MENGENAL TEORI QUANTUM

Teori quantum didasarkan pada ide bahwa semua kemungkinan peristiwa memiliki probabilitas untuk terjadi, tak peduli seberapa fantastik atau pandirnya peristiwa itu. Ini, pada gilirannya, terletak di jantung teori alam semesta berinflasi—ketika big bang awal terjadi, terdapat transisi quantum menuju status baru di mana alam semesta tiba-tiba berinflasi luar biasa besar. Keseluruhan alam semesta kita, kelihatannya, muncul dari lompatan—yang sangat tidak mungkin—quantum. Walaupun Adams menulis dengan bergurau, kita fisikawan menyadari bahwa bila kita bisa, dengan suatu cara, mengendalikan probabilitas-probabilitas ini, seseorang bisa melakukan perbuatan luar biasa yang tidak dapat dibedakan dari sulap. Tapi untuk saat ini, pengubahan probabilitas peristiwa berada jauh di luar jangkauan teknologi kita.

Saya terkadang mengajukan pertanyaan sederhana kepada mahasiswa Ph.D. kami di universitas, seperti misalnya, kalkulasikan probabilitas bahwa diri mereka akan tiba-tiba lenyap dan mewujud kembali (rematerialize) di sisi lain sebuah dinding batu bata. Menurut teori quantum, terdapat probabilitas kecil, namun dapat dikalkulasi, bahwa ini bisa terjadi. Atau, sebetulnya, bahwa kita akan lenyap di ruang tinggal rumah kita dan berakhir di Mars. Menurut teori quantum, seseorang pada prinsipnya dapat secara tiba-tiba mewujud kembali di planet merah tersebut. Tentu saja, probabilitasnya begitu kecil sehingga kita harus menanti lebih lama dari umur alam semesta. Alhasil, dalam kehidupan sehari-hari kita, kita bisa mengabaikan peristiwa seimprobabel itu. Tapi di level subatom, probabilitas semacam itu sangat krusial untuk keberfungsian alat elektronik, komputer, dan laser.

Elektron, kenyataannya, lenyap (dematerialize) secara teratur dan mendapati diri mereka mewujud kembali (rematerialize) di sisi lain dinding di dalam komponen-komponen PC dan CD Anda. Peradaban modern akan runtuh, kenyataannya, jika elektron-elektron tidak diperkenankan berada di dua tempat pada waktu yang sama. (Molekul-molekul tubuh kita juga akan kolaps tanpa prinsip ganjil ini. Bayangkan dua tata surya bertubrukan di ruang angkasa, mematuhi hukum gravitasi Newton. Tata surya yang bertubrukan itu akan kolaps menjadi secampur-adukan planet-planet dan asteroid-asteroid yang chaos. Demikian pula, bila atom-atom mematuhi hukum Newton, mereka akan berdisintegrasi kapan pun mereka menubruk atom lain. Yang menjaga dua atom tetap terkunci dalam sebuah molekul stabil adalah fakta bahwa elektron-elektron dapat secara simultan berada di begitu banyak tempat pada waktu yang sama sehingga membentuk “awan” elektron yang mengikat atom-atom. Dengan demikian, alasan mengapa molekul-molekul bersifat stabil dan alam semesta tidak berdisintegrasi adalah bahwa elektron-elektron bisa berada di banyak tempat pada waktu yang sama.)

Tapi jika elektron bisa eksis dalam status paralel yang melayang antara eksis dan tak eksis, maka mengapa alam semesta tidak? Bagaimanapun juga, pada satu titik, alam semesta pernah lebih kecil dari elektron. Sekali kita memperkenalkan kemungkinan penerapan prinsip quantum pada alam semesta, kita terpaksa mempertimbangkan adanya alam semesta paralel.
—-

…teori quantum memberi kita gambaran alam semesta yang jauh lebih aneh daripada gambaran yang diberikan oleh Einstein. Menurut relativitas, panggung kehidupan tempat kita tampil mungkin terbuat dari karet, dengan aktor-aktor yang bergerak di jalur melengkung sewaktu mereka melintasi set panggung. Sebagaimana dalam dunia Newton, aktor-aktor dalam dunia Einstein meniru dialog mereka dari naskah yang telah ditulis sebelumnya. Tapi dalam sandiwara quantum, para aktor tiba-tiba membuang naskah dan berakting atas kemauan mereka sendiri. Para boneka memutus benang pengendali mereka. Kehendak bebas telah ditegakkan. Para aktor bisa menghilang dan muncul kembali dari panggung. Yang lebih aneh lagi, mereka bisa mendapati diri mereka muncul di dua tempat pada waktu yang sama. Para aktor, saat membacakan dialog mereka, tak pernah tahu pasti apakah mereka sedang berbicara dengan seseorang yang dapat tiba-tiba menghilang dan muncul kembali di tempat lain.
—-

Akhirnya, pada 1928, fisikawan Max Born mengajukan ide bahwa fungsi gelombang ini mewakili probabilitas penemuan elektron di titik tertentu. Dengan kata lain, Anda takkan pernah bisa tahu pasti di mana sebuah elektron persisnya berada; yang bisa Anda lakukan hanya mengkalkulasi fungsi gelombangnya, yang memberitahu Anda probabilitas keberadaannya. Lantas, bila fisika atom bisa direduksi menjadi gelombang probabilitas keberadaan sebuah elektron, dan bila sebuah elektron bisa terlihat berada di dua tempat pada waktu yang sama, bagaimana kita menetapkan di mana elektron tersebut sebetulnya berada?

Bohr dan Heisenberg akhirnya merumuskan set resep lengkap dalam buku masak quantum yang telah bekerja secara menawan dalam eksperimen-eksperimen atom dengan presisi luar biasa. Fungsi gelombang hanya memberitahu Anda probabilitas lokasi elektron. Jika fungsi gelombangnya besar di titik tertentu, artinya ada kemungkinan besar elektron terdapat di situ. (Jika kecil, maka kemungkinan kecil elektron bisa ditemukan di situ.) Contoh, jika kita bisa “melihat” fungsi gelombang seseorang, [fungsi] itu akan sungguh seperti orang tersebut sendiri. Bagaimanapun, fungsi gelombang juga merembes halus ke ruang angkasa, artinya ada kemungkinan kecil orang tersebut bisa ditemukan di bulan. (Kenyataannya, fungsi gelombang orang tersebut betul-betul menyebar ke seluruh alam semesta.)

Ini berarti fungsi gelombang sebatang pohon bisa memberitahu Anda probabilitas bahwa ia sedang berdiri atau runtuh, tapi tidak dapat secara definitif memberitahu Anda dalam kondisi mana sebetulnya ia. Tapi akal sehat memberitahu kita bahwa objek-objek berada dalam kondisi definitif. Manakala Anda menatap sebatang pohon, pohon itu sudah pasti berada di depan Anda—entah berdiri atau runtuh, tapi tidak keduanya.

Untuk menyelesaikan selisih antara gelombang probabilitas dan pikiran akal sehat kita tentang eksistensi, Bohr dan Heisenberg berasumi bahwa setelah suatu pengukuran dilakukan oleh seorang pengamat luar, fungsi gelombang “kolaps” secara gaib, dan elektron jatuh ke dalam sebuah kondisi definitif—yakni, setelah menatap pohon, kita melihat bahwa ia betul-betul berdiri. Dengan kata lain,proses pengamatan menentukan kondisi akhir elektron. Pengamatan adalah sangat vital untuk eksistensi. Setelah kita menatap elektron, fungsi gelombangnya kolaps, sehingga elektron kini berada dalam kondisi definitif dan tidak ada kebutuhan lagi akan fungsi gelombang.

Jadi, postulat-postulat kawanan Kopenhagen-nya Bohr, secara longgar dapat diringkas sebagai berikut:

1. Semua energi terdapat dalam paket-paket tersendiri, yang disebut quantum. (Quantum cahaya, misalnya, adalah photon. Quantum gaya [nuklir] lemah disebut boson-W dan boson-Z, quantum gaya [nuklir] kuat disebut gluon, dan quantum gravitasi disebut graviton, yang masih harus diperiksa di laboratorium.)
2. Materi direpresentasikan oleh partikel-partikel titik, tapi probabilitas penemuan partikel diperlihatkan oleh gelombang. Gelombang ini, pada gilirannya, mematuhi persamaan gelombang rinci (seperti persamaan gelombang Schrödinger).
3. Sebelum pengamatan dilakukan, sebuah objek eksis dalam semua kemungkinan kondisi secara bersamaan. Untuk menentukan dalam kondisi mana objek itu berada, kita harus melakukan pengamatan, yang “mengkolapskan” fungsi gelombangnya, dan objek itu memasuki kondisi definitif. Tindakan pengamatan merusak fungsi gelombang, dan objek kini memangku realitas definitif. Fungsi gelombang menjalankan maksudnya: ia memberi kita probabilitas akurat untuk menemukan objek dalam kondisi khusus.

—-

Tapi tak peduli seberapa sukses teori quantum ini, secara eksperimen ia didasarkan pada postulat-postulat yang telah melepaskan badai kontroversi filsafat dan teologis selama 80 tahun terakhir. Postulat kedua, khususnya, telah menimbulkan kemarahan agama-agama karena menanyakan siapa yang memutuskan takdir kita. Di sepanjang zaman, para filsuf, teolog, dan ilmuwan tertarik dengan masa depan dan bertanya-tanya apakah, entah bagaimana caranya, takdir kita bisa diketahui. DalamMacbeth-nya Shakespeare, Banquo, putus asa mengangkat tabir yang menutupi takdir kita, menyampaikan dialog terkenang berikut:

Jika kau mampu memandang benih-benih waktu
dan menyebutkan butiran mana yang akan tumbuh dan yang tidak,
maka berbincanglah denganku…
(babak 1, adegan 3)

Shakespeare menulis kata-kata ini pada 1606. Delapan tahun kemudian, seorang Inggris lain, Isaac Newton, dengan berani mengklaim bahwa dirinya mengetahui jawaban untuk pertanyaan kuno ini. Newton maupun Einstein meyakini konsep yang disebut determinisme (ketetapan/kepastian), yang menyatakan bahwa semua peristiwa masa depan pada prinsipnya bisa ditetapkan. Bagi Newton, alam semesta adalah jam raksasa yang diputar oleh Tuhan pada permulaan masa. Sejak saat itu, jam ini berdetak, mematuhi tiga hukum geraknya, dengan cara yang dapat diprediksi secara akurat. Matematikawan Prancis, Pierre Simon de Laplace, yang merupakan penasehat sains Napoleon, menulis bahwa, menggunakan hukum Newton, seseorang bisa memprediksikan masa depan dengan presisi yang sama seperti ketika seseorang memandang masa lalu. Dia menulis bahwa jika suatu entitas bisa mengetahui posisi dan kecepatan semua partikel di alam semesta, “bagi intelek secerdas itu, tak ada yang tak pasti; dan masa depan, juga masa lalu, berada di hadapan matanya.” Saat Laplace memberi Napoleon salinan karya hebatnya, Celestial Mechanics, sang kaisar berkata, “Kau telah menulis karya besar tentang angkasa ini tanpa satu kali pun menyebutkan Tuhan.” Laplace menjawab, “Tuan, aku tak memerlukan hipotesis tersebut.”

Bagi Newton dan Einstein, gagasan tentang kehendak bebas, bahwa kita adalah penguasa takdir kita, merupakan sebuah ilusi. Gagasan masuk akal tentang realitas ini, bahwa objek-objek konkret yang kita sentuh adalah nyata dan eksis dalam kondisi definitif, oleh Einstein disebut “realitas objektif”. Dia sangat jelas mengungkapkan posisinya sebagai berikut:

Saya adalah seorang determinis (penganut kepastian), dipaksa bertindak seolah-olah terdapat kehendak bebas, sebab jika saya ingin hidup dalam sebuah masyarakat beradab, saya harus bertindak secara bertanggung jawab. Saya tahu secara filosofis seorang pembunuh tidak bertanggung jawab atas kejahatannya, tapi saya tidak akan minum teh bersamanya. Karir saya telah ditentukan oleh berbagai gaya yang saya tidak punya kuasa atasnya, terutama kelenjar-kelenjar misterius itu di mana alam mempersiapkan esensi kehidupan. Henry Ford boleh menyebutnya Suara Batin, Socrates menyebutnya sebagai daemon (entitas supernatural dalam ajaran Yunani kuno–penj): tiap manusia menjelaskan fakta dengan caranya sendiri bahwa kehendak manusia tidaklah bebas…Segala sesuatu itu ditetapkan…oleh gaya-gaya yang kita tak punya kuasa atasnya…pun bagi serangga dan bintang. Manusia, sayuran, atau debu kosmik, kita semua berdansa menurut tempo misterius, dilagukan di kejauhan oleh satu pemain tak nampak. (Albert Einstein)

Teolog juga telah bergulat dengan pertanyaan ini. Sebagian besar agama dunia meyakini suatu bentuk takdir, ide bahwa Tuhan tak hanya mahakuasa (serba kuasa) dan mahaada (ada di mana-mana), tapi juga mahatahu (tahu segalanya, bahkan masa depan). Dalam beberapa agama, ini artinya Tuhan mengetahui apakah kita akan masuk surga atau neraka, bahkan sebelum kita lahir. Pada esensinya, terdapat “buku takdir” di suatu tempat di surga dengan semua nama kita terdaftar, mencakup tanggal lahir kita, kegagalan dan keberhasilan kita, kesenangan dan kesusahan kita, bahkan tanggal kematian kita, dan apakah kita akan hidup di surga atau dalam kutukan abadi.

(Pertanyaan teologis sulit tentang takdir ini, sebagian, membantu memecah gereja Katolik pada tahun 1517, ketika Martin Luther menempelkan 95 tesis mengenai gereja di Wittenberg. Di dalamnya, dia menyerang praktek penjualan indulgence (remisi hukuman yang dibayar setelah pengampunan dosa–penj) oleh gereja—pada esensinya adalah uang suap yang melapangkan jalan menuju surga bagi kaum kaya. Mungkin Luther mengatakan, Tuhan mengetahui masa depan kita dan nasib kita sudah ditakdirkan, tapi Tuhan tidak bisa dibujuk untuk berubah pikiran dengan memberi banyak donasi kepada gereja.)

Tapi bagi fisikawan yang menerima konsep probabilitas, postulat yang paling kontroversial sejauh ini adalah postulat ketiga, yang telah membuat sakit kepala bergenerasi-generasi fisikawan dan filsuf. “Pengamatan” adalah konsep longgar dan tidak jelas. Selain itu, ia bersandar pada fakta bahwa sebetulnya terdapat dua tipe fisika: satu untuk dunia subatom yang ganjil, di mana elektron-elektron tampaknya bisa berada di dua tempat pada waktu yang sama, dan satu lainnya untuk dunia makroskopis yang kita tinggali, yang terlihat mematuhi hukum Newton yang masuk akal.

Menurut Bohr, terdapat suatu “dinding” tak tampak yang memisahkan dunia atom dari dunia makroskopis keseharian yang familiar. Sementara dunia atom mematuhi aturan ganjil teori quantum, kita menjalani kehidupan di luar dinding itu, di dunia penuh planet dan bintang yang terumuskan dengan baik di mana gelombang-gelombang telah kolaps.

Wheeler, yang mempelajari mekanika quantum dari pendirinya, gemar meringkas dua aliran pemikiran mengenai pertanyaan ini. Dia memberikan contoh berupa tiga orang wasit dalam permainan baseball yang sedang merundingkan point (posisi pemain di belakang pemukul bola–penj) baseball yang bagus. Dalam membuat keputusan, ketiga wasit mengatakan:

Wasit 1: Saya memutuskannya seolah-olah saya melihatnya.
Wasit 2: Saya memutuskannya sebagaimana adanya.
Wasit 3: Mereka tidak ada sampai saya memutuskannya.

Bagi Wheeler, wasit kedua adalah Einstein, yang mempercayai adanya realitas mutlak di luar pengalaman manusia. Einstein menyebut ini sebagai “realitas objektif”, yaitu bahwa objek-objek dapat eksis dalam kondisi definitif tanpa intervensi manusia. Wasit ketiga adalah Bohr, yang berargumen bahwa realitas hanya eksis setelah pengamatan dilakukan.
—-

Bagaimanapun, filsuf memang masih menang. Teori quantum masih belum lengkap dan bersandar pada landasan filosofis yang rapuh. Kontroversi quantum ini mendorong seseorang memeriksa kembali karya para filsuf seperti Bishop Berkeley, yang di abad 18 menyatakan bahwa objek-objek eksis hanya karena manusia mengamatinya, sebuah filsafat yang disebut solipsism (teori filsafat yang menyatakan bahwa diri ialah sesuatu yang eksis dan dapat dikenali—penj) atau idealisme. Bila sebatang pohon di hutan runtuh, tapi tak ada yang berada di sana untuk melihatnya, maka ia sebetulnya tidak runtuh, demikian klaim mereka.
—-

Dalam sains tradisional, pengamat mencoba senetral mungkin tetap terpisah dari dunia. (Sebagaimana dikatakan oleh seorang pelawak, “Kau selalu bisa melihat ilmuwan di klub telanjang, sebab dia adalah satu-satunya orang yang menyelidiki hadirin.”) Tapi sekarang, untuk pertama kalinya, kita menyaksikan bahwa adalah mustahil untuk memisahkan pengamat dari yang diamati. Sebagaimana suatu kali dikemukakan oleh Max Planck, “Sains tidak bisa memecahkan misteri tertinggi Alam. Sebab menurut analisis terakhir, kita sendiri merupakan bagian dari misteri yang tengah coba kita pecahkan.”
—-

Sebagian besar fisikawan mengangkat bahu dan angkat tangan ketika dihadapkan dengan paradoks-paradoks aneh mekanika quantum. Bagi kebanyakan ilmuwan, mekanika quantum adalah seperangkat aturan yang menghasilkan probabilitas benar dengan akurasi luar biasa. Sebagaimana dikatakan oleh fisikawan yang menjadi pendeta, John Polkinghorne, “Mekanika quantum biasa tidak lebih filosofis dari mekanika motor biasa.”

Bagaimanapun, beberapa pemikir serius fisika telah bergulat dengan pertanyaan-pertanyaan ini. Contohnya, terdapat beberapa jalan untuk memecahkan persoalan kucing Schrödinger. Pertama, yang disokong oleh peraih Nobel, Eugene Wigner, dan lainnya, adalah bahwa kesadaran menentukan eksistensi. Wigner menulis bahwa “tidak mungkin merumuskan hukum mekanika quantum dengan cara yang konsisten sepenuhnya, tanpa merujuk pada kesadaran [pengamat]…studi dunia eksternal yang membawa pada kesimpulan bahwa kandungan kesadaran adalah realitas pokok.” Atau, sebagaimana suatu kali ditulis oleh penyair John Keats, “Tidak ada yang nyata sampai itu dialami.”

Tapi jika saya melakukan pengamatan, siapa/apa yang akan menetapkan dalam kondisi mana saya berada? Artinya seorang lain harus mengamati saya untuk mengkolapskan fungsi gelombang saya. Ini terkadang disebut sebagai “temannya Wigner”. Tapi ini juga berarti bahwa seseorang harus mengamati temannya Wigner, dan temannya temannya Wigner, dan seterusnya. Apakah terdapat suatu kesadaran kosmik yang menentukan seluruh rentetan teman ini dengan mengamati seluruh alam semesta?

Fisikawan yang ngotot meyakini peran sentral kesadaran adalah Andrei Linde, salah seorang pendiri teori inflationary universe.

Bagi saya sebagai seorang manusia, tak terpikir untuk mengklaim bahwa alam semesta ada tanpa pengamat. Kita adalah bersama-sama, alam semesta dan kita. Tatkala Anda berkata bahwa alam semesta eksis tanpa pengamat, saya tidak bisa mencernanya. Saya tidak bisa membayangkan sebuah theory of everything konsisten yang mengabaikan kesadaran. Suatu perangkat perekam tidak dapat memainkan peran seorang pengamat, sebab siapa yang akan membaca apa yang tertulis di perangkat perekam ini. Agar kita bisa melihat bahwa sesuatu terjadi, dan saling mengatakan kepada yang lain bahwa sesuatu terjadi, Anda harus memiliki alam semesta, Anda harus memiliki perangkat perekam, dan Anda harus memiliki kita…Tanpa adanya pengamat, alam semesta kita mati. (Dr. Andrei Linde)

Menurut filosofi Linde, fosil-fosil dinosaurus tidak betul-betul eksis sampai Anda melihatnya. Tapi ketika Anda melihatnya, mereka menjadi eksis seolah-olah mereka eksis jutaan tahun silam. (Fisikawan yang memegang sudut pandang ini berhati-hati menguraikan bahwa gambaran ini konsisten secara eksperimen dengan dunia di mana fosil-fosil dinosaurus betul-betul ada jutaan tahun silam.)

(Beberapa orang, yang tidak suka memperkenalkan kesadaran ke dalam fisika, mengklaim bahwa sebuah kamera bisa melakukan pengamatan terhadap elektron, sehingga fungsi gelombang kolaps tanpa memerlukan entitas sadar. Tapi, kalau begitu, siapa yang akan mengatakan bahwa kamera itu eksis? Sebuah kamera lain dibutuhkan untuk “mengamati” kamera pertama dan mengkolapskan fungsi gelombangnya. Kalau begitu kamera kedua dibutuhkan untuk mengamati kamera pertama, dan kamera ketiga dibutuhkan untuk mengamati kamera kedua, dan seterusnya. Jadi pengenalan kamera tidak menjawab pertanyaan tentang bagaimana fungsi gelombang kolaps.)
—-

Dunia sains quantum memberikan banyak keterangan mengenai persoalan peran kita di alam semesta, tapi dari sudut pandang berbeda. Jika seseorang menganut interpretasi Wigner atas persoalan kucing Schrödinger, maka kita harus memperhatikan peran kesadaran di mana-mana. Rantai pengamat yang tak berujung, masing-masing menatap pengamat sebelumnya, akhirnya membawa kepada pengamat kosmik, mungkin Tuhan sendiri. Dalam gambaran ini, alam semesta eksis lantaran ada Tuhan yang mengamatinya. Dan jika interpretasi Wheeler benar, maka seluruh alam semesta didominasi oleh informasi dan kesadaran. Menurut gambarannya, kesadaran adalah kekuatan dominan yang menentukan sifat eksistensi.

Sudut pandang Wigner, pada gilirannya, menuntun Ronnie Knox menulis syair tentang pertemuan antara seorang skeptik dan Tuhan, merenungkan apakah sebuah pohon eksis di halaman berkeliling tembok apabila tak ada seorang pun di sana yang mengamatinya:

Suatu kali ada seseorang berkata, “Tuhan
pasti menganggap luar biasa ganjil
jika Dia mendapati pohon ini
terus ada
padahal tak ada seorang pun di Alun-alun.”

Seorang pelawak anonim kemudian menulis jawaban berikut:

Tuan yang terhormat, ketakjuban Anda ganjil
Aku selalu ada di Alun-alun
dan itulah mengapa pohon tersebut
akan senantiasa ada,
sebab diamati oleh Sahabat setia Anda—Tuhan

Dengan kata lain, pepohonan eksis di halaman berkeliling tembok karena seorang pengamat quantum senantiasa di sana untuk mengkolapskan fungsi gelombangnya—Tuhan sendiri.

Interpretasi Wigner menempatkan persoalan kesadaran di pusat fondasi fisika. Wigner menggemakan kata-kata astronom besar James Jeans, yang pernah menulis, “Lima puluh tahun silam, alam semesta umumnya dianggap sebagai mesin… Ketika kita sampai kepada perbedaan ukuran yang besar di setiap arah—baik menuju kosmos secara keseluruhan, ataupun menuju lubuk dalam atom—interpretasi mekanis atas Alam gagal. Kita sampai kepada entitas-entitas dan fenomena-fenomena yang sama sekali tidak mekanis. Bagi saya, mereka lebih mengisyaratkan proses mental ketimbang mekanis; alam semesta lebih mirip pikiran hebat daripada mesin hebat.”