J. J. Thompson

Semesta ini dicipta dengan hukum baku yang sifatnya universal. Keuniversalannya berlaku sama baik di dunia partikel elementer, maupun di dunia bintang dan galaksi. Akan tetapi sejak fisika kuantum mengemuka, orang-orang dijejali sebuah keyakinan bahwa watak fundamental partikel elementer sama sekali berbeda dengan jagat besar. Ada semacam dikotomi yang sedang dibangun. Mitos ini sebenarnya hanya pertentangan antara Teori Kuantum dan Teori Relativitas. Teori Kuantum mengandung prinsip ketidakpastian yang tidak sesuai dengan asumsi dasar Teori Relativitas, yakni tidak ada benda yang bisa bergerak lebih cepat dari cahaya.

Dikotomi mulai dibangun sejak penemuan elektron oleh seorang peneliti dari Cavendish Laboratory, JJ. Thompson, pada tahun-tahun terakhir abad 19. Thompson berasumsi bahwa atom terdiri dari elektron-elektron bermuatan negatif yang menempel pada suatu bola seragam bermuatan positif, seperti kismis-kismis yang melekat pada permukaan roti kismis. Asumsi ini kemudian disebut model atom kismis. Hukum-hukum fisika klasik pun diterapkan. Bahwa radiasi atom dapat diterangkan dengan elektromagnetisme dan gerakan-gerakan atom dapat diterangkan dengan mekanika Newton. Meskipun dipublikasikan secara luas, model ini tidak stabil dan tidak memberi petunjuk apa-apa. Pada tahun 1908, Rutherford turun tangan. Ia mendapatkan ilham tentang penembakan partikel alfa ke suatu bahan. Bersama dengan Hans Geiger dan Marsden, ia mempelajari penghamburan partikel alfa ketika ditembakkan ke selaput tipis emas. Mikroskop mengamati percikan-percikan sinar kecil pada saat partikel alfa menumbuk layar berpendar.

Percobaan Rutherford memberi petunjuk tentang struktur atom. Perhitungannya membawa pada model atom nuklir. Ditinjau dari segi apapun, model nuklir jauh lebih maju daripada model kismis. Rutherford pun memberanikan diri mengajukan model atom tata surya. Ia berasumsi bahwa atom tersusun atas elektron-elektron yang selalu mengitari inti, seperti planet-planet yang selalu mengelilingi matahari. Tarikan listrik menimbulkan gaya sentripetal yang mempertahankan elektron bergerak pada orbitnya. Tapi model ini menimbulkan persoalan lain bahwa jika elektron bergerak mengelilingi inti, berarti ada percepatan yang timbul. Kalau demikian, mengapa atom tidak memancarkan radiasi kontinyu sebagaimana diperkirakan elektromagnetisme? Elektron akan bergerak spiral terhadap inti, sehingga ia akan jatuh ke dalam inti. Dengan begitu, elektron akan kehilangan energinya, runtuh-hancur berkeping-keping, dalam sepersekian detik. Itu menunjukkan bahwa asumsi-asumsi fisika klasik tidak bisa diterapkan, dan bahkan karena ukuran massa partikel-partikel atomik terlampau kecil, gravitasi dan mekanika pun cukup sulit diperhitungkan.

Atom Nuklir

Masalah-masalah tersebut mengendap hingga datangnya seorang mahasiswa Denmark, Niels Bohr, yang membuka langkah menentukan bagi gagasan model atom nuklir tata surya. Pada permulaan musim panas 1912, Bohr menyusun makalah berjudul On the Constitution of Atoms and Molekuls (Dalam Konstitusi tentang Atom dan Molekul), yang dianggap mampu menuntaskan persoalan kestabilan atom. Bohr mengembangkan dua asumsi berkaitan dengan orbit elektron, sebagai berikut:

1. Sebuah elektron bisa berada dalam suatu orbit tanpa memancarkan radiasi. Orbit ini dinamakan keadaan stasioner, dengan nilai momentum sudut yang memenuhi persamaan L = mvr = n(h/2p).

2. Peristiwa transisi elektron antara dua keadaan stasioner akan menghasilkan pancaran atau serapan energi, dengan frekuensi yang bersesuaian dengan persamaan Ei-Ef = hf.

Arnold Sommerfeld, fisikawan Jerman, memperluas gagasan Bohr untuk kasus orbit elips serta menjelaskan berbagai efeknya. Beberapa tahun kemudian, Wolfgang Pauli menambahkan bahwa ada suatu rotasi tersembunyi pada elektron, yang diduga bertanggung jawab dalam peristiwa Efek Zeeman. Variabel ini kemudian terkenal dengan nama spin. Schrodinger mengemukakan tentang probabilitas elektron dalam struktur atom, dan akhirnya Heisenberg melengkapinya dengan prinsip ketidakpastian. Pada seperempat pertama abad 20, Teori Kuantum untuk struktur atom telah lengkap. Anggapan bahwa atom seperti tata surya mini masih dipertahankan: inti atom dikelilingi elektron dengan orbit yang elips, seperti matahari yang dikelilingi planet-planet dengan lintasan orbit elips. Elektron-elektron tersebut juga mengadakan gerakan rotasi, seperti planet-planet juga berotasi. Elektron-elektron tersebut dan setiap partikel yang lain terikat oleh prinsip ketidakpastian, sehingga pencitraan atom seperti sebuah spot inti yang dikerubungi elektron-elektron probabilistik.

Sains akan lebih bijaksana jika jagat besar dan jagat kecil diperlakukan dalam peraturan-peraturan yang sama. Dalam beberapa ayatnya, Allah menjelaskan bahwa struktur langit (jagat besar) diciptakan dalam tujuh tingkatan, misalnya pada ayat: “Dia-lah Allah, yang menjadikan segala yang ada di bumi untuk kamu dan Dia berkehendak (menciptakan) langit, lalu dijadikan-Nya tujuh langit. Dan Dia Maha Mengetahui segala sesuatu (QS. 2:29)”. Allah menjelaskan bahwa Dia pun telah membentuk struktur bumi (jagat kecil) dalam tujuh tingkatan pula, yakni: “Allah-lah yang menciptakan tujuh langit dan seperti itu pula bumi. Perintah Allah berlaku padanya, agar kamu mengetahui bahwasanya Allah Maha Kuasa atas segala sesuatu, dan sesungguhnya Allah ilmu-Nya benar-benar meliputi segala sesuatu (QS. 65:12)”.

Gaya yang berperan dalam pembentukan struktur adalah gravitasi. Interaksi gravitik minimal dikerjakan dua partikel. Partikel-partikel bernukleoaktivitas akan selalu ‘memakan’ gelombang-gelombang dalam radius kekuasaannya. Apabila ada partikel lain yang memasuki radius kekuasaan ini, maka akan terjadi persaingan memperebutkan gelombang. Seperti dua anak kecil yang diberi semangkok mie spaghetti, mereka akan berebut sehingga mendapatkan lebih banyak dari yang lain. Suatu saat satu anak mendapatkan seutas mie dan memakannya pada salah satu ujung, sedangkan ujung yang lain ternyata telah didapatkan anak yang lain. Dua anak itu pun akan berebut seutas mie tersebut dengan segenap kekuatannya, sehingga akan terjadi interaksi. Apabila mie spaghetti itu diganti dengan tali yang cukup kuat, maka interaksi akan terjadi terus-menerus. Interaksi yang dibawa tali itu adalah gravitasi. Anak yang lebih kuat akan memberikan gravitasi yang lebih kuat dari yang lain. Anak yang lebih lemah akan terus mempertahankan diri dengan segenap gravitasinya dengan cara berputar mengelilingi anak (gerak sentripetal) yang kuat membentuk suatu orbit. Anak yang kuat akan berperan menjadi inti, sedangkan anak yang lemah akan menjadi satelit. Itulah struktur dasar, dan analogi itu bisa diterapkan pada dua jenis partikel yang berinteraksi.

Struktur dasar adalah inti yang dikelilingi satelit. Serumit apapun struktur yang ada, ia terbentuk dari beberapa struktur dasar. Aksi pada jarak gravitasi tergantung pada potensial nukleoaktivitas. Semakin besar sistem nukleoaktivitas, semakin besar potensialnya, sehingga semakin besar pula gaya aksi yang bisa dilakukan. Berdasarkan petunjuk pada QS. 2:29 dan QS. 65:12, semesta ini memiliki nukleoaktivitas dalam 14 ukuran yang berbeda-beda, yang tertanam dalam semua jenis partikel. Tujuh ukuran dikategorikan dalam jagat besar dan berada di atas kehidupan kita, sedangkan tujuh ukuran lagi dalam kategori jagat kecil dan berada di bawah kehidupan kita.

Friedmann berasumsi bahwa semesta ini tampak identik ke arah manapun kita memandang, dan sifat itu akan tetap sama dari manapun kita mengamati. Model ini menghendaki jagat yang terus bergerak, tapi tidak menghendaki adanya pusat semesta. Semua galaksi bergerak homogen ke segala arah. Hal ini bertentangan dengan The Big Bang. Dahulu kala seluruh material dan energi berada pada sebuah titik yang kerapatannya tak hingga. Titik ini kemudian meledak dan memuntahkan seluruh muatannya ke segala arah. Ledakan tersebut menyebabkan jagat memuai sampai sekarang, seperti pemuaian yang terjadi ketika Anda meniup balon. Keadaan itu memungkinkan pusat ledakan sebagai titik pusat semesta, dan ini artinya tidak sesuai dengan model Friedmann.

Bagaimana dengan radiasi latar belakang dan pergeseran merah? Radiasi latar belakang yang ditemukan juga tidak membuktikan apapun. Ia berasal dari bintang-bintang yang sangat jauh, yang kebetulan menabrak bumi. Semua bintang dalam galaksi dan bahkan galaksi-galaksi itu sendiri bergerak berputar mengelilingi suatu pusat. Bintang-bintang yang sedang bergerak menjauh mengalami pergeseran merah dan yang bergerak mendekati bumi mengalami pergeseran biru. Posisi bumi yang berada di pinggir bimasakti memungkinkan bintang-bintang lebih banyak mengalami pergeseran merah. Hukum Kepler II memungkinkan bintang yang lebih dekat ke inti bimasakti (lebih jauh dari bumi) bergerak lebih cepat. Itulah sebabnya semakin jauh bintang dan galaksi, semakin cepat geseran merahnya.

Langit ke-7

Gambaran-gambaran itu bisa jadi cuma omong-kosong. Masalahnya terletak pada peralatan eksperimen kita. Bayangkan kita memiliki teropong antariksa yang bisa membuat kita melihat bintang-gemintang dan galaksi-galaksi sampai langit ke-7 seperti kita melihat api unggun yang sedang menyala. Bayangkan kita juga mempunyai alat deteksi elektron dan pemercepat energi supertinggi yang bisa memecah elektron sampai zarah ke-7 sehingga membuat kita bisa melihatnya seperti ketika kita memandang mobil yang sedang berlalu-lintas di jalan raya. Kalau itu bisa dilakukan, kita pasti sudah menggambarkan galaksi dan atom dengan sangat lugas. Saya yakin itu bisa kita lakukan. Tapi retina mata hanya mampu menangkap gelombang elektromagnetik, yang juga terbatas pada cahaya tampak dengan frekuensi 4×108 MHz sampai dengan 7×108 MHz, sehingga kita hanya mampu berandai-andai. Suatu saat kita harus memanfaatkan gelombang elementer untuk peralatan eksperimen, dan mimpi itu akan segera terwujud.

Kredit Foto: https://reich-chemistry.wikispaces.com