“Iblis Laplace dan Ketidak-pastian Heisenberg: Kemungkinan Meramal Masa Depan”
Dapatkah kita menentukan apa yang akan terjadi esok hari? Pernahkah kita berpikir bagaimana masa depan akan terjadi? Apakah masa lalu, masa kini, dan masa depan saling berhubungan dan benar-benar merupakan satu kesatuan realitas?
Pada tahun 1814, Pierre-Simon Laplace, seorang astronom, fisikawan, dan matematikawan, menghadirkan sesosok ‘iblis’ yang memiliki pengetahuan teramat dahsyat mengenai alam semesta ini. Laplace meyakini bahwa kondisi alam semesta saat ini merupakan efek dari kondisi alam semesta sebelumnya, dan penyebab dari kondisi berikutnya. Prinsip ini sering disebut juga sebagai kausalitas, di mana setiap kejadian memperoleh kepastian dan keharusan serta kekhususan eksistensinya akibat sesuatu atau berbagai hal lain yang mendahuluinya
Dalam mekanika newton, jika kita mengetahui gaya apa saja yang bekerja dalam suatu sistem, maka kita dapat menentukan apa yang terjadi terhadap sistem tersebut. Sebagai contoh, jika kita mengetahui gaya apa saja yang terjadi terhadap suatu kelereng yang menggelinding di bidang miring dan dengan melalui perhitungan tertentu, kita dapat menentukan kapan kelereng tersebut akan bergerak lebih cepat, lebih lambat, atau bahkan berhenti.
Oleh karena itu, Laplace berpendapat bahwa apabila kita mengetahui posisi dan momentum dari semua partikel, maka kita dapat mengetahui apa yang terjadi di masa lalu, kini, dan masa depan. Momentum merupakan hasil kali dari massa dan kecepatan suatu benda. Kita dapat memandang momentum partikel sebagai ukuran kesulitan mendiamkan benda. Misal kita memajukan sebuah truk dan sebuah motor dengan kecepatan yang sama, maka momentum truk tersebut lebih besar dibandingkan momentum motor karena massa truk lebih besar dibandingkan massa motor. Akibatnya kita akan lebih sulit ‘mendiamkan’ truk tersebut dibandikan motor.
‘Iblis’ yang dihadirkan oleh Laplace merupakan sosok yang mengetahui hal-hal di atas. Ia menjelaskan bahwa melalui ilmu pengetahuan, kita dapat memprediksi semua aktivitas perilaku sistem yang ada. Kalau pun tidak, ketidak-pastian itu hanya kesalahan pengetahuan yang bisa dikoreksi. Akan tetapi, pada tahun 1927 Werner Heisenberg menjelaskan suatu teori yang disebut dengan ‘Asas Ketidak-pastian Heisenberg’.
Asas ketidak-pastian menjelaskan bahwa posisi dan momentum elektron (partikel bermuatan negatif) tidak dapat ditentukan secara bersamaan. Semakin akurat kita menentukan posisi suatu elektron, maka semakin tidak akurat dalam menentukan momentum elektron tersebut, berlaku juga sebaliknya. Tentunya prinsip ini semakin menjauhkan kita untuk menghadirkan ‘iblis’ yang dielu-elukan oleh Laplace. Laplace ingin kita mendapatkan posisi dan momentum seakurat mungkin untuk mengetahui sifat deterministik alam semesta, namun Heisenberg menjelaskan bahwa hampir mustahil untuk mendapatkan keakuratan dari posisi maupun momentum suatu elektron secara bersamaan.
Elektron merupakan bagian dari atom yang bergerak mengelilingi inti atom dalam suatu orbital (lintasan), inti atom ini terdiri dari proton (partikel bermuatan positif) dan neutron (netral/tak bermuatan). Mudahnya dapat kita bayangkan inti atom ini sebagai matahari dan elektron merupakan planet-planet yang mengelilinginya. Sekitar awal abad ke-20, fisikawan mengalami kesulitan dalam menentukan posisi elektron tunggal dalam suatu orbital karena ukuran elektron sangat kecil. Sehingga kita hanya dapat menentukan sifat-sifat suatu elektron jika elektron tersebut berinteraksi dengan elektron lain.
Oleh karenanya, Heisenberg berusaha memperbesar ukuran elektron yang dilihatnya dengan menyinari partikel tersebut dengan sinar yang lebih kuat dari sinar-X. Sinar yang memungkinkan hanyalah sinar gamma radium berfrekuensi tinggi. Namun, perlu diingat bahwa dengan menabrakan sinar yang sangat kuat tersebut dapat mengganggu keseimbangan elektron. Sinar biasa dapat menimbulkan gaya yang cukup keras terhadap elektron, sinar-X bahkan lebih keras lagi, dan sinar gamma berfrekuensi tinggi dapat menyebabkan kerusakan pada elektron.
Dari sini, Heisenberg berkesimpulan bahwa ada hubungan sebab-akibat yakni denga adanya gaya yang sangat keras terhadap elektron, dapat menyebabkan gangguan terhadap pergerakan elektron dalam suatu orbital, sehingga sulit untuk menentukan posisi dan kecepatan secara akurat dalam waktu bersamaan. Secara kasar, kita tidak dapat menghadirkan sang ‘iblis’ dikarenakan keterbatasan kemampuan pengamatan kita mengenai sifat-sifat partikel itu sendiri. Oleh karena itu, apakah ambisi Laplace benar-benar harus terhenti karena keterbatasan tersebut? Atau mungkin ada ilmuwan yang dapat menjawab kebingungan Heisenberg dan membuktikan bahwa ‘iblis’ itu benar-benar ada?
Terima kasih
DAFTAR PUSTAKA
[1] Thornton, Stephen T., dan Jerry B. Marion. 2003. Classical Dynamics of Particles and Systems 5thEdition. Fort Worth: Saunders College Pub.
[2] Thornton, Stephen T., dan Andrew Rex. 2013. Modern Physics for Scientist and Engineers. CA: Thomson Brooks/Cole.
[3] Wagenmakers, Eric-Jan. 2018. Laplace’s Demon, (https://www.bayesianspectacles.org/laplaces-demon/).
