Teori relativitas mengubah segalanya, tetapi butuh waktu yang sama.
Deteksi gelombang gravitasi oleh Laser Interferometric Gravitational Wave Laboratory LIGO terjadi tepat seratus tahun setelah Einstein merumuskan teori relativitas umumnya dalam sebuah artikel di mana kemungkinan keberadaan gelombang gravitasi dijelaskan secara matematis. Atau setidaknya begitulah cerita yang dihadirkan ke publik (termasuk Anda benar-benar). Dan dalam beberapa hal bahkan sesuai dengan kenyataan.
Namun, kenyataan bagaimana relativitas telah berkembang ke titik di mana orang-orang telah mengenali bahwa gelombang gravitasi tampaknya ada dan dapat dideteksi, ternyata jauh lebih kompleks daripada narasi yang dijelaskan di atas. Dalam Nature Astronomy minggu ini, sekelompok sejarawan sains memberikan semua detail tentang cara kami melakukan perjalanan dari awal relativitas ke LIGO Laser Interferometric Gravitational Wave Laboratory. Dan dalam prosesnya, para sejarawan menunjukkan bahwa ide-ide tentang revolusi ilmiah yang mengarah pada perubahan tak terduga dan radikal terkadang ternyata tidak dapat dipertahankan.
Apakah paradigma Anda berubah?
Konsep populer dari revolusi ilmiah (sejauh ada) diuraikan oleh Thomas Kuhn. Kuhn menggambarkan proses di mana data secara bertahap menggerakkan teori yang ada menuju krisis, memungkinkan hampir semua orang melihat bahwa teori itu tidak lagi berfungsi. Setelah masa krisis, revolusi terjadi dan teori baru muncul. Kemampuan teori untuk memecahkan semua masalah yang memicu permulaan krisis dengan cepat mendapat dukungan, dan periode baru ilmu pengetahuan dimulai, berdasarkan teori atau "berdasarkan paradigma," seperti yang dikatakan Kuhn.
Pada tingkat tertentu, ini semua sangat cocok dengan sejarah relativitas. Proposal Einstein memang menciptakan paradigma baru ruangwaktu melengkung, dan mereka memecahkan banyak masalah gravitasi Newton, dan juga dengan cepat menerima konfirmasi eksperimental, dan diterima. Namun kurang dari setahun kemudian, Einstein menerbitkan sebuah makalah yang menggunakan paradigma baru untuk pembentukan gelombang gravitasi. Artikel itu ternyata salah, tetapi setelah beberapa tahun dia menerbitkan versi yang direvisi. Revolusi ini, yang menandai dimulainya periode penemuan, selesai seabad kemudian.
Namun, sejarawan menyebutkan - Alexander Blum, Roberto Lalli dan Jürgen Renn - ingin menangani parade perubahan paradigma ini secara menyeluruh. Dan mereka melakukan ini dengan berfokus pada implikasi rumusan relativitas umum Einstein.
Video promosi:
(Perlu dicatat bahwa pendekatan ini juga tidak mendukung model revolusi Kuhn. Orang bekerja dengan baik dalam kerangka konsep Newton bahkan setelah masalahnya menjadi jelas, dan juga tidak ada periode krisis yang jelas bahkan setelah Einstein merumuskan teorinya tentang relativitas umum. Dalam beberapa hal, relativitas umum hanya memecahkan masalah yang diciptakan Einstein sendiri ketika ia mengajukan relativitas khusus).
Buat gelombang
Sebagai permulaan, harus dikatakan bahwa gelombang gravitasi tidak muncul secara langsung dari fakta bahwa Einstein sedang mengerjakannya. Rupanya, Einstein tidak terlalu memikirkan keberadaan mereka dengan sangat serius sampai Karl Schwarzschild dan ketenaran jari-jarinya mendorongnya untuk melakukannya. Ada kesalahan dalam artikel pertamanya tentang topik tersebut, dan versi yang dikoreksi hanya berfungsi jika gelombang merambat di dalam silinder. Meskipun artikel ini memberikan dasar untuk klaim bahwa Einstein-lah yang meramalkan keberadaan gelombang gravitasi, tidak diragukan lagi ini adalah solusi perkiraan dalam lingkungan yang disederhanakan.
Dan di sinilah Einstein meninggalkan masalah ini. Fokusnya bergeser, dan dia mencoba menggabungkan versinya tentang gravitasi dengan elektromagnetisme. Tidak banyak orang yang siap untuk menangani masalah ini pada saat mekanika kuantum mulai berkembang, dan Perang Dunia Pertama mengganggu kerja komunitas ilmiah dan mengalihkan perhatian anggotanya ke fisika terapan. Menurut sejarawan sains disebutkan, banyak pekerjaan di bidang teori relativitas yang dilakukan selama periode ini difokuskan pada menerjemahkan sistem fisik yang ada dan dijelaskan dengan baik dari bahasa mekanika Newton ke dalam bahasa teori relativitas. Perhatian yang jauh lebih sedikit diberikan pada upaya untuk menentukan kemungkinan unik apa dari pemahaman alam semesta yang disediakan oleh teori relativitas.
Kurangnya ingatan yang mendalam tentang apa arti relativitas diperparah oleh masalah seperti kesalahan matematika Einstein. Ketika konsep absurd seperti singularitas muncul dalam matematika, tidak jelas apa yang mereka coba katakan kepada kita dengan cara ini. Apakah abstraksi semacam itu memiliki dasar dalam kenyataan? Bisakah pendekatan matematika lain menawarkan solusi yang lebih cerdas? Ataukah teori relativitas terbatas pada apa yang berhasil dijelaskannya? Dengan tidak adanya pemahaman yang mendalam tentang teori ini, mungkin akan sulit untuk mengatakan opsi mana yang paling mungkin.
Karena gelombang gravitasi dapat muncul dari persamaan yang benar, ada sedikit minat untuk menentukan apakah keberadaannya diperlukan, dan bahkan lebih sedikit minat pada pertanyaan tentang bagaimana kita dapat menangkapnya.
Penerobosan
Tapi bagaimana daerah ini berhasil keluar dari stagnasi? Pada tahun 1950-an, fisika mendapat banyak dukungan dari negara karena keberhasilannya selama perang, dan sebagai hasilnya, komunitas peneliti tumbuh. Selain itu, menjadi jelas bahwa efek gravitasi diperlukan untuk memahami kumpulan data kita yang mengembang yang menggambarkan alam semesta dan evolusinya.
Komunitas relativitas telah menerima dukungan dari internasionalisasi ilmu pengetahuan yang berkembang, dan konferensi tahunan telah diselenggarakan tentang berbagai topik di bidang ini. Komunitas yang lebih luas ini telah mencapai konsensus bahwa pertanyaan fisik yang tersisa tentang teori relativitas harus ditangani jika masing-masing kelompok peneliti ingin memiliki keyakinan dalam pekerjaan yang mereka lakukan. Memecahkan masalah yang terkait dengan teori relativitas juga dianggap sebagai prasyarat untuk mengintegrasikannya dengan mekanika kuantum, dan banyak yang tertarik untuk mengerjakan masalah ini.
Keberadaan gelombang gravitasi adalah salah satu masalah ini, dan oleh karena itu mereka mulai menarik perhatian. Terobosan kuncinya datang pada konferensi di mana para peneliti (termasuk Richard Feynman) mampu memahami bagaimana energi yang terkandung dalam gelombang gravitasi dapat dipertukarkan dengan bentuk energi yang lebih dipahami di seluruh alam semesta. Peneliti lain mampu membuat deskripsi matematis gelombang elektromagnetik dan kemudian memodifikasinya untuk mendeskripsikan gelombang gravitasi. Struktur matematika yang dihasilkan menjadi dasar untuk memahami bahwa gelombang gravitasi adalah osilasi dalam ruang-waktu, dan sudut pandang ini bertahan hingga saat ini.
Pemberontakan
Semua ini, serta kemajuan dalam bidang lain teori relativitas, telah menciptakan landasan teoretis yang kokoh. Bloom, Lally, dan Rennes percaya bahwa ketika relativitas umum pertama kali disajikan, orang berpikir dalam kerangka konsekuensi relativitas untuk teori lain yang mereka gunakan untuk memahami alam semesta. Menurut para sejarawan, pada awal 1960-an, teori relativitas seharusnya dihargai karena terkait langsung dengan perilaku alam semesta, dan tidak diperlukan teori lain lagi. Ini menciptakan dasar bagi keyakinan bahwa gelombang gravitasi, sebagai konsekuensi alami dari teori ini, pasti memiliki semacam manifestasi fisik.
Pemahaman ini juga diperlukan untuk membuat model yang memungkinkan kita berbicara tentang seperti apa bentuk gelombang gravitasi, berdasarkan peristiwa yang menghasilkannya. Dan kami dapat memisahkan kejadian nyata dari kebisingan segera setelah kami memiliki detektor seperti LIGO dengan kepekaan yang memadai untuk mendeteksinya.
Proses 40 tahun ini tidak sesuai dengan revolusi yang dibicarakan Kuhn. Tidak ada krisis, dan tidak ada periode penelitian panik pada saat orang mencoba mengembangkan teori baru yang dapat menyelesaikan kontradiksi yang jelas karakteristik dari pendahulunya yang tidak dapat dipertahankan. Namun, para sejarawan ini percaya bahwa ada satu hal yang benar tentang Kuhn: orang-orang yang sangat tenggelam dalam dunia relativistik memiliki pandangan yang berlawanan secara fundamental tentang alam semesta, dan akan sulit bagi mereka untuk berbagi pandangan dengan orang-orang yang tinggal di dunia Newtonian.
Kuhn melihat masalah ini pada dasarnya sebagai masalah bahasa; istilah lama memperoleh arti baru dalam paradigma baru. Namun, sejarawan di atas tampaknya percaya bahwa perubahan perspektif seperti itu diperlukan untuk segala jenis kemajuan ilmiah. Sampai orang dapat memasuki realitas teori baru dan menghargai semua konsekuensinya, akan sulit bagi mereka untuk memahami maknanya dan membuat prediksi - dan perubahan dalam bahasa hanyalah produk sampingan.
John Timmer
