What's in it for me ? Take a historical journey down the winding road of modern physics.
Setidaknya sejak abad ke-5 SM, orang-orang dengan rasa ingin tahu yang tinggi menggunakan metode dan alat-alat ilmiah untuk lebih memahami dunia ini tentang bagaimana cara alam semesta itu  bekerja. Sebelum masuk ke abad 20, memang banyak perkembangan yang terjadi dihasilkan oleh ilmu pengetahuan, tetapi hanya dari tahun 1900 dan seterusnya kecepatan perkembangan ilmu pengetahuan itu benar-benar meningkat.
Berkat teori Relativitas Umum (Albert Einstein) dan bidang Mekanika Kuantum, serta perkembangan teknologi yang pesat dan menakjubkan, seratus tahun terakhir telah membawa kita satu demi satu kepada berbagai penemuan yang luar biasa. ini salah satu bukti bahwa kekuatan pemikiran manusia itu tidak serendah yang kita kira.Â
---
Modern science began with the scholars of ancient Greece and the experiments of the late Middle Ages.
Selama ribuan tahun setelah peradaban manusia pertama, nenek moyang kita mencoba menjelaskan berbagai macam fenomena dan kejadian alam sehari-hari dengan mengaitkan kepada  hal-hal seperti roh gaib, dewa, dlsb karena keterbatasan akan ilmu pengetahuan. Tetapi, Hal seperti itu akhirnya mulai berubah sekitar abad ke-5 SM, berkat para pemikir-pemikir Yunani kuno. Mereka memahami bahwa akal, observasi, dan matematika dapat digunakan sebagai alat untuk menjelaskan berbagai macam kejadian ataupun fenomena yang terjadi di sekitar mereka.
https://biografi.kamikamu.co.id/
Salah satu pemikir tersebut adalah Anaximander, Seorang filsuf yang menggunakan metode rasional tersebut mencoba untuk menjelaskan bagaimana hujan itu bisa turun dari langit. Karena dia selalu berpikir, itu tidak mungkin pekerjaan dewa yang baik hati, untuk menurunkan air dari langit. Sebaliknya, dia menemukan bahwa adanya "Penguapan" yang bisa  menyebabkan air menumpuk di Langit lalu kemudian jatuh kembali ke Bumi.
Setelah itu, banyak pemikri lain yang muncul, salah satunya bernama Democritus, yang beranggapan bahwa segala sesuatu di dunia ini terdiri dari partikel-partikel kecil yang disebut sebagai Atom. Democritus juga beranggapan  bahwa harus ada ukuran yang terbatas untuk Atom, yaitu suatu titik di mana bagian yang tidak bisa dihancurkan/dibagi lagi. Teori ini berakar pada gagasan spatial extension: bahwa materi harus memiliki ukuran dan menempati ruang. Oleh karena itu, atom juga harus memiliki ukuran tertentu yang tidak dapat dibagi lagi.
Dan pada abad ke-3 SM terdapat lebih banyak kemajuan yang  datang salah satunya didorong oleh para filsuf seperti Plato dan Aristoteles, yang keduanya berkontribusi pada gagasan: Matematika dapat digunakan sebagai alat untuk memahami alam semesta kita.
Lalu ada Claudius Ptolemeus, yang lahir sekitar pada tahun 100 M. Dia menciptakan formula untuk menghitung pergerakan planet, sehingga memungkinkan kita untuk memprediksi posisi mereka di masa depan. Dia dikenal sebagai pencetus Teori Geosentris, Â yang menyatakan bahwa semua objek dalam tata surya kita bergerak relatif terhadap bumi. Dengan kata lain, menurut teori geosentris, bumi merupakan pusat tata surya. Teori ini bahkan dipercaya selama hampir 1400 tahun lamanya.
(Nicolaus Copernicus 1473--1543) nationalgeographic.com
Pada abad Pertengahan, Pemikir Renaisans seperti Nicolaus Copernicus dan Galileo Galilei kembali berkutat dengan  matematika dan akal. Hal ini memungkinkan Copernicus untuk merevolusi astronomi dengan membuktikan bahwa orbit benda langit dapat dihitung lebih baik setelah Matahari, bukan Bumi yang sebelumnya dianggap sebagai pusat tata surya.Â
Teori Heliosentris adalah teori yang menyatakan bahwa Matahari merupakan pusat dari sistem tata surya dan bumi bergerak mengelilinginya dalam orbit berbentuk lingkaran. Teori inilah yang dianggap sebagai salah satu penemuan terpenting sepanjang masa. Untuk masalah orbit, data yang diperoleh Copernicus memperlihatkan adanya indikasi penyimpangan kecepatan sudut orbit planet-planet. Namun, ia mempertahankan bentuk orbit lingkaran dengan menyatakan bahwa orbitnya tidak konsentrik.
Teori heliosentris disampaikan Copernicus dalam publikasinya yang berjudul De Revolutonibus Orbium Coelestium. Namun, teori ini sempat ditolak oleh pandangan gereja dan dianggap berbahaya. Teori ini ditolak pihak gereja karena dianggap bertentangan dengan pandangan sebelumnya yang diungkapkan oleh filsuf terkenal, Aristoteles, pendukung Teori Geosentris.
Galileo Galilei 1564--1642) https://www.dw.com/tr/galileo-galilei/a-17441465
Pada abad ke-16 Galileo menjadi manusia pertama yang dapat mengamati dengan gamblang kawah-kawah di permukaan Bulan. Selain itu, dengan teleskopnya, ia juga dapat melihat empat bulan planet Jupiter yang paling besar, yakni Io, Europa, Ganymede, dan Callisto. Galileo melihat keempat bulan Jupiter yang kini dikenal sebagai bulan-bulan Galilean yang mengitari planet induknya, Galileo juga menguji hipotesisnya dengan eksperimen yang ketat dan berulang, sehingga membantu menciptakan apa yang kemudian dikenal sebagai metode ilmiah. Itu pula yang ia jadikan bukti untuk mendukung sistem heliosentrik---menempatkan Matahari sebagai pusat (tata surya), bukan Bumi---yang dimajukan oleh Copernicus. Temuan Galileo, dan kemudian dukungannya pada Teori Heliosentrik, amat mengguncangkan dunia pada waktu itu.
---
Newton's theory of universal gravitation was upended in the twentieth century by Albert Einstein.
(Isaac Newton 1643--1727) dailysia.com
Sekitar seratus tahun setelah perhitungan Galileo, pada abad ke-17, Datanglah seorang ilmuwan yang bernama Isaac Newton untuk melihat karya Galileo dari sudut pandang baru. Newton sedang bereksperimen dengan uji teoritis dari "bulan kecil" yang mengorbit tepat di atas permukaan bumi, dan dia menyadari bahwa gaya yang mempengaruhi kurva dan kecepatan benda yang mengorbit itu kemungkinan besar adalah gaya yang sama di belakang benda jatuhnya Galileo.
Newton berpikir, bahwa pasti ada gaya yang tersebar luas yang bekerja---yang menyebabkan bulan bisa mengorbit Bumi dan mengapa  benda-benda bisa jatuh ke tanah. Dari alasan inilah, dia mulai mengembangkan Teori Gravitasi universalnya yang merevolusi perkembangan sains. Teori Newton memberikan gambaran baru tentang uniknya alam semesta.
Suatu ketika di dalam luasnya ruang, benda-benda ditarik satu sama lain oleh gaya gravitasi yang konstan.Â
Teori ini menjadi lompatan besar ke depan dalam pemahaman ilmiah, ini menandai bahwa pertama kalinya ada kekuatan yang menghubungkan hukum Bumi dengan hukum benda langit di alam semesta. Sejeniusnya Newton, dia mengetahui dan sadar dalam kebingungannya bahwa ini adalah gambaran yang tidak lengkap, ia berpikir masih ada kekuatan misterius yang bekerja di luar sana yang belum ditemukan.
Benar saja, pada abad ke-19, salah satu kekuatan misterius seperti itu akan diungkapkan oleh ilmuwan dari Inggris yaitu Michael Faraday dan Clerk Maxwell. Pikiran cerdas ini menemukan yang disebut dengan :
Electromagnetism: Gaya yang mengikat atom-atom yang membentuk molekul, serta elektron-elektron yang ada di dalam atom.
Faraday dan Maxwell menyarankan bahwa ada jaring tak terlihat---atau suatu medan---di seluruh ruang angkasa yang memungkinkan gaya elektromagnetik itu beraksi.
Konsep itu benar-benar berlaku pada tahun 1905, berkat teori Relativitas Khusus Albert Einstein, yang dimaksudkan untuk menyatukan fisika Newton dengan teori-teori yang lebih baru. Dengan teori barunya yang radikal ini, Einstein menunjukkan bagaimana pengamat yang berbeda dapat mengalami hukum ruang dan waktu secara berbeda berdasarkan kondisi unik mereka.
Di sini, waktu tidak lagi mutlak secara universal. Ini adalah wahyu yang sangat besar, dan Einstein baru saja memulai.
---
Einstein's theory of general relativity tied together matter and space and suggested an expanding universe.
(Albert Einstein 1879--1955) ussfeed.com
Pada tahun 1905, teori relativitas khusus Einstein sangat menggemparkan dan mendapatkan banyak ketenaran sebagai suara muda yang sangat berani di komunitas ilmiah. Dan  sepuluh tahun kemudian, teori relativitas umum miliknya itu menjadi dikagumi oleh banyak orang sebagai karya teoretis ilmiah yang luar biasa, bahkan sangat indah.
Relativitas umum sangat brilian karena menyatukan semua materi dan ruang sebagai subjek hukum yang sama dari medan gravitasi---seperti bertahun-tahun sebelumnya, medan elektromagnetik yang menyatukan gaya listrik dan magnet.
Sebelumnya, Einstein sudah kagum dengan medan elektromagnetik yang memutar rotor pembangkit listrik ayahnya, dan dia segera mengerti bahwa gravitasi itu seperti listrik, mesti dihantarkan oleh suatu medan juga, dari sana dia bertekad memahami bagaiman "medan gravitasi" bekerja dan cara menjabarkannya dengan persamaan.
Dan di titik itulah suatu gagasan yang luar biasa terpikir oleh Einstein, suatu langkah genius sejati.
Medan gravitasi bukan menyebar melalui ruang; medan gravitasi adalah ruang itu sendiri. Itulah inti teori relativitas umum.
"Ruang" Newton, tempat benda-benda bergerak, dan "Medan Gravitasi" adalah hal yang sama.
Dengan memperkenalkan medan gravitasi, Einstein kembali mendefinisikan ulang konsep ruang. Ruang telah lama identik dengan kekosongan, tetapi Einstein menyarankan bahwa ini bukan suatu masalahnya. Menurut relativitas umum, Ruang adalah medan gravitasi dan secara konstan mempengaruhi semua materi.
Copyright: ESA--C.Carreau
Suatu momen pencerahan. Penyederhanaan dunia yang telak.
Ruang (space) bukan lagi sesuatu yang berbeda dengan zat (matter)---ruang adalah salah satu komponen "material" dunia. Suatu entitas yang berdenyut,melekuk, melengkung, memuntir.
Kita tidak terkungkung suatu insfrastruktur kaku tak kast mata, kita berada dalam cangkang kerang raksasa yang luwes. Matahari melengkungkan ruang di sekeliling dirinya, dan bumi tidak mengelilingi matahari karena ada suatu gaya misterius, melainkan karena bumi bergerak langsung dalam ruang yang melengkung, seperti kelereng yang bergulir dalam corong; sifat lengkung dindingnya yang membuat kelereng bergulir. Planet-planet mengelilingi matahari, dan benda-benda jatuh, karena ruang melengkung.
Teori Einstein juga diterapkan pada asal usul alam semesta, yang mengarah pada konsep bagaimana semuanya dimulai dari "ledakan besar" atau disebut sebagai Big Bang.
Para ilmuwan telah lama merenungkan pertanyaan apakah alam semesta terbatas atau tidak terbatas. Tapi Einstein menyarankan jalan tengah, menyatakan bahwa sesuatu bisa menjadi terbatas dan tidak terbatas. Bumi, misalnya. Jika anda berangkat ke satu arah, anda dapat melanjutkan perjalanan di sepanjang permukaan dunia selamanya; Anda tidak akan menemui jalan buntu. Jadi, di satu sisi, itu tidak terbatas, namun masih terbatas, dengan jumlah permukaan tertentu ke planet ini.
Hal ini menyebabkan Einstein berteori apakah geometri ruang tidak serupa. Mungkin, jika anda berangkat ke satu arah, anda akhirnya menemukan diri anda kembali ke tempat anda memulai atau ke tempat semula.
Tetapi alam semesta yang terbatas akan berarti bahwa, karena gravitasi, semua benda di dalamnya akan tertarik ke pusat, yang pada akhirnya akan mengakibatkan keruntuhan semua materi ke dalam. Einstein berpikir, karena ini belum terjadi, alam semesta pasti mengembang ke luar, sebagai akibat dari suatu peristiwa yang menggerakkan segala sesuatu. Dan inilah bagaimana Einstein sampai pada gagasan tentang apa yang kemudian dikenal sebagai Teori Big Bang, peristiwa awal yang menciptakan kekuatan yang cukup dahsyat untuk melawan tarikan gravitasi.
---
The theory of quantum mechanics has unveiled three fundamental aspects of the world.
(The Solvay Conference, probably the most intelligent picture ever taken, 1927) rarehistoricalphotos.com
Teori relativitas umum Einstein bukanlah satu-satunya game-changer yang muncul di abad kedua puluh. Fisika juga direvolusi oleh teori kuantum, atau dikenal sebagai mekanika kuantum.
Relativitas umum berusaha menjelaskan hukum kosmik pada ruang dan materi, sedangkan mekanika kuantum adalah penjelasan terbaik kita tentang apa yang terjadi di tingkat mikrokosmik pada atom dan partikel. Namun, meskipun bidang fisika ini telah mencapai kesuksesan eksperimental yang luar biasa, masih menyimpan banyak misteri yang terus digeluti oleh fisikawan.Â
Pada dasarnya, mekanika kuantum telah menyoroti tiga bagian mendasar dunia kita : granularitas, relasionalitas, dan ketidakpastian.
Semuanya dimulai pada tahun 1900, ketika fisikawan dari Jerman yaitu Max Planck mulai menghitung energi dalam medan listrik. Untuk membuat segalanya lebih mudah bagi dirinya sendiri, Planck mengambil jalan pintas matematis dan berasumsi bahwa semua energi didistribusikan dalam paket-paket kecil---ia menyebutnya sebagai kuanta.
Kuanta lebih dari sekadar tipu muslihat matematika. Pada tahun 1905, Einstein menyadari bahwa cahaya juga terdiri dari paket-paket kecil yang serupa. Beberapa tahun setelah itu, fisikawan Denmark Niels Bohr menemukan bahwa elektron atom hanya dapat memiliki sejumlah energi tertentu, berlawanan dengan spektrum energi kontinu yang diasumsikan.
Jadi, apa yang telah ditemukan oleh Planck, Einstein, dan Bohr adalah teori dasar di balik mekanika kuantum, yaitu bahwa alam semesta bersifat granular, karena energi dan cahaya terdiri dari paket-paket kecil yang terbatas.
Aspek fundamental berikutnya dari mekanika kuantum adalah bahwa dunia adalah relasional, yang merupakan penemuan yang dikaitkan dengan fisikawan dari Jerman yakni Werner Heisenberg.
Pada 1920-an, Heisenberg menemukan bahwa elektron tidak selalu memiliki posisi yang tepat di ruang angkasa---sehingga menjungkirbalikkan kepercayaan umum lainnya di kalangan fisikawan. Sebaliknya, Heisenberg menemukan bahwa posisi elektron hanya dapat ditentukan jika berinteraksi dengan sesuatu yang lain. Selangkah lebih maju, ini juga berarti bahwa elektron hanya bisa ada berdasarkan hubungannya dengan objek lain.
Ini membawa kita ke aspek ketiga mekanika kuantum: ketidakpastian.
Prinsip ketidakpastian Heisenberg merupakan fondasi dasar dari ilmu fisika kuantum yang menjadi ciri khas fisika kuantum dengan fisika klasik. Prinsip ketidakpastian Heisenberg memberikan batasan dimana tidak adanya hasil pengukuran mutlak dalam setiap pengukuran kuantum.
---
The theory of quantum gravity raises doubts about the common notions of space and time.
Saat ini, ada paradoks yang dihadapi fisika modern. Dua pilar fisika abad kedua puluh---teori relativitas umum dan mekanika kuantum---bertentangan satu sama lain.
Pertama-tama, menurut relativitas umum, ruang itu melengkung dan semuanya kontinu. Tetapi di dunia mekanika kuantum, ruang itu datar dan semuanya granular dan hadir dalam paket-paket kecil.
Dapat dimengerti, fisikawan sangat ingin mendamaikan perbedaan-perbedaan ini dan menemukan teori yang entah bagaimana dapat menyatukan kedua dunia ini. Dan inilah tepatnya yang ingin dilakukan oleh medan gravitasi kuantum modern.
Pada dasarnya, gravitasi kuantum membuat dua klaim mendasar. Yang pertama adalah bahwa ruang tidak kontinu, melainkan juga granular.
Ini membawa kita kembali ke Democritus, dan pertanyaan tentang apa yang dapat atau tidak dapat dibagi tanpa batas pada tingkat atom. Menurut gravitasi kuantum dari fisikawan Soviet Matvei Brontein, ruang itu tidak habis dibagi, seperti yang telah diteorikan Democritus tentang materi dan atom.
Sementara Brontein mengembangkan teorinya pada tahun 1930-an, penelitian selanjutnya memang mendukung klaimnya dengan menyarankan bahwa ruang ukuran terkecil yang dapat dibagi adalah 10^--33 cm. Pengukuran ini bahkan memiliki nama, yaitu panjang Planck, dan itu satu miliar kali lebih kecil dari inti atom.
Karena ruang berubah menjadi lebih seperti materi daripada yang kita duga sebelumnya, nama lain seperti "atom ruang" atau "kuanta ruang" telah merujuk pada sifat granularnya.
Klaim fundamental lain dari gravitasi kuantum menyangkut gagasan kita yang sangat mendasar tentang waktu.
Lebih dari seabad yang lalu, teori relativitas khusus Einstein melenyapkan anggapan bahwa kita semua tunduk pada jam kosmik yang hebat. Faktanya memang benar, bahkan di beberapa tempat di alam semesta, waktu bisa menjadi lebih lambat atau lebih cepat daripada di tempat lain.
Misalnya, semakin tinggi suatu tempat, semakin cepat waktu akan berjalan. Jika anda meletakkan satu jam di atas meja dan satu lagi di lantai, jam yang lebih dekat ke bumi akan berjalan sedikit lebih lambat.
Karena waktu tidak lagi menjadi ukuran ilmiah yang universal dan andal, fisikawan modern, termasuk di bidang gravitasi kuantum, tidak lagi menggunakannya dalam persamaan fundamental mereka. Jadi tidak hanya aman untuk mengatakan bahwa peristiwa tidak lagi terjadi pada waktunya; anda bahkan bisa mengatakan bahwa waktu tidak ada dalam fisika modern.
---
Studi fisika telah berkembang jauh. Para pemikir Yunani kuno adalah yang pertama menggunakan akal, dan kemudian pada Abad Pertengahan metode ilmiah dikembangkan dengan menggunakan eksperimen yang ketat dan berulang. Dari tradisi ini, Newton mengembangkan teori di mana waktu dan ruang adalah mutlak. Tetapi tradisi Newton akhirnya berubah pada abad ke-20 dengan munculnya teori relativitas umum Einstein yang ditambah dengan mekanika kuantum. Hari ini, fisikawan bertujuan untuk mendamaikan perbedaan relativitas umum dan mekanika kuantum, dan, sebagai hasilnya, mereka telah membuka dunia yang menakjubkan, di mana waktu adalah relatif, ruang bersifat granular dan elektron mungkin ada namun tidak ada.
---
Referensi :
Rovelli, Carlo. 2017. Reality Is Not What It Seems: The Journey to Quantum Gravity. Riverhead Books.
Rovelli, Carlo. 2018. Tujuh Pelajaran Singkat Fisika. Jakarta: PT. Gramedia Pustaka Utama.
