Apa itu Teori String dan bagaimana definisinya?

Evelyn Maitee Marin
Insinyur Industri, MSc Fisika, dan EdD

Teori String adalah pendekatan fisik yang mencoba mendamaikan teori relativitas umum dan teori relativitas umum mekanika kuantum menjadi model tunggal yang berisi dan menjelaskan semua gaya fundamental dari alam. Dalam teori ini, partikel elementer bukanlah partikel titik, seperti yang ditunjukkan oleh model standar fisika, melainkan mewakili "string" atau "filamen" dari dimensi sangat kecil yang bergetar di ruang waktu.

Nama teori tersebut didasarkan pada anggapan bahwa partikel fundamental adalah objek satu dimensi menyerupai string, yang berosilasi pada frekuensi berbeda, yang menentukan massa dan jenis partikel itu mewakili.

Teori ini bermula sekitar akhir tahun 1960-an dan dikembangkan oleh beberapa fisikawan, antara lain Gabriele Veneziano, Yoichiro Nambu, Leonard Susskind, John H. Schwarz dan Michael Green, antara lain. Namun, publikasi utama mulai dihasilkan oleh Jöel Scherk dan John Henry Schwarz sekitar tahun 1974. Para ilmuwan tersebut sedang mencari cara untuk merekonsiliasi teori relativitas umum dan mekanika kuantum, dan sampai pada gagasan bahwa partikel elementer sebenarnya adalah string yang bergetar dalam ruang-waktu, bukan partikel tepat waktu. Selama beberapa dekade berikutnya, teori string telah menjadi subjek banyak kontroversi dan perdebatan dalam komunitas ilmiah.

Dasar teori string adalah gagasan bahwa semua materi dan gaya fundamental di alam semesta adalah hasil dari getaran string ini.

Karakteristik

Beberapa karakteristik dan premis teori string meliputi:

• Partikel elementer sebenarnya adalah string satu dimensi yang bergetar dalam ruang-waktu.

• Karakteristik string ini (seperti panjang dan tegangannya) menentukan sifat partikel yang dihasilkannya.

• Modus osilasi yang berbeda dari string ini dapat menjelaskan keberadaan semua partikel elementer yang diketahui, termasuk boson dan fermion.

• Ini melibatkan beberapa dimensi ekstra-spasial, selain empat dimensi yang kita alami dalam realitas kita sehari-hari.

Teori ini, atau disebut oleh beberapa ilmuwan, hipotesis, didasarkan pada model matematika yang ada sangat kompleks dan berasal dari mekanika kuantum, relativitas umum, geometri diferensial dan topologi.

Penting untuk dicatat bahwa konsep-konsep yang terkait dengan teori ini terus menjadi subjek penelitian dan, oleh karena itu, mungkin saja model matematika dan persamaan yang digunakan dimodifikasi saat penemuan baru dibuat dan yang baru dibuat riset.

Teori string tidak memberikan penjelasan lengkap tentang asal usul alam semesta, karena lebih berfokus pada sifat dasar realitas dan partikel elementer. Namun, sampai batas tertentu cocok dengan teori Big Bang, dalam menjelaskan fenomena seperti inflasi kosmik, yang adalah periode perluasan yang dipercepat yang terjadi pada saat-saat awal alam semesta, dan pembentukan struktur berskala besar skala.

Tantangan dan kritik

Teori string telah menjadi subjek dari banyak kritik dan pencela selama bertahun-tahun, dan beberapa argumen terkait dengan aspek-aspek berikut:

• Kurangnya bukti empiris: terlepas dari penelitian selama puluhan tahun, teori string masih belum memiliki bukti empiris yang cukup untuk memastikan kebenarannya.

• kompleksitas matematika: Teori ini sangat kompleks dari sudut pandang matematika, yang membuat kebanyakan orang sulit untuk memahaminya.

• ketidakterbandingan: tidak dapat dibandingkan dengan fisika standar, artinya eksperimen tidak dapat dilakukan untuk membandingkan dan membangun hubungan antara kedua teori tersebut.

• multiverse: dasarnya menyiratkan keberadaan banyak alam semesta dan sulit bagi sebagian orang untuk menerima gagasan ini.

• Kesulitan membuat prediksi: Karena kerumitannya, teori string sulit digunakan untuk membuat prediksi yang akurat tentang fenomena fisik yang dapat diamati.

Ini hanyalah beberapa kritik dan kelemahan yang telah dilontarkan terhadap teori string. Terlepas dari tantangan ini, penelitian di bidang ini terus berlanjut, dan banyak ilmuwan percaya bahwa ini dapat menjadi kunci pemersatu fisika.

Bidang aplikasi

Teori string diterapkan di bidang-bidang seperti fisika energi tinggi, kosmologi, dan fisika teoretis. Ini juga berimplikasi pada fisika partikel, dan gravitasi kuantum. Selain itu, telah digunakan untuk mempelajari fisika lubang hitam dan entropinya.

Di satu sisi, teori string dapat memecahkan beberapa pertanyaan paling mendasar dalam fisika, seperti rekonsiliasi antara teori relativitas umum dan mekanika kuantum. Filosofinya mendukung keberadaan banyak dimensi dan alam semesta paralel, yang telah menjadi salah satu bidang penelitian paling aktif dalam kosmologi teoretis.

Di sisi lain, hipotesis yang mendasari model ini juga telah menghasilkan lebih banyak kemajuan dalam fisika di luar kosmologi, seperti dalam teori materi terkondensasi dan informasi kuantum, antara lain bidang.

Kosmologi adalah salah satu bidang di mana teori string memiliki partisipasi yang signifikan dalam beberapa dekade terakhir.