisika kuantum. Sedangkan yang tiga selebihnya mengubah arah teori atom dan mekanika statistik. Dunia ilmu tak pernah menyaksikan letupan kreativitas yang begini dahsyat sejak si anak muda berusia 23 tahun, Isaac Newton, menciptakan kalkulus dan mengembangkan teori gravitasinya pada tahun 1665 dan 1666,

Yang pertama dari makalah Einstein tahun 1905 itu, diselesaikan 3 hari setelah menginjak usia ke 26, memapankan pendapat bahwa cahaya itu terdiri dari paket-paket diskrit, atau kuanta, “yang bergerak utuh serta terserap dan terpancar hanya dalam bentuk unit.” Kini, prinsip kuantum merangkul nyaris semua bidang fisika. Inilah yang menerangkan dasar-dasar perangkat alam, butir-butir yang membangun dunia fisik kita. Tanpanya, kita mustahil bisa meramalkan fenomena subatom secara tepat. Namun, sebelum tahun 1905 itu, kuantum tak lebih dari sekedar keanehan intelek. Bahkan Max Planck sendiri, penemunya, menolak anggapan bahwa cahaya terdiri dari kuanta. Einstein membantu mengubah prinsip kuantum dari sesuatu yang abstrak menjadi alat kerja ilmu. Dalam proses itu ia menempa hubungan-hubungan abadi-mekanika kuantum, statistik dan termodinamika. Walau Einstein, di kemudian hari, rnemang menolak pandangan kuantum tentang kejadian-kejadian alam yang berdasarkan probabilitas, bukan kepastian –“Tuhan tak bermain dadu,” kata dia— tapi justru dia sendirilah yang turut membantu lahirnya bidang yang begitu keberatan diakutnya ini (lihat AKU TAHU/April 1985 hal 28 dan AKU TAHU/Juli 1985 hal 32).

Teori kuantum cahaya itu saja mungkin sudah cukup bagi ilmuwan lain untuk dibanggakannya sepanjang tahun, bahkan seumur hidup. Tapi Einstein, hanya 2 bulan kemudian, mengikutinya dengan makalah awal teori, relativitas khusus – 1 dari 2 makalah mengenai relativitas yang diterbitkan tahun 1905. Manfaat makalah amat istimewa ini, yang isinya bukan hanya ilmiah tapi juga filosofis, dengan segera diterima oleh banyak –walau bukan berarti semua– fisikawan terkemuka masa itu.

Relativitas menyelamatkan para fisikawan dari kekalahan di medan kosmologis, dalam ruang-ruang angkasa maha besar serta kecepatan-kecepatan amat cepat. Fisika klasik terbatas pada bumi, bertumpu pada asumsi tak beralasan bahwa percobaan di bumi bisa “dilakukan dengan tenang”, meminjam istilah Newton. Sebenarnya di alam semesta ini, tak ada satu pun yang berdiam tenang, laboratorium paling terpenting di Inggris pun, negara Newton itu, melesat pesat mengarungt antariksa, di atas kendaraan bumi. Kalau para ilmuwan yang berada di planet-planet berbeda bias saling mengamati eksperimen-eksperimen mereka masing-masing, maka hasil yang mereka dapati pasti tidak konsisten, karena terbatasnya kecepatan cahaya dan pengaruh kecepatan relatif planet-planet di tempat mereka berada. Relativitas mengajukan cara memecahkan perbedaan-perbedaan ini, sehingga semua pengamat dalam sebuah jagad bergerak akan patuh pada satu hukum fisika saja.

Supaya tetap mempertahankan keabsahan hukum-hukum dasar fisika yang universal, Einstein terpaksa menggambarkan waktu dan ruang sebagai sesuatu yang elastis. Tapi siasat ini, secara rumus jauh kurang radikal dibandingkan judul-judul koran yang membahasnya. Walau sering dianggap revolusioner, relativitas khusus sebenarnya sebuah karya yang cukup konservatif. Einstein menyebutnya Invariantentheorie, atau teori invarian (sebutan relativitas yang merangsang dan kita kenal kini berasal dari Planck), dan ia sebenarnya tak banyak menghabiskan waktu mengutak-atik relativitas dibandingkan mengutak-atik prinsip kuantum Planck yang jauh lebih revolusioner.

Pada ketiga makalah 1905 lainnya, Einstein mengajukan cara baru untuk mengukur bentuk-bentuk molekul, dan mengokohkan pendapat bahwa gerak Brown –gerak lembut partikel-partikel yang terapung dalam cairan– menyingkapkan keberadaan atom-atom yang sibuk bergerak pula dalam skala lebih kecil. Makalah-makalah ini membantu meyakinkan para ilmuwan, bahwa atom itu betul-betul ada, yang waktu itu masih hangat diperdebatkan. Dan, seperti makalah kuantum cahaya, membantu pula menjelaskan keunggulan metode-metode statistiK dalam meneliti dunia atom. Ahli sejarah ilmiah kini menempatkan Einstein di hulu dua arus utama fisika abad 20, yaitu penelitian dunia renik melalui fisika kuantum dan Mekanika statistik, serta penelitian ruang maha luas melalui relativitas.

Mencari yang Terpadu
Einstein adalah salah satu pemadu raksasa dalam sejarah fisika. Sains, umumnya, dilakukan secara “terpotong-potong”: kekuatannya terletak pada permasalahan khusus, bukan yang bersifat umum, dan ia memerlukan seseorang yang mempunyai rasa intuitif bak seorang seninan untuk memadukan potongan-potongan ini sehingga menghasilkan suatu gambaran yang lebih luas. Dalam hal ini, Einstein ahlinya. la amat yakin akan kepaduan alam semesta, ta tak pernah patah semangat untuk memadukan ide-ide yang paling bertolak belakang sekalipun. Keterasingannya dari dunia fisika di masa-masa awal itu, seperti halnya Beethoven yang mengasingkan diri dari lingkungan-lingkungan yang merasa diri mereka beradab, sebagian besar karena kemauan sendiri, dan mempunyai hikmahnya, membuat dirinya bebas dari belenggu kemapanan. Karena tak ada pembimbing yang pasti akan mengatakan ketidakmungkinannya memadukan konsep-konsep ruang dan waktu atau zat dart energi, Einstein makanya terus saja tanpa ragu-ragu menulis makalahnya itu. Dan di kemudian hari, ketika tengah giat-giatnya mencari-cari teori paduan yang memadukan gravitasi dan elektromagnetisme yang menurut kata-kata dia sendiri mirip ‘terbang dalam pesawat terbang, jauh tinggi di angkasa, tanpa tahu bagaimana caranya turun ke darat” – teman-temannya segera menasihatinya sebagai suatu usaha percuma yang terlalu mengkhayal. Tapi Einstein tak peduli dengan nasihat mereka, apa lagi untuk meninggalkannya dan beralih ke masalah-masalah lain yang lebih nyata. la sudah terbiasa terasing, bekerja sendiri.

“Gurunya” dalam hal teori medan paduan adalah James Clerk Maxwell, yang fotonya selalu digantungkan di dinding kamar kerjanya. Maxwell telah menemukan bahwa gaya-gaya listrik dan magnetisme yang nampaknya berbeda itu, sebenarnya, cuma 2 “muka” dari satu kekuatan sama yang ia sebut elektromagnetisme. Banyak penelitian Einstein mencerminkan keinginannya untuk menciptakan teori-teori paduan yang mirip dilakukan Maxwell.

Makalah kuantum cahaya menyebut-nyebut Maxwell di kalimat pertamanya. Tulis Einstein: “Ada perbedaan nyata antara ide-ide fisika mapan mengenai gas-gas serta zat-zat lain dengan teori proses elektromagnetik Maxwell dalam apa yang disebut ruang hampa.” Zat, waktu itu, luas dianggap terbangun dari partikel-partikel tertentu, sedangkan cahaya terdiri dari gelombang-gelombang kontinu. Definisi yang amat berbeda dan “formil” ini dianggap Einstein kurang menarik, dan ia mengenyampingkannya dengan menentukan bahwa gelombang-gelombang cahaya terdiri dari partikel-partikel, yaitu kuanta. Penafsirannya ini boleh dibilang sebagai langkah awal menuju ke pendapat kepaduan zat dan energi yang kemudian muncul dalam relativitas.

Makalah relativitas juga menghormati Maxwell. “Elektrodinamika Maxwell,” tulis Einstein,”… menimbulkan ketidaksimetrisan(astmetri) yang nampaknya merupakan sifatnya.” Einstein telah dihantui oleh salah satu asimetri itu, ketika pada usia 16 tahun, ia berkhayal apa yang akan dilihatnya bila ia mengejar seberkas cahaya dengan kecepatan cahaya. “Berkas cahaya demikian pasti akan terlihat sebagai kisaran ruang medan elektromagnetik yang tak bergerak,” tulis Einstein puluhan tahun kemudian, dalam otobiografinya. “Namun, nampaknya, kenyataan demikian tak mungkin ada, baik berdasarkan eksperimen maupun rumus Maxwell.” Einstein memecahkan paradoks itu dengan menegaskan, bahwa kecepatan cahaya adalah konstanta dasar, tidak tergantung kepada kecepatan relatif si pengamat. Rasa hormat terhadap Maxwell membantu mendorongnya ke arah relativitas.

Tapi, teori relativitas khusus mengandung benih-benih paduan yang begitu mendalam, sehingga Einstein sendiri pun awalnya tidak menyadarinya. Yaitu kesetaraan zat dan energi, tertera dalam rumus agung itu, E = mc². Einstein menemukan rumus itu secara tak disengaja, mungkin pula agak enggan, setelah berbulan-bulan mengutak-atik simbol-simbol m, untuk massa, E untuk energi, dan c untuk kecepatan cahaya.

Rumus yang amat agung sekaligus mengerikan ini seakan membuka pintu neraka dan surga. Einstein sempat melihatnya dimanfaatkan untuk membuat bom bom nuklir dan menerangkan misteri bagaimana bintang bersinar. Banyak pula yang membesar-besarkan kenyataan pahit itu, bahwa si Einstein manusia pendamai itu adalah juga si penemu kunci Bom Atom. Tapi, ingat, E = mc² adalah kenyataan universal. la sama netralnya dengan alam. Di tangan manusia-manusta tertentulah, seperti semua hal dalam kehidupan ini, ia menjadi alat setan.

Yang lebih baru, dan menggembirakan, bahwa E = mc² membuka arah untuk menyingkap tabir asal usul alam semesta. Dan dengan serangkaian kejadian penting yang pasti akan membesarkan hati Einstein, penelitian kosmologi kini kemungkinan akan berhasil pula menemukan puncak teori paduan yang menjadi impian Einstein di akhir-akhir hidupnya.

E = mc² memberitahu kita bahwa zat itu adalah energi dingin. Para ilmuwan kini yakin, bahwa alam semesta tiada lain, lahir dari energi, yang kebanyakan kemudian lambat Iaun mendingin menjadi bentuk-bentuk yang kita sebut zat karena kosmos mengembang. Pengembangan alam semesta (lihat AKU TAHU/Juli 1985 hal 46) menyiratkan bahwa pada satu saat, milyaran tahun lalu semua yang ada dalam alam semesta ini dijejal terpadu dalam keadaan energi dan kerapatan yang amat-sangat tinggi. Struktur-struktur yang membangun zat-zat kini — jelas bukan atom maupun molekul— sangat sedikit, itupun kalau ada, yang sudah ada dalam neraka panas alam semesta dini. Maka, kosmos muda ini, kurang lebih, haruslah merupakan adonan energi murni yang lambat laun mendingin dan membeku menjadi keadaan yang kita sebut zat.

Dalam tahun-tahun belakangan, para ahli fisika teori menemukan, bahwa keempat kekuatan dasar alam mungkin berasal dari satu kekuatan purba di dalam neraka api itu yang meresap ke luar pada saat-saat awal Dentuman Besar (Big Bang). Teori “superpaduan” yang menjelaskan sifat kekuatan purba itu haruslah menggabungkan fisika kuantum dengan relativitas umum, yaitu ilustrasi Einstein tentang gravitasi. Teori ilmiah yang kini sedang giat dikejar oleh para ahli fisika terkemuka dunia. Ada yang mengatakan, bahwa untuk menemukannya, perlu dilahirkan, seorang Einstein baru. Lainnya, lebih optimis meramalkan keberhasilan ditemukan teori paduan itu sebelum tahun 2000. Namun, mungkin pula pada tahun 2005 nanti, yaitu pada saat seabad setelah berlalunya tahun gemilang Einstein.

Sumber: Majalah Aku Tahu Desember 1985