"FISIKA"

Stephen Hawking : Legenda Fisika Penerus Newton dan Einstein
Edi Kurniawan (fisika sains UIN makassar)

SUATU ketika, seorang mahasiswa Universitas Cambridge dengan penuh percaya diri menyanggah teori yang dikemukakan Fred Hoyle, seorang fisikawan ternama saat itu pada acara ceramah ilmiah di Royal Society yang sangat prestisius itu. Fred Hoyle yang sering menyampaikan gagasan-gagasannya, mengenai alam semesta di hadap-an publik sebelum diterbitkan dan dibuktikan, merasa gusar karena seluruh hadirin menertawakannya. Ironisnya, mahasiswa tersebut pernah ditolaknya untuk melakukan riset dibawah bimbingannya. Dialah Stephen Hawking, mahafisikawan jenius yang fisiknya lumpuh, namun mampu menjelajahi pikiran alam semesta dari level kuantum sampai asal mula alam semesta.

Hawking benar tentang kesalahan persamaan Hoyle, hal ini membawa berpengaruh besar pada dukungan sebagian besar kosmolog terhadap model steady state, yang mengatakan bahwa alam semesta tidak berawal dan tidak berakhir. Fred Hoyle merupakan pendukung fanatik teori tersebut. Model ini telah runtuh ditangan seorang mahasiswa. Perlu diketahui pada saat itu, ada dua teori mengenai awal mula alam semesta, yang pertama dan banyak didukung adalah model keadaan tunak (steady state) dan yang kedua adalah model dentuman besar (big bang) yang mengatakan bahwa alam semesta bermula dari ledakan mahadahsyat 15 miliar tahun lalu.

Teori bigbang saat ini merupakan teori yang dipercaya sebagian besar ilmuwan bahkan sebagian besar manusia.

Hawking merupakan pemain utama dari sederetan ilmuwan abad ini yang berusaha memahami semesta secara terpadu. Satu hal yang menarik dari dirinya adalah kondisi fisiknya yang lumpuh total. Dia tergeletak di kursi roda tanpa bisa berjalan, berdiri, menggerakan tangan bahkan berbicara. Dia beruntung karena otaknya sama sekali tidak terpengaruh oleh penyakitnya.

Stephen William Hawking dilahirkan pada Januari 1942 di Oxford, Inggris, Dia tumbuh besar dekat Kota London dan meraih gelar Bachelor dari Oxford University pada 1962 dengan predikat terbaik. Lalu dia memperoleh gelar doktor di Universitas Cambridge pada bidang fisika teoritis di bawah bimbingan Dennis Sciama. Ia merupakan fisikawan yang brilian dan produktif, hal ini dibuktikannya dengan menyandang jabatan Lucassian Professor of Mathematics di Cambridge pada 1979, suatu posisi yang hanya pernah diraih Isaac Newton dan Paul Dirac.

Sejak tahun 1960, dia menderita penyakit ALS yang membuatnya duduk di kursi roda hingga kini tanpa bisa bergerak sedikitpun.

Penyakitnya bermula pada suatu malam di musim semi 1962. Ketika itu dia kesulitan mengikat tali sepatu yang membuatnya sadar ada sesuatu yg salah dengan tubuhnya. Penyakit yg dideritanya bernama ALS (Amyotropic Lateral Sclerosis).

Departemen Fisika Cambridge menempatkannya di bawah bimbingan Dennis Sciama seorang pembimbing riset kosmologi relativistik yang mumpuni. Dennis Sciama merupakan pembimbing tesis yang sangat berdedikasi dan selalu mendorong mahasiswanya menemukan berbagai cara untuk meningkatkan pekerjaan mereka.

Walaupun dia mengetahui Hawking menderita ALS, dia tidak memberikan perlakuan yang berbeda. Tak lama berselang, Hawking bertemu Roger Penrose, seorang matematikawan cemerlang yang menggeluti lubang hitam dan mengajarinya secara radikal metode analitis baru dalam fisika. Bahkan dia juga membimbing Hawking langsung memasuki arus utama fisika teoritis. .

Sepertinya, kehadiran Hawking di dunia sudah ditunggu-tunggu untuk meneruskan pekerjaan Newton dan Einstein dalam mengupas tabir semesta. Pada saat dia lahir, teori relativitas umum Einstein sudah diterapkan secara luas dalam kosmologi.

Teori ini diciptakan Albert Einstein (1879-1955), yang merupakan karya terbesar manusia dalam usaha mencari kebenaran. Secara sederhana, teori ini merupakan struktur matematis yang melukiskan gravitasi dengan kurva ruang waktu.

Menurut Einstein, ruang dan waktu merupakan konsep yang menyatu dan tidak bisa dipisahkan sebagaimana anggapan klasik. Bagaimana kamu mengukur waktu bergantung bagaimana kamu bergerak di dalam ruang dan sebaliknya. Kemunculan relativitas umum saat itu mengubah pandangan manusia akan alam semesta secara radikal.

Dalam teori itu, Einstein membuat dua postulat: tidak ada benda yang dapat melebihi kecepatan cahaya dan kecepatan cahaya selalu sama menurut pengamat di manapun. Bentuk dari teori ini adalah sebuah persamaan yang disebut sebagai persamaan Einstein. Persamaan ini mengandung berbagai penjelasan seperti pergeseran perihelion Merkurius, pembelokan arah cahaya, keberadaan gelombang gravitasi, singularitas ruang-waktu, deskripsi pembentukan bintang neutron dan lubang hitam bahkan pengembangan alam semesta.

Membaca persamaan tersebut, Einstein sempat risau karena menurut dia alam semesta tidak akan seaneh teorinya. Nyatanya, alam ini jauh lebih aneh dari imajinasi tercanggih manusia sekalipun. Penyelesaian Kontroversial persamaan Einstein muncul pada tahun 1922 oleh ilmuwan Rusia Alexander Friedmann (1885-1925). Friedmann menemukan bahwa relativitas umum mampu memprediksi alam semesta yang tidak stabil, gangguan kecil saja bisa menyebabkan alam semesta ini mengembang atau mengerut.

Penyelesaian persamaan Einstein yang penting bagi kosmologi modern dan Stephen Hawking, dipublikasikan ilmuwan Amerika Robert Oppenheimer (1904-1967). Menurut Oppenheimer, bintang lambat laun membakar habis bahan bakarnya dan mulai mengalami keruntuhan akibat pengerutan gravitasi.

Keruntuhan gravitasi yang dahsyat akan terjadi begitu suatu bintang mencapai radius kritis, kemudian bintang memutuskan hubungan dengan seluruh alam semesta menjadi lubang hitam. Bidang inilah yang nantinya menjadi garapan Stephen Hawking dalam berkiprah di dunia Kosmologi.

Mahasiswa dibawah bimbingan Dennis Sciama, salah satu aktivitas pentingnya adalah menghadiri seminar-seminar. Pada tahun 1960-an kelompok Cambridge tertarik dengan pekerjaan seorang ilmuwan muda matematika-terapan bernama Roger Penrose.

Ia bisa menunjukkan bahwa jika bintang runtuh melampaui nilai tertentu, ia tidak dapat mengembang kembali. Bintang itu akan mempunyai kerapatan massa yang tak hingga, artinya bintang akan membentuk singularitas di pusatnya. Secara umum, singularitas adalah suatu titik di mana fungsi matematika tak bisa didefinisikan. Fungsi ini menjadi divergen menuju nilai tak hingga. Penemuan Penrose sangat menantang Hawking untuk mempelajari dan menerapkannya pada permulaan alam semesta.

Hawking menunjukkan bahwa jika relativitas umum benar, maka harus ada singularitas di masa lalu yang merupakan permulaan waktu. Menurutnya, segala sesuatu yang ada sebelum singularitas itu tidak dapat dianggap sebagai bagian dari alam semesta ini. Hawking berhasil lulus dengan gelar Doktor pada 1965 berkat tesisnya mengenai asal mula alam semesta yang diterima umum secara luas. Tesis doktornya mengkritik model keadaan tunak (steady state) Hoyle dan pembuktiannya tentang singularitas dentuman besar memberikannya kesuksesan sepanjang masa.

Kejeniusan Hawking sudah dikenal sejak menjadi mahasiswa S1 di Oxford. Kebanyakan teman sekelasnya butuh waktu berminggu-minggu untuk menyelesaikan tiga belas soal yang sulit dari buku Electricity and Magnetism karangan Bleaney & Bleaney.

Awal 1970-an teori relativitas umum dan lubang hitam sedang naik daun. Hawking, siap beraksi. Dia menerapkan teknik matematika canggih yang diperkenalkan Penrose untuk mempelajari sifat-sifat lubang hitam.

Lubang hitam adalah suatu daerah dimana hukum-hukum fisika tidak berlaku lagi. Tempat itu memiliki gaya gravitasi yang sangat kuat dan siapapun yang masuk tidak bisa keluar kembali termasuk cahaya sekalipun. Menurut pengamatan Astronom, diketahui teryata lubang hitam raksasa di pusat galaksi kita.

Pada November 1970, Hawking telah diakui sebagai fisikawan terpandang. Dengan cacat fisiknya yang begitu serius bagaimana Hawking bisa mengungguli saingan-saingan berat lainnya seperti Roger Penrose, Werner Israel, dan Yakov Borisovich Zeldovich?. Mereka semua menggunakan tangan untuk menuliskan berlembar-lembar perhitungan di atas kertas. Sehingga memudahkan mereka untuk melihat ulang.

Sulit dibayangkan hal tersebut dikerjakan hanya dalam pikiran di kepala. Itulah yang dilakukan Hawking. Seluruh risetnya dilakukan di dalam kepalanya, karena proses kelumpuhan tangannya yang berjalan berangsur-angsur. Secara perlahan pula dia melatih pikirannya untuk berpikir dengan cara yang berbeda dengan fisikawan pada umumnya.

Dia berpikir dengan cara-cara baru gambaran-mental dan persamaan mental intuitif yang baginya dapat menggantikan kertas dan pena serta persamaan tertulis. Hawking menggunakan gambaran mentalnya untuk mendapatkan ilham, adalah kajiannya tentang luas permukaan lubang hitam.

Persoalan yang esoteric dalam dinamika lubang hitam, akhirnya membawa dia pada penemuan terbesarnya dalam fisika. Dia mengatakan bahwa luas permukaan suatu lubang hitam hanya dapat tetap sama atau bertambah, tetapi tidak pernah berkurang. Ini disebut Hukum Pertambahan Luas Hawking. Namun teori ini menghasilkan implikasi bahwa lubang hitam menghasilkan radiasi. Hal ini pertama kali diungkap oleh Jacob Bekenstein mahasiswa pasca sarjana Princeton. Menurut Hawking bagaimana mungkin lubang hitam memancarkan radiasi kalau tidak ada sesuatu yang bisa keluar darinya. Namun pada akhirnya hal ini membuat Hawking gelisah dan berusaha mencari mekanisme yang bisa menghasilkan radiasi lubang hitam jika Bekenstein benar.

Kemudian Hawking menelaah apa yang bisa terjadi di permukaan lubang hitam. Di situ medan gravitasi yang kuat berinteraksi dengan pasangan-pasangan partikel semu. Gravitasi yang kuat dapat menarik salah satu komponen dari pasangan semu ke dalam lubang hitam (energi negatif) dan menyebabkan massa lubang hitam berkurang, sedangkan komponen lainnya (energi positif) keluar dari lubang hitam dalam bentuk radiasi yang dapat dideteksi oleh pengamat luar.

Ia menggabungkan mekanika kuantum dan relativitas umum dalam rumusan tunggal untuk pertama kalinya. Dengan berani Hawking berkesimpulan bahwa lubang hitam tidak sepenuhnya hitam tapi juga memancarkan radiasi. Penemuan tersebut membuat Hawking mendapat gelar kehormatan akademik tertinggi Inggris. Dia diangkat menjadi anggota Fellow of The Royal Society.

Sumber : Pikiran Rakyat (17 Juni 2004)