Halo Sobat100. It’s Science time. Setelah sekian lama akhirnya kembali tim100 menyapa kalian semua di rubrik sains. Kali ini apa ya berita yang diperoleh dari tim RnD100. Ternyata eh ternyata ada pengamatan terbesar yang pernah dilakukan sepanjang sejarah manusia dalam kurun waktu 100 tahun ini.

Temen – temen kita dari MIT dan Caltech sono melakukan pengamatan tentang gelombang gravitasi (gravitational wave) di Lousiana, Negara Bagian Washington, Amerika Serikat. Proyek besar kolaborasi MIT dan Caltech ini dibangun sejak tahun 1990an dan mulai beroperasi dari 2015. Jadi kira - kira setelah menginjak umurnya yang ke-25 proyek ini membuahkan hasil. Dasarnya adalah membuktikan teori fenomenal yang dibuat oleh sang jenius fisika, Albert Einstein. Yang mana teorinya sudah berusia 100 tahun yaitu Teori Realtivitas Umum, TRU (General Relativity/GR Theory).

Mengapa ada ilmuwan yang cukup iseng ingin membuktikan teori yang umurnya sudah 1 abad ya?

Gelombang gravitasi (gravitational wave) adalah konsekuensi alam semesta yang timbul dari adanya rotasi dari dua lubang hitam (black holes) yang berdekatan, yang kemudian menyatu. Semua bermula dari persamaan tunggal berikut ini

\(G_{\mu\nu}+\Lambda g_{\mu\nu}=\frac{8 \pi G}{c^4}\,T_{\mu\nu}\)

Berbagai teori pendukung telah dilontarkan oleh banyak ilmuwan untuk memperkuat gagasan Mr. Einstein ini. Namun semua itu hanya lah sebatas teori kalau tidak ada fenomena nyata atau setidaknya pengamatan yang jelas bisa diamati dari kejadian yang berada di alam semesta yang mungkin jaraknya sudah miliaran atau bahkan triliunan km dari bumi kita itu.

Adalah Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) sebuah tempat pengamatan yang besar yang mampu membuktikan bahwa fenomena itu benar adanya. LIGO adalah interferometer raksasa dengan panjang lengannya sejauh 4 km. What !!! panjang kali ya. Jarak ini kira – kira jarak kantor tim RnD100 di Sunter ke PRJ Kemayoran lah. LIGO tepatnya berada di Hanford Site, Livingston, Lousiana.

Apa itu interferometer ?

Buat yang belum paham dengan apa itu interferometer mari kita review singkat ya, biar sobat100 dapat gambaran dasarnya. Interferometer sederhana pertama kali digunakan oleh Albert Abraham Michelson (Lahir 19 Des 1852 – tutup usia 9 Mei 1931) pada tahun 1881. Kemudian berkolaborasi dengan Edward Williams Morley (lahir 29 Jan 1838 – tutup usia 24 Feb 1923) pada tahun 1887. Yang kemudian alat mereka dikenal dengan interferometer Michelson – Morley. Para mahasiswa pasti uda pada kenal dengan alat yang satu ini.

Interferometer awalnya digunakan untuk mendeteksi ada tidaknya eter di alam semesta. Karena pada abad 19 saat itu para ilmuwan masih beranggapan bahwa cahaya tidak lain adalah salah satu bentuk gelombang mekanik. Konsekuensi dari gelombang mekanik adalah harus adanya medium perantara. Seperti halnya bunyi yang membutuhkan medium perantara agar bunyi yang dipancarkan oleh sumber dapat didengar oleh pengamat/pendengar.

Pengamatan ini tidak bisa dilakukan hanya 1 waktu saja. Karena idenya adalah membandingkan data saat posisi Matahari, bulan dan bumi pada satu garis lurus dengan data pengamatan saat posisi Matahari, bulan dan bumi pada garis yang tegak lurus. Hasilnya saat itu cukup mengejutkan, karena data yang terekam di bulan pertama pengamatan (saat posisi Matahari, bulan dan bumi pada satu garis lurus) dan data pada bulan kelima pengamatan (saat posisi Matahari, bulan dan bumi pada garis yang tegak lurus) ternyata hampir tidak ada beda. Secara teori kalau pun ada beda perbedaannya hanyalah sekitar seper satu miliar sekon. Sementara data yang terekam oleh interferometer Michelson Morley saat itu hampir nol.

So, para ilmuwan sepakat untuk berkesimpulan bahwa di alam semesta memang tidak ada apa – apa (dalam hal ini eter) alias vakum. Dan mengkategorikan cahaya sebagai gelombang elektromagnet yang mampu merambat di alam semesta tanpa medium (memenuhi 4 persamaan gelombang Maxwell)

Kembali ke LIGO

LIGO melibatkan lebih dari 1000 ilmuwan dari seluruh dunia. Dikutip dari laman resminya (ligo.org) LIGO diprakarsai oleh Kip Thorne dan Ronald Drever dari Caltech serta Rainer Weiss dari MIT pada awal tahun 1990-an. Ligo adalah tempat observasi yang bernilai fantastis karena telah menelan biaya 620 juta dolar (kalau pakai kurs rupiah sekarang kira – kira 8,37 triliun rupiah) What !! Gile lu ndro !! nilai ini kira – kira bisa membiayai Pemilu tahun 2009 dan 2014 yang lalu tuh.

Sebenarnya LIGO sudah beroperasi di tahun 2002 dan 2010 namun hasilnya nihil. Sehingga para ilmuwan memperkuat sensitivitas detektor pada LIGO dan memulai operasi kembali pada September 2015. Kemudian pada akhirnya Kamis, 11 Februari 2016 waktu Amerika Serikat LIGO mendeteksi gelombang gravitasi dari sinyal yang telah terekam sebelumnya pada 9.51 UTC pada 14 September 2015. Sinyal ini merupakan pancaran dari 30 lubang hitam (black holes) yang menyatu sekitar 1,3 Miliar tahun yang lalu.

Well itulah beritanya,

Apa sih Teori Relativitas Umum (General Relativity/GR Theory) itu ?

Pada 1915 Mr. Einstein menerbitkan makalah Teori Relativitas Umum (General Relativity/GR Theory). Teori ini lebih umum dari Teori Relativitas Khusus(Special Relativity/SR Theory) yang diterbitkannya pada 1905 (bersama 3 makalah yang lain di tahun yang sama, namun Einstein menerima hadiah Nobel dari makalah yang membahas efek fotolistrik). Dalam GR Einstein menggambarkan suatu massa yang besar saat menempati koordinat ruang dan waktu akan melengkungkan ruang dan waktu tersebut karena besarnya pengaruh gravitasi yang dimilikinya. Teori GR Einstein ini lebih umum lagi dari hukum Gravitasi Newton, karena telah melibatkan unsur massa yang besar berupa gravitasi dan unsur yang sangat cepat di alam semesta yaitu cahaya. Namun dalam perumusannya Einstein masih menggunakan konstanta umum gravitasi (G = 6,67 × 10-11 N m2/kg2) yang juga ada pada rumusan gravitasi Newton. Dan juga kelajuan cahaya di ruang vakum (c = 3 × 108 m/s) yang berkesesuaian nilainya dari pengamatan Michelson - Morley dan 4 persamaan gelomvang Maxwell.

Lebih real lagi coba sobat100 bereksperimen kecil – kecilan agar bisa mencerna ide dasar Einstein ini. Sobat100 (orang ke – 1) minta lah bantuan dengan salah satu teman sobat100 (orang ke – 2) untuk membentangkan selembar kain tipis yang cukup lebar. Anggap kain tipis ini sebagai koordinat ruang dan waktu. Kemudian minta bantuan teman sobat100 yang lain (orang ke – 3) untuk meletakkan bola besar di pusat kain.

Apa yang sobat100 dapati?

Kain melengkung

Benar seperti itulah gravitasi bekerja di alam semesta. Gravitasi dari pusat tata surya (dalam hal ini bintang) mampu melengkungkan koordinat ruang dan waktu di sekitarnya. Kemudian apabila teman sobat100 yang lain lagi (orang ke – 4) meletakkan kelereng kemudian memutarnya di lengkungan akibat bola besar tadi, maka apa yang sobat100 dapati? Ya kelereng tersebut tetap berputar di dalam lengkungan gravitasi bola besar tadi. Seperti itulah sistem revolusi planet – planet mengitari bintangnya.

Sudah paham kan?

Itulah bedanya Hukum Gravitasi Newton dengan Teori Relativitas Khusus(Special Relativity/SR Theory). Jika pada Hukum Gravitasi Newton koordinat ruang dan waktu digambarkan secara mendatar sementara pada Teori Relativitas Khusus(Special Relativity/SR Theory) koordinat ruang dan waktu digambarkan secara melengkung. Dengan demikian arah perambatan gelombang cahaya suatu bintang tidak lagi merambat secara lurus mendatar melainkan mengikuti kontur pelengkungan koordinat ruang dan waktu ini.

Kemudian apa itu gelombang gravitasi (gravitational wave) ?

Ide dasarnya adalah apabila ada 2 lubang hitam (black holes) berotasi satu sama lain kemudian saling berdekatan. Kedua lubang hitam (black holes) ini saat saling berotasi satu sama lain akan memancarkan gelombang gravitasi ke segalah arah. Dari data yang direkam LIGO terkonfirmasi salah satu lubang hitam (black holes) bermassa 36 kali massa matahari kita dan lubang hitam (black holes) yang lain bermassa 29 kali massa matahari kita. Namun setelah menyatu massa lubang hitam (black holes) yang baru adalah 62 kali massa matahari. Artinya ada energi sebesar 3 kali massa matahari yang dipancarkan ke seluruh penjuru alam semesta dalam bentuk gelombang gravitasi.

Untuk memahaminya, cobalah sobat100 ikuti eksperimen sederhana berikut ini. Gambaran sederhananya adalah silakan sobat100 siapkan air dalam ember besar kemudian di tengah – tengah ember buat lah riak. Apa yang sobat100 lihat? Ya ada gelombang yang menyebar dari asal riak tadi ke segala arah. Kemudian apa yang sobat100 lihat bila sobat100 meletakkan kedua tangan sobat100 tepat di tengah – tengah ember lalu memutarnya ? Ada perpaduan gelombang yang menyebar ke segalah arah.

Seperti itulah gambaran dasar gelombang gravitasi (gravitational wave). Namun gelombang gravitasi (gravitational wave) bukanlah fenomena yang mudah ditangkap oleh alat yang biasa – biasa saja. Terbukti pada 2002 dan 2010 LIGO tidak mendapatkan hasil apa – apa. Barulah setelah para ilmuwan meningkatkan kesensitivitasannya akhirnya diperoleh hasil yang mencengangkan. Dari hasil pengamatan diperoleh bahwa ruang dan waktu melengkung sebesar 0,000 000 000 000 000 0001 m (atau kira – kira sepersepuluh ribu dari ukuran proton). Proton saja sudah sangat sulit mendeteksinya karena ukurannya yang sangat kecil. Ini masih lebih kecil lagi.

Suara dari gelombang gravitasi ini dapat terdengar oleh telinga dengan beberapa kali penguatan diperoleh sinyal yang mana frekuensinya sebesar 30 Hz kemudian menguat sampai 250 Hz lalu melemah dan kemudian menghilang.

Data yang direkam oleh LIGO baik di sisi Hanford dan Livingston ini memiliki kesesuaian dengan prediksi. Dan data Hanford maupun Livingston ini juga menunjukkan hasil yang mirip.

Apa dampak penemuan deteksi gelombang gravitasi ini bagi kehidupan manusia pada umumnya?

Deteksi gelombang gravitasi ini merupakan jalan menuju pengungkapan penciptaan alam semesta (bigbang theory). Ilmuwan LIGO selanjutnya melakukan berbagai penguatan agar mampu mendeteksi waktu fluktuasi yang berkisar pada waktu Planck tp = 10-43 s setelah bigbang. Kemudian waktu inflasi antara 10-36 s dan 10-33 s. Masih banyak pr yang harus dikerjakan ilmuwan LIGO.

Tak hanya LIGO di lain tempat proyek Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, WMAP (awalnya bernama Microwave Anisotropy Probe, MAP) juga mencoba menguak misteri penciptaan alam semesta kita ini. WMAP adalah sebuah pesawat ruang angkasa yang beroperasi 2001-2010 yang mengukur perbedaan di langit suhu cosmic microwave background (CMB). CMB adalah radiasi panas yang tersisa dari Big Bang.

Akan tetapi beberapa aspek dari data statistik WMAP tidak biasa untuk Model Standar Kosmologi. Misalnya, pengukuran sudut-besaran, momen quadrupole, agak lebih kecil dari prediksi, tapi perbedaan ini tidak sangat signifikan. Tempat dingin besar dan fitur lain dari data yang lebih signifikan secara statistik, dan penelitian terus ke dalam. Karena alasan belum signifikan data yang dihasilkan, untuk bahasan detil tentang WMAP mungkin perlu diulas di lain waktu ya sobat100 hehehehe...

Meski pun teori 1 abad yang lalu dari mbah Einstein ini beberapa di antaranya telah terbukti sampai 2016 ini. Semasa hidup nya beliau pernah berkata bahwa "Walaupun Anda melakukan 1000 percobaan yang menunjukkan kebenaran dari teoriku, sampai kapan pun gagasanku ini hanyalah sebatas teori. Namun apabila kamu menemukan 1 percobaan saja yang menunjukkan kesalahanku maka gugurlah gagasanku ini sebagai teori". Well itulah mbah Einstein, meskipun jenius namun masih bisa rendah hati dengan segala kehebatannya. Bravo Mr. Einstein!!!

Apa pendapat masyarakat mengenai penemuan ini ?

Mark Zuckerberg, pendiri jejaring sosial facebook pun ikut mengomentari penemuan besar ini. Dalam akun resminya, Zuckerberg menuliskan " Para ilmuwan telah mengkonfirmasi deteksi gelombang gravitasi. Ini adalah salah satu penemuan terbesar dari ilmu pengetahuan modern. Albert Einstein adalah salah satu pahlawan saya, jadi saya sudah mengikuti pengumuman ini. Einstein pertama memperkirakan gelombang gravitasi 100 tahun yang lalu di Teori Relativitas Umum. Gelombang gravitasi merupakan riak dalam struktur ruang-waktu yang diciptakan oleh gerakan massa. Gelombang gravitasi ini terlalu kecil untuk dideteksi, jadi kita perlu mencari gelombang yang dimulai dengan peristiwa besar seperti Big Bang, runtuhnya bintang dan tabrakan lubang hitam.

Dengan menganalisis informasi yang terkandung dalam gelombang gravitasi, kita sekarang dapat membuka pandangan yang sama sekali baru dari kosmos - berpotensi shedding cahaya pada saat-saat yang sangat awal dari alam semesta, serta penciptaan dan pertumbuhan lubang hitam.

Gelombang gravitasi ini menginspirasi untuk berpikir tentang semua kehidupan dan usaha, dari generasi ke generasi, yang telah pergi mengungkap wawasan ini tentang alam semesta kita. Terobosan hari ini bergantung pada bakat ilmuwan brilian dan insinyur dari berbagai negara, tetapi juga kemajuan dalam komputasi yang baru saja menjadi mungkin. Selamat kepada semua orang yang membantu membuat hal ini terjadi. Anda telah membuat Einstein bangga."

Presiden Amerika Serikat, Barrack Obama pun berkomentar hal yang senada di akun twitter nya. "Pendapat Einstein ini benar! Selamat kepada @NSF dan @LIGO dalam mendeteksi gelombang gravitasi-sebuah terobosan besar dalam bagaimana kita memahami alam semesta."

Untuk lebih detil hasil temuan tim LIGO silakan sobat100 lihat video berikut ini LIGO Detects Gravitational Waves

 

Well itulah berita sains hari ini. Semoga dengan adanya rubrik sains hari ini Sobat100 lebih terpacu lagi dalam belajarnya dan siapa tahu dengan artikel ini Sobat100 pada suatu saat nanti menemukan hal – hal yang fenomenal atau bahkan bisa berkuliah di MIT atau Caltech sehingga bisa membuat penemuan – penemuan yang fantastis.

OK sekian dari tim RnD100

Selamat belajar

Selamat Berkarya

Salam100

laugh