Satu miliar tahun yang lalu (yah, memberi atau menerima) di galaksi yang sangat jauh, dua lubang hitam melakukan balet kosmik pas de deux. Mereka mengitari satu sama lain, secara bertahap semakin dekat di bawah pengaruh gravitasi timbal balik, sampai mereka bertabrakan dan bergabung bersama. Akibat tabrakan tersebut, terjadi pelepasan energi yang sangat besar, setara dengan tiga kali massa Matahari kita. Konvergensi, tabrakan, dan penggabungan dua lubang hitam membuat kontinum ruang-waktu di sekitarnya menjadi berantakan dan mengirimkan gelombang gravitasi yang kuat ke segala arah dengan kecepatan cahaya.
Pada saat gelombang ini mencapai Bumi kita (dan itu pada pagi hari tanggal 14 September 2015), deru proporsi kosmik yang dulunya kuat berubah menjadi rengekan yang hampir tidak terdengar. Namun demikian, dua mesin besar yang panjangnya beberapa kilometer (detektor Laser Interferometric Observatory of Gravitational Waves PIOGV), yang terletak di negara bagian Louisiana dan Washington, merekam jejak gelombang ini dengan mudah dikenali. Pada hari Selasa, tiga pemimpin proyek PIOGV lama - Rainer Weiss, Barry Barish dan Kip Thorne - menerima Hadiah Nobel dalam Fisika untuk pencapaian ini.
Penemuan ini telah berlangsung lama, baik dalam skala waktu manusia maupun pada jam astronomi. Weiss, Dr. Thorn, dan Dr. Barish serta rekannya telah mengerjakan proyek mereka selama beberapa dekade. Ribuan orang yang bekerja di lima benua terlibat dalam penemuan tahun 2015 ini. Proyek ini memberikan contoh visi strategis masa depan oleh para ilmuwan dan pembuat kebijakan, yang hampir sejauh lubang hitam yang bertabrakan ini dari kita.
Pada akhir 1960-an, Dr. Weiss mengajar mata kuliah fisika senior di Massachusetts Institute of Technology. Beberapa tahun sebelumnya, fisikawan Joseph Weber telah mengumumkan bahwa dia telah mendeteksi gelombang gravitasi menggunakan instrumen dengan antena silinder aluminium. Namun, Weber gagal meyakinkan para skeptis. Dr Weiss memberi tugas pekerjaan rumah kepada siswanya untuk menemukan cara lain mendeteksi gelombang. (Siswa, catat: terkadang pekerjaan rumah adalah pertanda Hadiah Nobel.) Tetapi bagaimana jika Anda mencoba mendeteksi gelombang gravitasi dengan mempelajari secara cermat perubahan terkecil dalam interferensi sinar laser yang bergerak di sepanjang jalur yang berbeda dan kemudian menghubungkannya kembali di detektor?
Secara teori, gelombang gravitasi harus meregang dan berkontraksi di ruang angkasa, bergerak melewatinya. Dr Weiss membuat asumsi bahwa gangguan seperti itu akan mengubah panjang jalur salah satu sinar laser, karena itu kedua sinar akan tidak sinkron pada saat mencapai detektor, dan dari perbedaan desinkronisasi akan memungkinkan untuk menentukan pola gangguan.
Ide itu berani dan revolusioner. Dan itu membuatnya lebih ringan. Untuk menangkap gelombang gravitasi dengan amplitudo yang diharapkan menggunakan teknik interferensi, fisikawan harus mendeteksi perbedaan jarak yang merupakan satu bagian dalam seribu miliar miliar. Ini seperti mengukur jarak antara Bumi dan Matahari dalam skala satu atom, sambil memantau semua sumber getaran dan kesalahan lain yang dapat menekan sinyal lemah tersebut.
Tidak mengherankan, Dr. Thorne, yang menjadi salah satu peraih Nobel tahun ini, mengajukan masalah tersebut sebagai tugas pekerjaan rumah di buku teks 1973-nya. Dia membawa siswa pada kesimpulan bahwa interferometri sebagai metode untuk mendeteksi gelombang gravitasi tidak baik. (Oke, Tuan-tuan, siswa, terkadang Anda tidak perlu mengerjakan pekerjaan rumah Anda.) Tetapi dengan studi yang lebih dalam tentang masalah ini, Dr. Thorne menjadi salah satu pendukung terkuat dari metode interferometri.
Meyakinkan Dr. Thorne lebih mudah daripada mendapatkan dana dan melibatkan siswa. National Science Foundation pada tahun 1972 menolak proposal pertama Dr. Weiss. Pada tahun 1974 ia membuat proposal baru dan menerima sejumlah dana untuk studi desain. Pada tahun 1978, Dr. Weiss mencatat dalam lamarannya untuk pendanaan: "Secara bertahap, saya menyadari bahwa jenis penelitian ini paling baik dilakukan oleh ilmuwan yang tidak ragu dan mungkin bodoh, serta mahasiswa pascasarjana muda dengan kecenderungan suka bertualang."
Video promosi:
Ruang lingkup proyek berkembang secara bertahap. Lengan interferometer yang besar sekarang harus memanjang beberapa kilometer, bukan meter, dan dilengkapi dengan optik dan elektronik paling modern. Pada saat yang sama, anggaran dan tim peneliti bertambah. Pelaksanaan proyek kompleks ini sekarang tidak hanya membutuhkan pengetahuan fisika yang mendalam, tetapi juga keterampilan politik. Pada titik tertentu, upaya untuk membangun salah satu pendeteksi besar ini di Maine gagal karena persaingan politik dan kesepakatan aparat Kongres di belakang layar. Ini mengajari para ilmuwan bahwa ada lebih banyak interferensi daripada sinar laser.
Anehnya, National Science Foundation menyetujui pendanaan untuk PIOGV pada tahun 1992. Itu adalah proyek yayasan yang paling mahal, yang masih ada hingga hari ini. Waktunya tepat: setelah runtuhnya Uni Soviet pada akhir 1991, fisikawan segera menyadari bahwa argumen Perang Dingin yang mendukung penelitian ilmiah di Kongres tidak lagi valid.
Sekitar waktu inilah taktik anggaran di Amerika Serikat memasuki fase baru. Sekarang, ketika merencanakan proyek-proyek jangka panjang, perlu mempertimbangkan seringnya ancaman penangguhan kegiatan badan-badan negara (kadang-kadang dilakukan). Ini memperumit situasi penganggaran karena fokusnya sekarang pada proyek-proyek jangka pendek yang menjanjikan hasil yang cepat. Jika proyek seperti PIOGV diusulkan hari ini, sulit membayangkan bahwa proyek itu akan mendapat persetujuan.
Namun, PIOGV menunjukkan keuntungan tertentu dari pendekatan jangka panjang. Proyek ini mencontohkan hubungan erat antara sains dan pendidikan yang melampaui pekerjaan rumah. Banyak mahasiswa sarjana dan pascasarjana dari tim PIOGV menjadi rekan penulis artikel sejarah tentang gelombang yang terdeteksi. Sejak 1992, hampir 600 disertasi telah ditulis dalam kerangka proyek ini di Amerika Serikat saja, yang disiapkan oleh ilmuwan dari 100 universitas dan 37 negara bagian. Penelitian ilmiah telah jauh melampaui fisika, dan sekarang mencakup bidang-bidang seperti desain teknik dan pengembangan perangkat lunak.
PIOGV menunjukkan apa yang dapat kami capai dengan melihat melampaui cakrawala dan tidak terpaku pada anggaran dan laporan tahunan. Dengan membangun mesin yang sangat sensitif dan mendidik para ilmuwan dan insinyur muda yang cerdas dan berdedikasi, kita dapat menguji pemahaman mendasar kita tentang alam dengan ketepatan yang belum pernah terjadi sebelumnya. Upaya semacam itu sering kali mengarah pada perbaikan dalam teknologi yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari: sistem navigasi GPS dibuat sebagai bagian dari pekerjaan untuk menguji teori relativitas umum Einstein. Benar, penemuan tak terduga seperti itu sulit diprediksi. Tetapi dengan kesabaran, ketekunan, dan keberuntungan, kita bisa melihat ke kedalaman alam semesta yang paling dalam.
David Kaiser adalah Profesor dan Dosen Fisika dan Sejarah Sains di Massachusetts Institute of Technology. Bersama W. Patrick McCray, dia telah mengedit Groovy Science: Knowledge, Innovation, dan American Counterculture.
