Semesta dalam Fisika

Sekitar 2.600 tahun silam, Thales mengubah pandangan mitologis mengenai semesta dan kehidupan manusia. Menurut dia, alam konsisten mengikuti prinsip yang bisa dipahami. Pandangan Thales dilanjutkan para pengikutnya, yang lalu menjadi tumpuan proses panjang penggantian ide tentang dewa-dewa dengan konsep semesta yang diatur hukum alam dan diciptakan menurut cetak biru yang suatu saat bisa dipelajari. Tapi proses ini baru benar-benar dimulai setelah 20 abad kemudian.

Elektromagnetisme

Medan elektromagnetik terdapat di balik hampir semua fenomena kehidupan sehari-hari, kecuali gravitasi. Temuan-temuan tentang hal yang mengidentifikasi hubungan erat antara gaya listrik dan magnet ini dimulai dari Hans Christian Orsted (1820). Michael Faraday dan James Clerk Maxwell, antara lain, yang menyempurnakannya. Implikasi teoretis dari temuan tentang elektromagnetik merupakan fondasi dari Teori Relativitas Khusus yang dirumuskan Albert Einstein.

Fisika Kuantum

Teori fisika dari masa Newton merupakan cermin pengalaman sehari-hari, dengan obyek material yang memang eksis, bisa ditentukan lokasinya, mengikuti jalur tertentu, dan seterusnya. Fisika kuantum, yang dikembangkan sejak abad ke-20, merupakan cara memahami alam pada skala atom dan subatom. Model kuantum menyebutkan partikel tak memiliki posisi pasti sepanjang waktu antara titik awal dan titik akhir dalam suatu eksperimen. Tapi Richard Feynman belakangan menafsirkan bahwa partikel mengambil setiap jalur yang mungkin yang menghubungkan dua titik secara bersamaan.

Hukum Alam

Konsep modern tentang hukum alam muncul pada abad ke-17. Johannes Kepler adalah ilmuwan pertama yang memahaminya dalam pengertian sains modern. Sesudahnya, antara lain, ada Galileo Galilei dan Rene Descartes. Tapi baru Isaac Newton-lah yang diterima luas, berkat hukum gerak dan gravitasinya. Tiga pertanyaan pokok yang timbul setelah hukum yang mengatur alam diakui adalah (1) dari mana asal-usul hukum itu; (2) apa ada perkecualian, misalnya keajaiban; dan (3) apa hanya ada satu kemungkinan dari hukum itu.

Teori Relativitas

Inilah teori yang memperkaya fisika dan astronomi sepanjang abad ke-20. Melalui empat makalah pada 1905, yang merupakan fondasi Teori Relativitas Khusus, Einstein mengubah persepsi yang dipengaruhi teori mekanika Newton. Tapi orang lebih mengingat teori ini dalam kaitannya dengan bom nuklir. Einstein menerbitkan Teori Relativitas Umum pada 1915, yang menegaskan ruang-waktu tidak datar, sebagaimana diasumsikan sebelumnya, tapi berbentuk kurva karena adanya distorsi oleh massa dan energi di dalamnya.

Teori M

”M” di sini bisa berarti ”master”, ”miracle” (keajaiban), atau ”misteri”. Atau malah ketiga-tiganya. Pencetusnya, Edward Witten, mengatakan penafsiran atas ”M” bergantung pada selera penggunanya. Sebagai perluasan teori dawai (string theory), yang merupakan ikhtiar menggabungkan fisika kuantum dan teori relativitas umum, inilah teori yang digadang-gadang sebagai teori segalanya, yang menyatukan keempat gaya fisika; Hawking bahkan yakin inilah satu-satunya kandidat teori paripurna tentang semesta. Tapi observasilah yang masih harus membuktikannya.

Realitas

Kebanyakan ilmuwan berpendapat hukum alam merupakan ekspresi matematis dari realitas eksternal, lepas dari siapa pun pengamat yang menyaksikannya. Tapi telaah mengenai bagaimana kita mengamati dan merumuskan konsep tentang alam telah memunculkan pertanyaan apakah realitas obyektif memang ada. Timbul kubu realis dan antirealis. Realisme tergantung-model mempertemukan keduanya pada titik apakah suatu model sesuai dengan pengamatan atau tidak. Maka bisa dikatakan tidak ada model matematika atau teori tunggal yang bisa mendeskripsikan setiap aspek alam semesta.