Kisah Realitas yang Tak Pernah Tamat

Oleh: Kate Becker
18 Desember 2015
(Sumber: plus.maths.org)

Artikel ini pertama kali dimuat di situs komunitas FQXi. FQXi adalah mitra kami dalam proyek informasi tentang informasi. Klik di sini untuk membaca artikel lain terkait konsep “it from bit” milik John Wheeler.

Dalam The Neverending Story (film dan novel berjudul sama), bocah lelaki bernama Bastian menemukan hal luar biasa dari buku yang diselundupkannya ke dalam ransel: isinya berubah seiring dia baca. Ternyata, tindakan membaca The Neverending Story adalah sekaligus tindakan menulisnya.

Wojciech Zurek (Gambar: Los Alamos National Laboratory)
Wojciech Zurek (Gambar: Los Alamos National Laboratory)

Mungkinkah alam semesta kita berada dalam siklus serupa?

Wojciech Zurek, fisika teoritis di Los Alamos National Laboratory, yakin pertanyaan ini dapat membawa kita lebih memahami salah satu misteri terdalam fisika: bagaimana realitas terindera timbul dari dunia aneh mekanika quantum?

“Status-status mekanika quantum bersifat kabur dan rapuh,” kata Zurek. Dalam mekanika quantum, prinsip superposisi quantum menjamin bahwa kombinasi status-status quantum itu sendiri adalah status quantum yang diperkenankan. “Sebuah sistem yang dapat berada di sini atau di sana semestinya secara legal mampu berada di sini dan di sana sekaligus,” jelas Zurek. Tapi bagi kita alam semesta terlihat spesifik dan kokoh. Kita tak mengalami superposisi “nonlokal” demikian dalam kehidupan sehari-hari: entah bagaimana, superposisi bergoyang menjadi satu status definitif saja. Tapi bagaimana?

Zurek berharap jawabannya terletak pada titik-temu tiga ide matang dalam teori quantum. Pertama adalah dekoherensi. Zurek turut berperan memajukannya sejak 1981. Dekoherensi melukiskan apa yang terjadi ketika suatu sistem dalam superposisi berinteraksi dengan lingkungannya: ia jadi terjerat dengan partikel-partikel di dunia luar yang merekam lokasinya, menyebabkan superposisi runtuh (berdekoherensi) ke dalam campuran probabilistik status-status definitif di lokasi spesifik. Hanya sistem terisolir sempurna yang mampu bertahan dalam superposisi. Satu foton nyasar (errant photon) dapat merusak superposisi, bagai angin sepoi merobohkan rumah kartu.

Dekoherensi menjelaskan bagaimana fisika klasik familiar timbul dari kabut mekanika quantum, dan menjernihkan paradoks-paradoks menggemaskan semisal kucing masyhur Schrödinger, yang dikunci di dalam kotak bersama zat beracun yang akan terlepas jika atom radioaktif meluruh. Selama kotak tertutup, kata cerita standar, atom radioaktif berada dalam status superposisi di mana ia meluruh dan tak meluruh, akibatnya [status] kucing itu turut terlantar. Namun dekoherensi membantu memecahkan ini: kita tak usah pikirkan kucing tersebut hidup dan mati sekaligus sebab kucing makroskopis tak mampu mempertahankan isolasi sempurna yang disyaratkan untuk menjaga superposisi.

Darwinisme quantum
Tapi dekoherensi tidak menjelaskan kenapa semua pengamat berbagi realitas klasik yang sama—yakni kenapa realitas bersifat objektif ketimbang subjektif. Untuk itu Zurek beralih ke keping puzzle kedua, teori Darwinisme quantum, yang dia kembangkan bersama kolega dan kolaborator selama selusin tahun terakhir. Darwinisme quantum merinci bagaimana lingkungan menyeleksi dan menyebar informasi tentang status-status favorit. Status favorit ini muncul melalui proses bernama “einselection” atau environment induced superselection (superseleksi terangsang lingkungan), lalu direkam dan disalin oleh lingkungan pada saat dekoherensi. “Perkembangbiakan ‘salinan’ status ini memungkinkan banyak pengamat tahu tentang sistem secara sendiri-sendiri, tanpa mengusiknya lewat pengukuran—karenanya, tanpa saling menghalangi,” jelas Zurek. “Konsensus ini menetapkan ‘objektivitas’ realitas klasik keseharian.” (Lihat The Evolution of Reality.)

Alat ketiga dalam kotak perkakas quantum milik Zurek adalah pangkal quantum probabilitas yang dia telusuri sampai keterjeratan quantum. “Probabilitas merupakan cara mengquantisasi kebertahuan parsial Anda” tentang suatu sistem, ujar Zurek. Menarik kartu sembarang dari dek telungkup, Anda tahu bahwa probabilitas memetik sekop adalah satu banding empat. Menarik kartu dari dek tengadah, peluang berubah: sekop atau bukan, dan probabilitasnya nol atau satu. Dengan demikian probabilitas diduga terikat dengan seberapa banyak Anda tahu tentang sistem. “Semakin sedikit Anda tahu,” kata Zurek, “semakin probabilistik prediksi Anda.”

Di sinilah probabilitas klasik dan quantum berselisih. Di dunia klasik, satu-satunya cara untuk mengetahui status semua kartu adalah dengan mengetahui status individual setiap kartu. Tapi dalam fisika quantum, mungkin saja kita tahu status dek sebagai kesatuan, tapi tak ada informasi sama sekali tentang masing-masing kartu, fenomena yang masyhur disebut keterjeratan quantum. Dalam fisika quantum, probabilitas muncul dari kemustahilan mengetahui status terjerat sekaligus status komponen. Probabilitas, jelas Zurek, dapat ditelusuri sampai ke indeterminasi quantum.

Berbekal hibah $80.000 dari FQXi, kini Zurek sedang mencari kerangka umum untuk tiga perspektif dunia quantum yang berlainan ini, sebuah proses yang menurutnya “memperkenankan fertilisasi silang” yang dapat membangkitkan suasana penyelidikan baru. Tapi bahasa umum apa yang mungkin menyatukan ketiganya?

Jawabannya boleh jadi terletak dalam teori informasi quantum, sebuah gerakan berkembang dalam fisika teoritis yang mendukung peran krusial informasi dalam memahami alam semesta kita. Informasi memainkan peran unik dalam fisika quantum. Dengan mengumpulkan informasi tentang suatu sistem, kita mengubah sistem tersebut; informasi membentuk eksistensi. Fenomena ini tak punya tandingan dalam fisika klasik—kecuali, barangkali, dunia mitos “The Neverending Story”.

Memakai bahasa filsafat, para teoris membedakan antara status ontik, “realitas” yang eksis secara independen dari apa yang kita ketahui tentangnya, dan status epistemik, yang terdiri dari informasi subjektif pengamat tentang sebuah sistem. “Di dunia klasik, status ontik sistem ada di luar sana, independen dari pengetahuan tentangnya. Tapi di alam semesta quantum yang kita huni, pengumpulan informasi mengubah apa yang ada. Pemisahan apik epistemik dan ontik tidak dihormati oleh kejadian aneh quantum,” kata Zurek.

Konsekuensi ontik
Jika seorang pelaku eksperimen memilih mengukur atribut gelombang sebuah foton, misalnya, foton tersebut akan bertindak seperti gelombang. Jika dia memilih mengukur atribut partikel—contohnya dengan menunjuk lokasinya—maka ia akan menjadi partikel. Jika dia menetapkan posisinya secara tepat, prinsip ketidakpastian Heisenberg mengamanatkan bahwa momentumnya takkan bisa diketahui. Sifat pengukuran akan membantu menentukan status yang diemban sistem. Dalam kata-kata Zurek, “Ketika pengamat atau bahkan lingkungan memperoleh informasi, tindakan epistemik ini berimplikasi terhadap apa yang eksis—ia punya konsekuensi ontik—lantaran mengubah status sistem dan membatasi evolusi mendatangnya.

Niels Bohr, salah seorang bapak teori quantum, berargumen bahwa status-status quantum adalah murni epistemik: mereka memberitahu kita probabilitas hasil tertentu, tapi tidak menetapkan apa yang sebetulnya eksis. “Harga yang harus dibayar untuk ini adalah dikotomi fisika secara fundamental,” kata Zurek. “Bohr harus mempostulatkan dunia klasik alam semesta yang eksis secara independen dari substrat quantum. Fisikawan senantiasa mencari teori tunggal alam semesta, jadi dikotomi demikian merupakan tantangan,” kata Zurek. Teori quantum lebih fundamental, maka, Zurek yakin, semestinya itu mampu menerangkan aspek epistemik dan ontik alam semesta kita.

Zurek, sebagaimana penasehatnya, teoris kenamaan John Wheeler, percaya bahwa aspek epistemik dan ontik alam semesta kita bertautan erat. Untuk melukiskan situasi ini, di mana epistemik dan ontik berada dalam dialog konstan yang dimediasi oleh pengamat, Zurek menciptakan istilah epiontik. Wheeler pernah mengilustrasikan peran pengamat dengan kartun sederhana: huruf U, yang melambangkan alam semesta sejak Big Bang (ujung lengan kanan U) sampai masa sekarang (ujung lengan kiri), dengan satu mata manusia bertengger di puncak lengan kiri, memandang masa lalu. Kita mewujudkan alam semesta dengan menatapnya, begitu kira-kira kata kartun ini.

Apakah tindakan mengamati Alam Semesta sama dengan menciptakannya? (Gambar oleh David Harrison, Universitas Toronto)
Apakah tindakan mengamati Alam Semesta sama dengan menciptakannya? (Gambar oleh David Harrison, Universitas Toronto)

Dengan menyelidiki sifat epiontik fisika quantum, kata Zurek, kita boleh berharap “untuk akhirnya memahami bagaimana kita, sebagai pengamat, [terpasang] pas ke dalam alam semesta ini” dan bagaimana alam semesta klasik kita, “di mana epistemik dan ontik terpisah ketat bagai gereja dan negara, timbul dari kejadian aneh quantum, di mana kedua fungsi ini berjalin tak terpisahkan”.

Jika cita-cita ini terdengar ambisius, Zurek menyerangnya dengan teknik bersahaja dan bahkan jenaka. “Saya coba menuliskan hal-hal sebagaimana yang saya pahami saat itu juga,” kata Zurek. “Itu mengungkap apa yang tidak saya ketahui; lubang-lubang dalam pemahaman saya ini membantu mendefinisikan pertanyaan yang bisa menuntun kepada pengetahuan.”

“Bekerja dengan Wojciech selalu menyenangkan,” kata Raymond Laflamme, salah satu pendiri dan direktur Institute for Quantum Computing di Universitas Waterloo, yang bekerjasama dengan Zurek sebagai peneliti pasca doktoral dan anggota kelompok risetnya sampai tahun 2001. Mencari kata yang tepat untuk melukiskan Zurek, Laflamme berpaling kepada bahasa ibunya, Prancis: Zurek, dia bilang, adalah bon vivant (pencari kesenangan) sejati, orang yang merangkul kehidupan dan belajar dengan keingintahuan menggebu-gebu.

“Intuisinya tak terhitung. Bersama Wojciech, kau mengerjakan sains di mana-mana,” kata Laflamme, penuh gairah mengenang ide-ide yang dihasilkan dan dibagi di atas lift ski atau saat hiking. Seperti kata fisikawan MIT Seth Lloyd, bekerja dengan Zurek “bukan cuma berpikir di luar kotak, tapi berada di luar kotak”.

“Dia intelek jenaka, dengan kedipan intelektual di matanya,” pungkas Lloyd.

“Ada sebagian fisikawan yang menjadi mesin hitung hebat,” sambung Laflamme. “Keterampilan mereka adalah tidak membuat kekeliruan. Ini bukan Wojciech!” tawanya. Justru, kata Laflamme, Zurek “melihat keadaan dari sudut pandang lain. Dia memikul persoalan yang tidak baru, tapi dengan cara berpikir baru.”

Seperti kata Zurek: “Persoalan paling sulit adalah mengajukan pertanyaan bagus. Saya beruntung mengajukan beberapa pertanyaan bagus di masa lalu—misalnya tentang peran lingkungan dalam ketimbulan [dunia] klasik dari substrat quantum di alam semesta kita. Rasanya saya semakin dekat untuk mengajukan pertanyaan yang tepat sekarang. Tapi kau baru tahu pertanyaanmu bagus kalau sudah punya jawaban.”

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s