Bianglala

Kita masih akan melanjutkan petualangan di dunia fisika, dan topik kita kali ini adalah Fisika Star Trek. Tentu saja ini bukan satu cabang ilmu fisika. Star Trek, kita tahu, adalah salah satu serial fiksi ilmiah paling populer sepanjang masa. Selama lebih dari 35 tahun serial ini terus diproduksi oleh Hollywood dan punya jutaan pemirsa fanatik yang menyebut diri mereka ‘trekker’. Lantas apa hubungannya dengan fisika?

Sebagai sebuah serial fiksi ilmiah, para penulis skenario Star Trek banyak memakai gagasan menarik dari ilmu fisika. Terkadang mereka menggunakannya secara tepat, kadang tidak. Kadang mereka hanya memetik istilah-istilah yang dipakai oleh fisikawan dan kadang memakai konsep yang terkait dengan istilah tersebut. Topik-topik yang mereka pakai menjadi mirip suatu ulasan ilmu fisika modern seperti: relatifitas umum dan khusus, kosmologi, fisika partikel, perjalanan waktu, penciutan ruang, hingga dinamika kuantum.

Tetapi tidak banyak yang tahu bahwa Star Trek menyimpan segudang kesalahan yang melanggar prinsip dasar sains, terutama fisika. Beranjak dari persoalan itulah, maka fisikawan Lawrance M Krauss secara khusus membahasnya dalam buku ini. Physics of Star Trek (terjemahan Indonesia: Fisika Star Trek, Kepustakaan Populer Gramedia, 2001), membawa kita untuk menyelami lebih jauh kesalahan-kesalahan fisika yang bertebaran di berbagai episode Star Trek.

Krauss memulai ‘kuliahnya’ dengan topik yang paling sederhana: bagaimana pengaruh percepatan pesawat antariksa terhadap awaknya. G-Force (gaya G, gravitasi alam) yang timbul saat pesawat melaju dengan percepatan yang sangat tinggi ternyata bisa membunuh awaknya dengan cepat. Ini bisa dijelaskan dengan mudah menggunakan prinsip hukum gerak Newton pada fisika klasik.

Dari sana kita akan beranjak pada soal lain yang lebih ‘canggih’ seperti kemungkinan untuk membuat pesawat yang mampu melaju dengan kecepatan melampaui kecepatan cahaya (yang di Star Trek dikenal sebagai kecepatan warp). Semua orang yang pernah belajar tentang teori relativitas khusus pasti tahu bahwa tidak ada sesuatupun yang bisa bergerak melebihi kecepatan cahaya. Bahkan untuk melaju dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, kita juga akan berhadapan dengan tantangan tersendiri. Dengan menggunakan persamaan Einstein yang terkenal yang menggambarkan hubungan massa dengan energi (E=mc²), kita bisa menghitung kebutuhan bahan bakar untuk melaju, katakanlah, setengah kecepatan cahaya.

Kita bisa berasumsi bahwa pesawat kita digerakkan oleh reaksi nuklir yang serupa dengan yang terjadi di matahari, dimana hidrogen dirubah menjadi helium. Dalam reaksi ini, sekitar 1% massa yang tersedia dirubah menjadi energi. Energi sebanyak itu kemudian memancar keluar dari belakang roket dengan kecepatan 1/8 kecepatan cahaya. Seandainya seluruh pesawat terdiri dari hidrogen, maka untuk menambah kecepatan sampai separuh kecepatan cahaya, diperlukan bahan bakar sebesar 81 KALI BESAR MASSA PESAWAT. Apabila massa pesawat Voyager di Star Trek sekitar 4 juta metrik ton ³, maka bahan bakar yang dibutuhkan mencapai hampir 300 juta ton, dan ini baru untuk kecepatan tunggal. Hitungan ini akan lebih buruk lagi apabila pesawat harus berhenti. Untuk menghentikan pesawat dalam kecepatan sedemikian, maka kita memerlukan bahan bakar sejumlah 81 x 81 = 6561 KALI SELURUH MASSA PESAWAT. Sementara itu, tenaga yang dipancarkan oleh mesin akan setara dengan 10²² watt (angka satu diikuti 22 buah nol di belakangnya), atau semiliar kali rata-rata jumlah energi yang dihasilkan dan digunakan manusia di bumi. Rasanya hitung-hitungan ini tidak perlu dilanjutkan lagi karena kesimpulannya sudah jelas: ide untuk membuat pesawat yang bisa melaju melampaui, atau sekedar mendekati kecepatan cahaya adalah tidak mungkin diwujudkan dari segi fisika, baik di masa kini atau kapan saja.

Dan bagaimana dengan teknologi transporter yang dilukiskan mampu memindahkan seseorang dari satu tempat ke tempat lain secara cepat? Dalam serial Star Trek, transporter dilukiskan bekerja dengan cara mengubah materi menjadi energi yang kemudian dipancarkan ke suatu tempat dimana energi itu akan kembali dirubah kedalam bentuk materi. Dengan ‘rumus sakti’ yang sama dari Einstein (E=mc², tentu saja) kita kembali dapat menghitung bahwa jika seseorang dengan berat 50 kg dirubah menjadi energi murni, maka energi yang akan dilepas (entah akan disalurkan kemana) paling tidak setara dengan ledakan 1000 ton (1 megaton) bom hidrogen. Sulit dibayangkan cara yang aman dan ramah lingkungan untuk proses ini.

Belum lagi untuk memetakan 10²⁸ atom materi yang membentuk tubuh seseorang yang akan dipindahkan dengan transporter akan melahirkan tantangan tersendiri dari segi komputasi. Diperlukan media penyimpanan berkapasitas ekstra besar dan sistem komunikasi berkecepatan ultra tinggi dalam proses pemindaian, penyimpanan hingga pengiriman objek lewat transporter. Ujung-ujungnya kita kembali dihadapkan pada hitung-hitungan sederhana tapi melibatkan angka yang sangat besar, dan semuanya berakhir pada kesimpulan bahwa teknologi transpoter termasuk yang mustahil untuk bisa diwujudkan.

Di akhir buku, masih ada ulasan soal kesalahan-kesalahan kecil namun fatal yang tersebar di berbagai episode serial ini. Kadang kesalahan itu nampak sangat konyol dan mengundang senyum. Salah satu contohnya adalah dalam suatu episode ketika dikisahkan seorang tokoh membekukan sebuah objek hingga -298 derajat Celcius. Ini tidak mungkin terjadi karena dalam skala Celcius, suhu nol mutlak adalah -273 derajat. Nol mutlak adalah suhu terendah yang bisa dicapai oleh segala sesuatu. Dalam suhu ini, segala gerak di tingkat atom dan molekul praktis terhenti. Dan karena temperatur diasosiasikan dengan gerak molekul dan atomik, maka kita tidak bisa memperoleh kondisi yang lebih membeku daripada tanpa gerakan sama sekali. Sampai kapanpun juga, baik di masa kini maupun masa mendatang, nol mutlak adalah tetap mutlak.

Secara umum, buku ini cukup mencerahkan. Ditulis dengan gaya bahasa sederhana dan gampang dicerna membuat buku ini juga cocok dibaca oleh mereka yang tidak punya latar belakang sains sekalipun. Walaupun judulnya mengandung kata “fisika”, tetapi kita nyaris tidak menemukan persamaan matematika sebagaimana buku-buku fisika pada umumnya. Kalaupun ada yang bisa disebut kelemahan pada buku ini adalah kurangnya ilustrasi yang mendukung. Seandainya beberapa penjelasan dilengkapi dengan ilustrasi, tentu akan lebih memudahkan bagi pemahaman pembaca.

Akhirnya, apabila Anda seorang penggemar serial Star Trek, atau fiksi imiah pada umumnya, buku ini pantas dibaca sebagai rujukan. Tentu saja Anda boleh berkomentar bahwa Star Trek cukup dipandang sebagai hiburan dan tidak perlu terlalu diseriusi (apalagi dengan mendalami aspek fisikanya), namun seperti yang diungkapkan oleh fisikawan terkemuka, Stephen Hawking dalam pengantarnya untuk buku ini, “Fiksi ilmiah hari ini sering menjadi kenyataan di hari esok. Memang sangatlah perlu meneliti gejala fisika yang melandasi Star Trek. Membatasi perhatian kita pada benda-benda di bumi berarti membatasi cakrawala semangat manusia itu sendiri”.

Seorang Alexander Calandra di minta menjadi wasit antara mahasiswa dan dosennya yang berdebat tentang penilaian suatu pertanyaan fisika. Dosen tersebut ingin memberikan nilai nol atas jawaban mahasiswanya. Namun Sang mahasiswa bersikeras bahwa seharusnya ia mendapat nilai penuh atas jawabannya. Pertanyaannya: Uraikan cara menentukan ketinggian suatu gedung tinggi dengan bantuan Barometer!

Jawaban sang mahasiswa: “bawa Barometer itu ke puncak gedung, ikatkan dengan tali turunkan sampai ke jalan, lalu tarik dan hitung panjang tali.”

Alexander (wasit) Menyatakan kedudukan sang mahasiswa tersebut memang kuat untuk mendapat nilai penuh karena ia benar-benar menjawab dengan lengkap dan benar. Tetapi bila di beri nilai penuh, hal ini tidak mengkonformasikan kemampuan mahasiswa dalam ilmu fisika. Alexander meminta sang mahasiswa tersebut menjawabnya lagi dalam waktu enam menit dengan syarat ada unsur fisika dalam jawabannya. Sang mahasiswa dan dosennya pun setuju akan hal itu.

Pada akhir lima menit, sang mahasiswa belum menuliskan jawaban apapun. Sang wasit sempat bertanya, apakah ia sudah menyerah. Sang mahasiswa menjawab bahwa sebenarnya ada banyak cara untuk menjawabnya, namun ia hanya memikirkan mana yang terbaik.

Akhir menit ke enam, sang mahasiswa pun langsung menjawab: “bawa barometer ke puncak gedung, condongkan tubuh ke tepi gedung lalu jatuhkan barometer, hitung waktu jatuhnya, masukkan ke rumus S=Vot + 0,5at-squared Dimana Vo=0, maka Tinggi gedung = 0,5aT-squared.

Dosennya pun lalu mengaku kalah dan memberi nilai penuh kepada mahasiswa tersebut.

Saat Alexander meninggalkan kantor dosen sang mahasiswa, ia teringat bahwa sang mahasiswa punya jawaban lain untuk pertanyaan itu, lantas ia pun pergi untuk menemuinya dan menanyakan jawaban yang lain tersebut.

Sang mahasiswa langsung menjawab, “Kita bawa keluar barometer pada hari yang cerah, ukur tinggi barometer dan panjang bayangannya. Lalu ukur panjang bayangan gedung. Dengan menggunakan aturan proporsi yang sederhana kita dapat mengetahui tinggi gedung.”

Bagus kata Alexander, lalu ia bertanya lagi: “ada yang lainnya ???”

“Ada”, jawab sang mahasiswa. “Ada pengukuran yang sangat mendasar yang pasti bapak sukai. Kita bawa barometer dengan menaiki tangga, selagi menaiki tangga kita menandai dinding dengan panjang barometer, Lalu hitung jumlah tanda, dan ini memberikan tinggi gedung dalam satuan tinggi barometer.” (metode yang sangat langsung)

Mahasiswa berkata lagi, “Tentu saja bila ingin metode yang lebih canggih, kita bisa mengikat barometer ke ujung tali, lalu ayunkan seperti pendulum. Lakukan hal ini di jalan dan di puncak gedung. Dengan T=2(3,14) (L/g)^0,5 Maka kita dapat mengetahui gravitasi di jalan dan di puncak gedung. Dengan perbedaan ini, secara prinsip kita dapat mengetahui tinggi gedung.”

“Dengan pendekatan yang sama, bawa barometer ke puncak gedung, lalu ikat pada tali yang panjang, turunkan sampai ke jalan, lalu ayunkan sebagai pendulum. Lalu hitung tinggi bangunan menggunakan periode ayunan. Dimana Tinggi bangunan=L, g=9,8 ms-2T=periode -> nilainya dapat dicari. maka L=tinggi bangunan dapat dicari.”

Sang mahasiswapun menyimpulkan bahwa banyak cara untuk menjawab pertanyaan tersebut. Namun ada cara praktis (rumus praktis-The fast Solution-Metode penalaran-The king of the fast Solution) yang paling cepat dan paling akurat untuk menjawabnya. Yaitu: Kita bawa barometer turun kelantai bawah tanah Lalu ucapkan mantra ini, “Pak pengelola gedung, ini ada barometer bagus. Kalau bapak bisa memberi tahu berapa tinggi gedung ini, maka barometer ini saya berikan pada bapak.”

Pada saat Alexander menanyakan apakah sang mahasiswa mengetahui cara konvensional dalam menjawabnya, sang mahasiswa berkata bahwa ia sebenarnya tahu cara menjawabnya, hanya saja ia sudah bosan untuk selalu didikte oleh dosen-dosennya. (Disarikan dari Chicken Soup for the College Soul)

CATATAN:
Cara konvensional untuk mencari ketinggian dengan barometer adalah: Hitung selisih tinggi air raksa dibawah dan dipuncak gedung. P=P(rho) gh dengan p (rho) raksa=13600 kgm^-3. Hitung selisih P (tekanan) udara diatas dan dibawah gedung, lalu hitung h dengan g=13600 dan dP=dicari dahulu. Dari persamaan terlihat P (rho) berbanding terbalik dengan h. Dengan P(rho) Udara = 1Kgm^-3. Dari sana kita dapat mencari tinggi gedung.

Ketika Calvin Coolidge menjadi Presiden Amerika, setiap hari ia menerima banyak tamu. Kebanyakan mereka menyampaikan keluhan ini atau itu.

Pada suatu hari seorang Gubernur yang sedang berkunjung mengatakan kepada Presiden, ia tidak mengerti bagaimana ia dapat menerima begitu banyak tamu dalam beberapa jam saja.

“Bagaimana bapak dapat selesai menerima semua tamu pada waktu makan malam,” kata Gubernur, “sedang saya sering kali harus tinggal di kantor sampai tengah malam.”

“Tentu saja,” kata Coolidge, “Karena bapak berbicara.”

(DOA SANG KATAK 2, Anthony de Mello SJ)