Skip to content Skip to sidebar Skip to footer

Teori String

Teori string adalah salah satu kandidat dari teori gravitasi kuantum yang diharapkan dapat menyatukan dua hukum fisika paling fundamental; mekanika kuantum dan teori relativitas umum Einstein. Dalam tulisan sebelumnya mengenai gravitasi kuantum telah dijelaskan bahwa teori string merupakan salah satu dari dua kandidat utama yang diusulkan sebagai gravitasi kuantum selain Loop Quantum Gravity (LGQ). Teori ini berangkat dari sudut pandang yang berbeda dari LQG. Jika dalam LQG ruang-waktu atau alam semesta (skala besar) dikuantisasikan ke struktur dengan skala yang lebih kecil (skala kuantum), maka sebaliknya teori string merupakan teori partikel yang berangkat dari struktur yang paling kecil (skala kuantum) menuju skala yang lebih besar.

Sumber: New Scientist

Teori string juga lebih populer dibandingkan LQG karena teori ini bukan hanya sekedar sebagai kandidat gravitasi kuantum, tetapi juga memiliki tujuan yang lebih ambisius, yaitu menyatukan keempat gaya fundamental; gaya elektromagnetisme, gravitasi, gaya nuklir kuat, dan gaya nuklir lemah ke dalam satu teori tunggal yang disebut sebagai ‘the theory of everything’. Terkadang secara hiperbola ilmuwan menyebutnya sebagai kandidat dari 'the god equation of physics' yang bisa kita terjemahkan sebagai persamaan tuhan dalam ilmu fisika – mungkin lebih cocok disebut sebagai dewa dari semua rumus fisika.

Hal lain yang membuat teori string begitu eksotis dan memiliki banyak penggemarnya adalah teori string memberikan kerangka teoritis yang benar-benar baru bahwa bentuk paling sederhana dari partikel elementer adalah berupa string (dawai) – dawai yang dimaksudkan disini persis seperti seutas benang atau sehelai rambut, namun dalam skala atau ukuran Planck; 10 pangkat minus 33 cm.

Jika dalam pemahaman kita selama ini partikel elementer seperti foton, elektron dan kuark adalah objek bervolume nol (partikel titik), maka dalam teori string semua partikel elementer adalah objek berdimensi satu yang bergetar yang disebut string. Atau, agar lebih mudah dimengerti, maka dapat didefinisikan bahwa setiap partikel elementer yang kita ketahui dan amati sebagai partikel titik adalah wujud atau manifestasi dari string yang bergetar atau bervibrasi. [string yang bergetar atau bervibrasi ini sering disebut juga sebagai string energi atau filamen energi]

Sumber: string theory for dummies

Ada dua jenis string; string terbuka (open string) yang memiliki dua ujung dan string tertutup (closed string) yang berupa loop atau tersambung; tidak memiliki ujung. Setiap string atau dawai bergetar dengan pola getaran (vibrasi) tertentu. Perbedaan pola vibrasi inilah yang menentukan perbedaan massa, muatan dan jenis partikel elementer. Hal ini mirip seperti perbedaan nada yang dihasilkan oleh dawai pada biola dan gitar. Jadi, getaran yang berbeda dari tiap jenis string/dawai menghasilkan partikel yang berbeda.

Salah satu hasil eksitasi dari string yang bergetar ini menghasilkan partikel bernama graviton; yaitu partikel yang bertanggung jawab dalam membawa gaya gravitasi. Ini berarti bahwa dalam teori string, gravitasi muncul secara natural sebagai salah satu dari konsekuensi teori string itu sendiri. Karena teori string merupakan teori medan kuantum maka bisa dikatakan bahwa teori string berhasil menggabungkan teori medan kuantum dan teori relativitas umum (gravitasi) secara alami tanpa menimbulkan masalah matematis.

Istilah teori string sendiri bisa mengarah pada dua arah yang berbeda. Pertama, teori string merujuk pada sebutan umum dari beberapa jenis teori yang terus berkembang sampai saat ini dengan menjadikan string sebagai tokoh utamanya. Teori-teori yang dimaksudkan adalah teori string bosonik, teori superstring, dan teori M. Kedua, dalam pemahaman atau dalam pembahasan yang umum, istilah teori string merujuk hanya pada teori superstring dengan alasan yang akan dijelaskan selanjutnya.

Versi asli atau versi awal dari teori string disebut teori string bosonik yang dikembangkan pada akhir tahun 1960-an. Sesuai namanya teori ini hanya mengandung atau mendeskripsikan partikel-partikel elementer dalam golongan boson. Sayangnya, teori ini dianggap gagal sebagai model fisik karena hanya mampu memprediksi keberadaan partikel-partikel boson, sedangkan mayoritas partikel fisik adalah jenis partikel fermion.

[partikel-partikel bosonik adalah golongan partikel-partikel elementer yang bertugas sebagai pembawa gaya fundamental; contohnya foton yang membawa gaya elektromagnetik. Partikel-partikel fermionik adalah golongan partikel elementer yang menyusun atau membentuk materi atau partikel yang lebih besar. Contohnya kuark yang menyusun proton]

Kegagalan yang kedua adalah teori ini memprediksi keberadaan mode string (partikel elementer) yang memiliki masa imajiner bernama tachyon. Memiliki massa imajiner berarti partikel tachyon selalu dalam keadaan bergerak - tidak pernah dalam keadaan diam, dan memiliki kecepatan yang melebihi kecepatan cahaya.

Sedangkan hal menarik dari teori ini adalah keberadaan dari dimensi ekstra. Jika dibanding persepsi kita sehari-hari bahwa alam semesta memiliki 4 dimensi (3 dimensi ruang atau spasial dan 1 dimensi waktu), maka menurut teori ini alam semesta kita memiliki 26 dimensi; 3 dimensi ruang yang kita kenal sehari-hari, 1 dimensi waktu dan 22 dimensi ruang hyper; dimensi yang lebih tinggi yang tidak bisa kita amati (disebut dimensi ekstra). Pernyataan ini juga bisa dibalik bahwa agar teori string ini bisa benar dalam deskripsinya maka kita harus mengasumsikan dunia ini terdiri dari 26 dimensi alih-alih 4 dimensi.

Untuk menyempurnakan atau memperbaiki kegagalan dari teori string bosonik maka lahir supersymmetry string theory (teori string supersimetri) yang sering disingkat sebagai teori superstring. Sesuai namanya, teori string jenis ini melibatkan supersimetri. Dalam supersimetri, semua partikel elementer baik dari golongan bosonik maupun fermionik masing-masing memiliki pasangan supersimetrik atau superpartner-nya. Pasangan partikel tersebut dapat dipertukarkan melalui transformasi supersimetri. Setiap partikel golongan fermionik dapat ditransformasikan menjadi bosonik pasangannya, dan juga sebaliknya. 

Berkat pendekatan ini, teori superstring dapat mencakup bukan saja partikel bosonik tapi juga partikel fermionik – sesuatu yang gagal dicapai oleh teori string bosonik (teori string yang pertama). Berbeda dengan teori string bosonik yang memiliki total 26 dimensi, teori superstring hanya memiliki 10 dimensi; 3 dimensi ruang yang kita kenal sehari-hari, 1 dimensi waktu dan 6 dimensi ruang hyper (dimensi ekstra). Selanjutnya, teori superstring memiliki 5 jenis tipe string; string tipe I, string tipe II A, string tipe II B, string tipe HO dan string tipe HE. Karena teori superstring merupakan versi upgrade dari teori string bosonik maka menjadi hal yang umum ketika ilmuwan menyebutkan teori string maka itu mengarah kepada teori superstring.

Fakta bahwa teori superstring memiliki 5 jenis tipe sedikit meresahkan para ilmuwan yang mengharapkan hanya 1 teori tunggal. Untuk menanggulangi ini, seorang fisikawan teori Amerika bernama Edward Witten mengajukan sebuah teori yang dikenal sebagai teori M (M-theory), yang mana teori ini merangkul atau menggabungkan kelima tipe teori superstring menjadi satu teori tunggal. Jika dalam teori superstring terdapat 10 dimensi maka dalam teori M ditambah lagi 1 dimensi ekstra sehingga total menjadi 11 dimensi.

Sampai sekarang para fisikawan masih bekerja untuk mendapatkan formulasi lengkap dari teori ini. Kepanjangan dari M sendiri bisa berarti Magic, Mystery, Master, Membran atau Matrix. Apa kepanjangan dari M yang sebenarnya masih belum diputuskan sampai ilmuwan berhasil memformulasikan teori ini dengan tepat. Jadi, ketika teori M berhasil diformulasikan dengan tepat maka diharapkan mampu menjadi the theory of everything (TOE) atau the god equation of physics yang diidam-idamkan kan oleh ilmuwan selama ini.

Terlepas dari keindahan teori dan matematika-nya, baik teori string dan teori M masih murni berupa teori yang belum terbukti secara eksperimental. Hal ini dikarenakan untuk meneliti pada skala yang sangat kecil tersebut dibutuhkan energi yang sangat besar, dan teknologi manusia yang sekarang belum mampu melakukan tugas ini.

Sumber:

1. Greene, Brian (2003). The Elegant Universe. New York: W.W. Norton & Company.

2. Jones, A. Z. 2010. String Theory for Dummies. USA: Wiley Publishing, Inc.

3. Zwiebach, Barton (2009). A First Course in String Theory. Cambridge University Press.

Ricky Hamanay
Ricky Hamanay Yuditya Hamdani Hamanay; penulis sains amatir. Blogger sejak 2013