Oleh: Iqbal Ihsan
Persatuan Pendidikan dan Pemikiran Falsafah Malaysia (PPFPM)
MENULIS tentang hakikat sesuatu bukanlah mudah. Seorang ahli mistik (yang menurut dirinya telah mengalami sendiri hakikat alam ini) juga mengalami kesukaran menterjemahkan pengalaman mistiknya dalam bahasa yang sedia ada. Bagi kebanyakan ahli sains, hakikat alam adalah nyata. Mereka jarang mempersoalkan dengan serius adakah zarah yang mereka kaji, atau sel yang mereka lihat melalui mikroskop, atau bintang yang mereka cerap melalui teleskop benar-benar wujud. Mereka setia dengan suatu prosedur kajian bagi membuahkan suatu keputusan sains yang dipanggil Kaedah Saintifik. Jarang sekali mereka mempersoalkan kaedah itu. Sesetengahnya pula berpegang kuat kepada kaedah itu bagaikan ianya suatu agama dan menggunakannya bagi menyerang sistem kepercayaan lain.
Namun ada sebilangan saintis yang memikirkan, malah memperdebatkan, aspek-aspek yang jarang difikirkan secara serius oleh kebanyakan saintis lain. Mereka ini biasanya adalah para saintis yang terlibat di perbatasan ilmu sains asasi dan cabang sains yang baru, atau berkecenderungan terhadap sejarah idea dan falsafah dalam pembinaan teori-teori sains, atau mempunyai sistem kepercayaan dan pandangan alam sendiri yang ingin diselarikan dengan sains yang sedia ada.
Sejarah teori fizik kuantum dan kenisbian menonjolkan kepelbagaian golongan saintis ini dengan amat jelas. Menjelang awal kurun ke-20, segala persoalan asasi dalam fizik dijangkakan akan terjawab dan fizik sebagai satu penyiasatan terhadap alam akan tamat. Yang tinggal hanyalah beberapa misteri fizik yang dijangka hanya menanti masa untuk dijawab. Misalnya (i) persoalan kesan fotoelektrik iaitu mengapa suluhan cahaya terhadap suatu logam boleh menghasilkan arus elektrik, (ii) persoalan sinaran jasad hitam, (iii) persoalan mengapa eter yang diperlukan dalam teori keelektromagnetan Maxwell (salah satu teori agung fizik klasik) gagal dijumpai dan (iv) persoalan orbit planet Utarid yang gagal dijelaskan oleh mekanik Newton. Selebihnya, ilmu fizik dijangka hanya tinggal tugas-tugas meningkatkan kejituan radas penyukat dan kepenggunaan teori-teori fizik dalam kejuruteraan.
Fizik dan Andaian Matematik
Sebelum membincangkan tentang penyelesaian misteri-misteri tersebut, kita perlu sedar bahawa teori-teori fizik khususnya dan sains umumnya memerlukan beberapa andaian yang membolehkan ia beroperasi. Antara sebab andaian-andaian ini diperlukan adalah bagi menjustifikasikan matematik yang digunakan. Misalnya, teori gerakan Newton dan optik klasik memerlukan geometri Euklidan. Bagi membuatkan pemakaian geometri Euklid sah dalam kedua-dua teori tersebut, prasyarat-prasyarat kebolehgunaan geometri Euklidan mestilah dipenuhi dan andaian-andaian yang selari dengan prasyarat-prasyarat itu perlu dibuat. Dalam teori Newton dan Maxwell, salah satu andaian itu ialah ruang dan masa adalah terpisah, mutlak dan rata. Terpisah merujuk kepada penyataan bahawa ruang dan masa adalah dua perkara yang saling bebas dan saling tidak mempengaruhi. Mutlak merujuk kepada keadaan ruang dan masa yang tidak pernah berubah walau apa pun yang terjadi di dalamnya. Rata merujuk kepada suatu keadaan dimana postulat ke-5 geometri Euklid dipenuhi, yakni dua garisan selari tidak akan bertemu pada satu titik sampai bila-bila.
Empat persoalan tadi akhirnya terjawab dengan bayaran (atau keuntungan?) yang amat besar. Secara ringkas, jawapan terhadap persoalan eter dan orbit Utarid menyebabkan teori agung fizik klasik iaitu mekanik Newtonan jatuh status daripada paling mendasar kepada sekadar penghampiran. Maksudnya, ada suatu teori yang lebih mendasar daripada teori Newton, yang mampu menjelaskan kejadian-kejadian yang gagal dijelaskan oleh teori Newton. Tercabarnya teori Newton ini bukan hanya melibatkan sedikit pengubahsuaian tetapi rombakan besar-besaran akibat andaian-andaian dalam teori itu diruntuhkan terus. Andaian paling besar yang diruntuhkan adalah keterpisahan, kemutlakan dan kerataan ruang dan masa yang menjustifikasikan geometri Euklidan dalam teori Newton dan optik klasik. Status teori paling mendasar itu diambil alih oleh teori kenisbian Einstein, yang menggunakan geometri bukan Euklidan dan tidak bergantung pada postulat ke-5 Euklid. Ini kerana menurut Einstein, suatu zarah berjisim akan membengkokkan ruang-masa di sekelilingnya. Sebarang pergerakan dalam ruang masa yang bengkok (geometrinya tidak Euklidan), kalkulus yang biasa dipakai dalam mekanik Newton tidak memadai. Dalam teori Einstein, walaupun yang hendak dikaji hanyalah satu jasad yang bergerak dalam suatu medan graviti, pengiraan geodesiknya sudah memerlukan kalkulus tensor.
Contoh di atas menunjukkan bagaimana apabila suatu andaian bagi menjustifikasikan pemakaian matematik tertentu dicabar, ia akan mengubah teori fizik yang menggunakan matematik itu secara mendasar dan keseluruhan. Nanti di bahagian lain dalam esei ini akan disentuh lagi perihal hubungan matematik dengan fizik. Sekarang kita akan lihat bagaimana tercabarnya suatu andaian metafizik dalam suatu teori fizik dapat menumbangkan teori itu secara keseluruhan.
Fizik dan Andaian Metafizik
Metafizik, secara kasar (dan simplistik), ialah bidang kajian perkara-perkara yang melangkaui aspek jasmani. Melangkaui aspek jasmani disini bukan bemaksud rohani dengan ertikata yang biasa difahami. Tetapi ia bermaksud di luar skop kefahaman ilmu fizik semasa – sesuatu yang tidak dapat diterbitkan atau dibuktikan secara saintifik menurut kriteria sains pada zaman itu. Kemutlakan ruang-masa yang disebutkan tadi, selain merupakan andaian matematik bagi menjustifikasikan penggunaan geometri Euklidan, ia juga merupakan andaian metafizik. Suatu andaian metafizik menatijahkan kesimpulan yang bersifat metafizik juga. Runtuhnya satu andaian metafizik boleh menyebabkan kesimpulan metafizik yang asal turut berubah. Misalnya, andaian kemutlakan ruang dan masa dalam mekanik Newtonan menatijahkan keabadian alam. Namun, persamaan Einstein membenarkan penyelesaian matematik yang memerihalkan alam ini berkembang, seperti yang ditunjukkan oleh Lemaître. Selanjutnya, cerapan empirik oleh Hubble yang menunjukkan semua galaksi bergerak menjauhi Bumi serta penemuan sinaran gelombang mikro yang melatari seluruh alam semesta mengesahkan bahawa bahawa alam semesta ini berkembang dan bukannya wujud sediakala seperti dalam paradigma Newtonan. Kiraan menunjukkan alam bermula kurang lebih 14 bilion tahun dahulu dengan apa yang dipanggil sebagai Deguman Besar (Big Bang). Bertitik tolak daripada penemuan-penemuan ini, dan dibantu dengan kerangka teori kenisbian am Einstein, satu bidang baru terlahir: kosmologi moden. Ia adalah satu bidang fizik yang cuba menjawab persoalan-persoalan yang dahulunya dibincangkan dalam bidang metafizik seperti bagaimanakah alam ini bermula, apakah nasibnya di penghujung masa, apakah yang ada sebelum alam ini ada, adakah alam ini tunggal atau ada alam-alam lain, dan sebagainya. Di perbatasan bidang ini, sempadan antara fizik dan falsafah tidak jelas. Tidak mengejutkan jika bidang ini dipenuhi spekulasi, debat dan kontroversi. Hasil-hasil kajian kosmologi moden juga jadi alat dalam medan pertembungan golongan mulhid dengan golongan beragama. Misalnya, teori Deguman Besar dijadikan penguat premis hujah kosmologi Kalam oleh failasuf Kristian, William Lane Craig. Di pihak mulhid pula, usulan-usulan seperti hipotesis alam keadaan mantap Hoyle, hipotesis tiada-sempadan Hawking-Hartle dan hipotesis alam berkitar sebentuk Penrose dianggap memadai tanpa memerlukan ‘hipotesis’ kewujudan Sang Pencipta.
Satu andaian metafizik yang lain dalam fizik Newtonan adalah tentuisme. Tentuisme menjanjikan kita pengetahuan sepenuhnya tentang masa depan suatu sistem fizikal jika tiga syarat dipenuhi. Syarat pertama, kita perlu mengetahui secukupnya keadaan-keadaan awal sistem tersebut dengan ketepatan sempurna. Syarat kedua, kita perlu tahu secukupnya hukum dinamik sistem tersebut dengan sempurna. Syarat ketiga, kita perlu tahu secukupnya pengaruh-pengaruh persekitaran terhadap sistem tersebut dengan ketepatan sempurna. Sebagai contoh, andaikan di suatu sudut terpencil alam ini ada satu planet mengorbit satu bintang. Jika kita tahu kedudukan dan momentum planet dan bintang itu sekarang (ini memenuhi syarat pertama), dan jika kita tahu hukum gerakan objek dalam alam itu (ini memenuhi syarat kedua), kita boleh ramal dengan ketentuan 100% dimana planet dan bintang itu berada 100 juta tahun daripada sekarang. (Dalam contoh ini, syarat ketiga telah dipenuhi disebabkan andaian kita bahawa sistem planet dan bintang itu jauh terpencil dan pengaruh daripada objek-objek lain boleh diabaikan)
Tentuisme merupakan dogma kebanggaan fizik Newtonan. Planet Uranus ditemui hasil kepercayaan kuat terhadap tentuisme. Pengiraan tepat kedatangan komet Halley adalah contoh kejayaan tentuisme. Walaupun secara praktikal kita tidak mampu memenuhi tiga syarat tentuisme dengan ketepatan sempurna, ukuran pada ketepatan yang tinggi adalah memadai. Para ahli fizik klasik percaya alam ini secara prinsipnya bersifat tentu, yakni andainya kita boleh memenuhi tiga syarat tersebut, masa depan segala-galanya boleh diketahui dengan pasti. Walaupun terdapat beberapa kesukaran teoretik seperti masalah tiga jasad, tentuisme alam ini tetap jadi dogma dalam kalangan ahli-ahli fizik. Bahkan dogma tentuisme alam ini diwarisi dalam teori kenisbian Einstein sekalipun. Segala-gala perkara yang telah, sedang dan akan berlaku dalam alam jasmani ini telah bergantung pada keadaan awal masing-masing dan tidak boleh berubah.
Akan tetapi, persoalan kesan fotoelektrik dan sinaran jasad hitam telah membawa kepada kelahiran teori kuantum. Dalam teori kuantum, hukum gerakan Newton yang bersifat mekanistik itu telah digantikan dengan persamaan Schrödinger. Esei pengenalan ini tidak akan menyentuh banyak aspek menarik dalam teori kuantum dan persamaan Schrödinger. Bagi tujuan kita kini, memadai untuk kita ketahui bahawa dalam teori kuantum arus perdana, tentuisme telah tumbang. Ahli fizik tidak lagi bercakap tentang kedudukan tentu suatu zarah. Paling bagus pun mereka hanya mampu memberikan kebarangkalian di mana suatu zarah berada. Dalam kes tertentu, mereka boleh kata zarah itu 100% berada dalam suatu kawasan tertentu walaupun kedudukan tepatnya tak diketahui secara pasti. Dalam kes lain, ahli fizik hanya boleh kata zarah itu berkebarangkalian besar ada di tempat yang masuk akal ia ditemui, tetapi wujud kebarangkalian amat kecil yang ia sedang berada di suatu tempat yang tak disangka seperti di galaksi lain. Dalam alam kuantum, telatah zarah tidak lagi bersifat tentu. Yang tentu hanyalah kebarangkalian.
Fizik dan Sosiologi Sains
Ada pembaca mungkin tertanya-tanya mengapa saya gunakan frasa “teori kuantum arus perdana” dalam perenggan sebelum ini. Sebabnya, teori kuantum adalah teori sains yang perdebatan asasinya belum habis dan belum ada satu tafsiran yang boleh kita katakan satu-satunya tafsiran tepat terhadap teori kuantum. Walaupun dibina bagi memerihalkan zarah, persamaan Schrödinger secara dasarnya adalah persamaan gelombang. Persoalannya, gelombang apa? Apa yang berayun? Max Born menafsirkannya sebagai gelombang kebarangkalian. Tafsiran beliau menepati ribuan hasil eksperimen, jadi tafsiran beliau diserap ke dalam teori kuantum arus perdana. Akan tetapi, mengapa pula suatu teori sains memerlukan tafsiran? Tidak bolehkah kita hanya ambil formula yang ada dan terus pakai sahaja (seperti pembelajaran sains zaman sekolah menengah dahulu)?
Jawapannya bergantung pada selera anda. Jika anda berpersonaliti penyelia kilang yang hanya mahu melihat hasil produk, anda boleh ambil apa yang sudah menjadi arus perdana tanpa banyak soal. Jika anda berjiwa ahli falsafah yang ingin tahu hakikat alam ini, anda akan mengamati suatu keputusan sains atau teori dan bertanya banyak soalan. Misalnya, jika manusia tidak dapat mengetahui kedudukan dan momentum suatu zarah secara tentu dan tepat, adakah itu bermakna pencerap lain (Tuhan, misalnya) juga tidak dapat mengetahui secara tepat? Dalam perkataan yang agak teknikal, persamaan Schrödinger itu memerihalkan sesuatu yang epistemik atau ontik? Dalam bahasa mudah, adakah ketidaktentuan itu hanya kerana had ilmu manusia, atau memang intrinsik dan sebati dalam alam hingga tiada apa pun yang mampu mengetahuinya secara tentu dan tepat?
Jika anda memilih untuk mengatakan ia hanya disebabkan had pengetahuan manusia, anda bersama Einstein. Jika anda mengatakan ketidaktentuan itu memang sifat alam ini, anda bersama Bohr. Jika anda tak kisah dan hanya mahu bermain matematiknya, anda bersama Dirac. Ketiga-tiga nama ini adalah antara pelopor teori kuantum yang telah dianugerahi hadiah Nobel ke atas sumbangan mereka. Perdebatan antara Einstein dan Bohr telah direkodkan dengan teliti dan sehingga kini debat mereka masih diperdebatkan oleh para sejarawan sains. Pandangan yang masyhur mengatakan Bohr menang, dan sekolah pemikiran beliau diberi nama tafsiran Copenhagen dan dipakai dalam penghasilan teknologi yang melibatkan teori kuantum. Ada pandangan revisionis mengatakan Einstein menang. (Sebenarnya Dirac bukanlah tidak peduli langsung terhadap aspek falsafah teori kuantum. Beliau ada menulis pandangan falsafahnya. Tetapi beliau berperwatakan pendiam dan tidak menjadi petarung utama seperti Bohr dan Einstein.)
Perdebatan ini berlaku kerana teori kuantum dikatakan langsung tidak intuitif. Perkara pertama yang tidak intuitif dalam fizik kuantum ialah kedualan zarah-gelombang. Bagaimana sebutir elektron mempunyai kedua-dua sifat zarah dan gelombang sekaligus sehingga kini tidak dapat difahami. Selain itu pergerakan elektron dalam atom juga hangat diperdebatkan. Bayangkan suatu eksperimen mengarut dimana kita mampu menendang Bumi dengan kuat hingga ia terkeluar daripada orbitnya dan masuk orbit planet Marikh. Walaupun itu mustahil (secara hukum sains), dengan sedikit khayalan anda pasti boleh bayangkan bagaimana Bumi terpelanting daripada orbitnya dan bergolek masuk ke orbit Marikh. Perjalanan Bumi daripada orbit asalnya ke orbit Marikh itu menuruti suatu trajektori atau laluan. Anda bayangkan begitu kerana anda pernah tendang bola dan nampak jelas trajektorinya bergolek meninggalkan kedudukan asalnya. Itu intuitif yang didasari pengalaman anda. Tapi dalam teori kuantum, perpindahan suatu elektron dari satu obit ke orbit lain, menurut Bohr, tidak ada trajektori. Ia ‘melompat’ sekelip mata. Inilah apa yang dipanggil loncatan kuantum. Ia tidak intuitif kerana kita tidak pernah nampak perkara sebegitu dalam pengalaman hidup kita. Namun, menurut Bohr, ia adalah penjelasan terbaik terhadap spektroskopi atom yang tidak selanjar. Bahkan menurut Heisenberg, rakan semazhab Bohr dan juga pemenang hadiah Nobel, alam kuantum langsung tidak boleh digambarkan. Gambaran orbit Bumi dan Marikh itu tidak sah bagi memerihalkan orbit elektron dalam atom kerana hukum fizik dalam alam mikroskopik adalah di luar kebiasaan pengalaman manusia. Heisenberg mengangkat ketidakbolehgambaran kepada status andaian metafizik. Bahkan Heisenberg menggunakan hujah ketidakbolehgambaran alam kuantum bagi mengabsahkan formulasi mekanik beliau yang menggunakan matriks, bertentangan dengan kebiasaan para ahli fizik pada waktu itu yang bergantung pada persamaan pembeza (termasuklah persamaan Schrödinger). Maka daripada satu sudut, kita boleh hujahkan bahawa ketidakbolehgambaran ini juga merupakan suatu andaian matematik.
Kita tinggalkan dahulu perihal ketidakbolehgambaran. Tanpa ketidakbolehgambaran pun teori kuantum sudah sedia tidak intuitif. Ia terbuka kepada pelbagai tafsiran, dan kepelbagaian tafsiran membuka ruang perdebatan, justeru membuka ruang kepelbagaian mazhab. Namun sebenarnya mazhab-mazhab tafsiran teori sains telah lama ada sebelum kelahiran teori kuantum dan teori kenisbian. Dan kepelbagaian mazhab ini bukan semestinya berpunca daripada teori yang tidak intuitif.
Contoh yang masyhur adalah dalam bidang optik klasik. Bagi Huyghens, cahaya adalah rambatan gelombang sedangkan Newton percaya bahawa cahaya adalah zarah-zarah yang mengalir. Antara sebab Huyghens berpandangan sedemikian adalah matematik yang dominan pada waktu itu adalah geometri. Jika cahaya dianggap sebagai gelombang, matematiknya sudah sedia ada dan mudah diperihalkan (ingat semula perbincangan tentang andaian matematik tadi). Pada waktu Newton pula, kalkulus baru ditemui oleh beliau dan Leibniz. Kalkulus adalah matematik yang mampu memodelkan perubahan suatu objek termasuk perubahan posisi dan halaju maka mudah bagi Newton membayangkan bahawa cahaya adalah aliran zarah. Eksperimen Young telah dijalankan pada awal abad ke-19 menunjukkan cahaya bersifat gelombang. Secara rasmi, mazhab Newton dikalahkan oleh mazhab Huyghens.
Selain eksperimen Young, kejayaan teori keelektromagnetan Maxwell merupakan pukulan maut terhadap mazhab optik Newton. Selama lebih kurang seratus tahun, kepercayaan terhadap sifat gelombang cahaya mengeras menjadi dogma. Apabila Einstein mengusulkan hipotesis kuantum cahaya (yang menghidupkan semula mazhab optik Newton dan menyokong teori atom) bagi menyelesaikan masalah kesan fotoelektrik, beliau ditentang hebat. Tentangan terhadap beliau bukan sahaja disebabkan sikap dogma komuniti sains, tapi disebabkan (dan menyebabkan) perbalahan politik juga. Penentangan itu berlarutan walaupun selepas teori Einstein telah disahkan dengan eksperimen dan beliau dianugerahi Hadiah Nobel. Aspek manusiawi dalam sains ini digambarkan oleh Planck (bapa teori kuantum) dalam satu ungkapan yang lebih kurang berbunyi:
“Suatu kebenaran saintifik tidak mencapai kejayaan (dalam kalangan komuniti sains) dengan cara meyakinkan para penentangnya, tetapi kerana para penentangnya itu akhirnya mati dan generasi baru membesar dan terbiasa dengannya.”
Einstein telah membawa revolusi dalam ilmu fizik pada awal penerokaan teori kuantum. Namun ironinya giliran beliau pula jadi penentang pembaharuan dalam teori kuantum aliran Copenhagen pada penghujung hayatnya. Walau bagaimanapun perlawanannya dengan Bohr dan Heisenberg banyak menghasilkan idea-idea baru yang segar hingga kini, misalnya idea kebergusutan kuantum.
Fizik, Kerohanian dan Mistik
Kebergusutan secara kasarnya adalah suatu keadaan dimana bahawa dua atau lebih sistem kuantum yang kebarangkalian keadaannya saling bergantung. Sebagai gambaran ringkas, bayangkan dua zarah saling bergusut dipisahkan dalam jarak ribuan tahun cahaya. Apabila keadaan satu zarah dicerap, cerapan itu lantas sekelip mata mempengaruhi keadaan zarah yang satu lagi. Tafsiran arus perdana yang didukung Bohr dan Heisenberg membenarkan adanya fenomena kebergusutan. Hal ini cuba dieksploitasi oleh Einstein untuk menumbangkan tafsiran Bohr. Dengan premis-premis setiap fenomena fizik adalah terpisah (prinsip kebolehpisahan), kewujudan alam jasmani yang tidak bergantung kepada pencerapan (syarat memadai bagi realiti alam jasmani) dan semua aksiom teori kuantum dipatuhi, Einstein bersama-sama Podolsky dan Rosen cuba membuktikan yang teori kuantum itu tidak lengkap. Hujah yang diberi julukan paradoks EPR (Einstein-Podolsky-Rosen) ini adalah hujah paling mencabar pernah dihadapi oleh Bohr dan mazhab Copenhagen. Namun yang menambah berang Einstein ialah Bohr menerima kebergusutan sebagai konsisten dengan teori kuantum (yang pada beliau sudah lengkap) dengan mengorbankan syarat memadai bagi realiti alam jasmani. Implikasi logik bagi pegangan Bohr ini ialah seorang pencerap mengambil peranan dalam mencipta alam jasmani yang dicerapnya! Ini makin membingungkan kerana alam luaran tidak lagi objektif dan nyata secara bebas daripada pergantungan terhadap alam dalam minda manusia. Ditambah lagi dengan kaburnya pegangan Bohr, akibatnya Einstein pernah menuduh Bohr cuba membawa masuk mistikisme ke dalam sains. Bohr menafikan tuduhan tersebut yang baginya ia merupakan salah faham Einstein terhadap pegangan sebenar beliau.
Kita tidak akan meneliti hujah-hujah perdebatan hangat tersebut di sni. Apa yang ingin ditekankan di sini ialah tuduhan Einstein terhadap Bohr itu walaupun nampak amat berat bagi ukuran para saintis mutakhir yang amat ragu dengan penerapan unsur-unsur kerohanian ke dalam sains, hakikatnya kerohanian dan mistikisme bukan asing dalam kalangan pelopor utama teori kuantum. Kita akan lihat satu contoh yang agak mengejutkan.
Tadi kita telah bincangkan serba ringkas tentang perdebatan Einstein-Bohr tentang tafsiran teori kuantum yang mana di dasarnya ada persamaan Schrödinger. Bagaimana pula dengan pandangan Schrödinger sendiri?
Schrödinger menemui persamaan dasar teori kuantum (tak bernisbi) dengan andaian metafizik yang penuh diwarnai pegangan kerohanian beliau. Beliau amat dipengaruhi oleh falsafah Schopenhauer, seorang ahli falsafah Jerman. Melalui falsafah Plato dan Kant, Schopenhauer membina satu sistem falsafah yang menemukan banyak titik persamaan dengan ajaran Hindu dan Buddha. Terilham daripada pembacaan falsafah yang luas terutamanya metafizik Schopenhauer, Vedanta dan Upanishad, Schrödinger membayangkan kejamakan dalam alam ini adalah maya dan hakikatnya merupakan penzahiran satu entiti. Beliau, anda dan saya tidaklah terpisah secara mutlak dalam ruang dan masa. Bahkan beliau, anda dan saya adalah satu, kerana segala-galanya termasuk skrin komputer, batu seremban, kaunter SPR, lohong hitam di pusat Andromeda dan adigugusan Virgo (Virgo supercluster) adalah manifestasi suatu kewujudan yang esa, dipanggil Wille (Kehendak) oleh Schopenhauer dan Brahman dalam ajaran Hindu. Bagaimana semua ini berkaitan dengan teori kuantum?
Begini, ingat semula perdebatan tentang sama ada cahaya itu zarah atau gelombang. Mazhab gelombang cahaya jadi dominan setelah keputusan eksperimen Young memihak kepadanya. Namun mazhab zarah cahaya dihidupkan semula oleh Einstein sebagai andaian dalam usulan penyelesaiannya terhadap kesan fotoelektrik. Dalam seksyen sebelum ini ada dikatakan penentangan terhadap Einstein adalah faktor manusiawi. Sebenarnya bukan hanya itu sebab hipotesis kuantum cahaya Einstein tidak diterima. Sebab yang lebih saintifik ialah walaupun hipotesis kuantum cahaya Einstein berjaya menjelaskan kesan fotoelektrik, ia gagal menjelaskan hasil eksperimen dwi-celah Young. Sebaliknya teori gelombang cahaya mampu menjelaskan hasil eksperimen Young namun gagal menjelaskan kesan fotoelektrik. Maka cahaya zarah atau gelombang? Tiada keputusan muktamad. Komuniti fizik dihantui dilema hinggalah de Broglie mencadangkan hipotesis radikal yang menyatakan semua gelombang ada sifat zarah, dan semua zarah ada sifat gelombang. Selang beberapa tahun, eksperimen Young dilakukan terhadap elektron dah hasilnya menunjukkan elektron memang ada sifat gelombang.
Bagi Schrödinger, jika zarah mempunyai sifat gelombang, rambatannya pasti boleh diperihalkan dengan matematik gelombang. Bahkan agenda beliau ialah penggantian terus konsep zarah dengan konsep gelombang. Beliau mahu menunjukkan bahawa zarah-zarah bukanlah titik-titik yang menempati satu koordinat tentu dalam ruang, bukan juga jasad tegar, tapi sesuatu yang merentangi ruang dan hakikatnya tidak wujud sendiri melainkan hanyalah penzahiran superposisi gelombang yang memenuhi seluruh alam, ibarat jutaan riak-riak air di permukaan samudera nan luas dan tunggal. Bagi beliau, keanehan telatah zarah-zarah alam kuantum yang bergusut hanyalah manifestasi kesatuan alam. Kejamakan yang kelihatan di mata kasar hanyalah ilusi dan maya. Hakikatnya semua benda adalah satu dan terhubung. Maka tidak menghairankan bahawa beliaulah orang yang mula-mula memperkenalkan idea kebergusutan sebagai jawapan terhadap paradoks EPR. Walaupun beliau bersama Einstein dalam mengkritik mazhab Copenhagen terutamanya konsep lompatan kuantum, namun beliau tidak menyetujui hujah EPR dan menolak prinsip kebolehpisahan. Sekarang kita nampak bagaimana metafizik beliau mempengaruhi tafsiran beliau terhadap suatu persamaan fizik.
Tafsiran beliau itu tidak diterima oleh rata-rata komuniti fizik kerana banyak sebab. Antaranya, hipotesis elektron yang dianggap merentangi ruang (bahkan hingga ke hujung alam semesta) itu bercanggah dengan banyak hasil cerapan yang menunjukkan wujudnya elektron adalah setempat dalam ruang, misalnya bintik pada satu skrin yang terhasil setelah ditembak elektron. Selain itu, ia juga bersalahan dengan sifat tidak selanjar fungsi gelombang apabila berlakunya penyukatan. Setakat pengetahuan cetek penulis, idea tersebut tidak disebut-sebut lagi hinggalah baru-baru ini kedengaran tafsiran yang iras-iras sama oleh dibayangkan oleh Tong dan diperjuangkan oleh Hobson. Kedua-duanya berhujah dari sudut pandang teori medan kuantum.
Kembali kepada pengaruh kerohanian dan mistikisme dalam fizik, Schrödinger bukan bersendirian. Malah beliau bukanlah ahli sains yang paling dipengaruhi Schopenhauer. Falsafah Schopenhauer, sekalipun nampak suram setelah gerakan positivisme mantik dan fenomenologi menguasai ranah falsafah Jerman, telah mempengaruhi secara signifikan nama-nama besar dalam bidang sains seperti Pauli, Jung, Brouwer dan Freud (walaupun Freud tidak pernah mahu mengaku). Selain Schopenhauer, ramai lagi para failasuf yang memberi impak besar dalam kalangan ahli fizik. Misalnya Hermann Weyl, matematikawan yang banyak menyumbang dalam teori kuantum melalui aplikasi teori kumpulan dalam memerihalkan simetri, dipengaruhi falsafah proses Whitehead dan mistikisme Kristian. Selain itu, boleh dihujahkan bahawa prinsip keterlengkapan Bohr menatijahkan tafsiran von Neumann-Wigner yang membawa masuk kesubjektifan dan kesedaran dalam proses penyukatan kuantum. Tidak hairanlah Bohr, von Neumann dan Wigner dituduh membawa masuk mistikisme dalam fizik.
Schrödinger menunjukkan kepada kita bagaimana kerohanian dan mistikisme menjadi dorongan dalam kajian sains (beliau juga ada mengusulkan idea dalam biologi yang didorong oleh falsafah yang sama). Ironinya Einstein yang menuduh Bohr itu pun mempunyai aspek “kerohanian” sendiri. Konsep “tuhan” beliau amat dipengaruhi oleh panteisme Spinoza: deus sive natura. Mungkin kerana itu beliau tidak pernah rela menceraikan tentuisme daripada fizik, kerana menurut beliau tuhan mustahil bermain dadu dengan alam – mana mungkin tuhan tidak mampu mempunyai pengetahuan yang pasti dan sempurna tentang alam sedangkan alam adalah tuhan dan tuhan adalah alam?
Ringkasan bahagian 1
Dalam bahagian ini, telah ditunjukkan bagaimana perbatasan ilmu fizik pada separuh yang pertama kurun ke-20 dirancakkan dengan perdebatan yang sarat dengan unsur falsafah. Perdebatan-perdebatan ini diakibatkan oleh rombakan semula andaian-andaian yang mendasari suatu teori fizik bagi menyelesaikan misteri-misteri saintifik yang membungkam para saintis pada waktu itu. Andaian-andaian ini sebahagiannya adalah sebagai sandaran penggunaan matematik tertentu. Sebahagian lagi adalah sandaran metafizik yang diwarisi daripada zaman sebelumnya. Selain itu, perdebatan juga terhasil daripada keputusan-keputusan tidak dijangka daripada teori-teori baru. Para pendebatnya pula terdiri daripada pelbagai latar belakang pandangan alam yang berbeza, yang mana pandangan-pandangan alam itu mewarnai andaian yang mereka buat dan tafsiran mereka terhadap suatu teori atau fenomena. Pandangan-pandangan alam ini boleh datang dalam bentuk agama, kerohanian, falsafah dan sistem kepercayaan lain. Pada bahagian 2, saya akan kembali kepada isi dalam perenggan-perenggan pertama bahagian ini dan akan mengupas serba sedikit aspek epistemologi sains berdasarkan apa yang telah dibincangkan di sini.
Penghargaan:
Penulis ingin mengucapkan terima kasih dan merakamkan setinggi-tinggi penghargaan buat Prof. Madya Dr. Hishamuddin Zainuddin, seorang pakar teori kuantum yang bertugas di Institut Penyelidikan Matematik (INSPEM), UPM kerana telah sudi membaca tulisan di atas, memperbetulkan kesilapan dan mencadangkan beberapa perubahan pada bahagian yang melibatkan kosmologi moden dan kebergusutan. Sebarang kesilapan yang masih ada adalah tanggungjawab penulis sepenuhnya.
Rujukan terpilih:
- Art Hobson, Tales of the Quantum: Understanding Physics Most Fundamental Theory, Oxford University Press (2017).
- Dugald Murdoch, Niels Bohr’s Philosophy of Physics, Cambridge University Press (1987).
- Gennaro Auletta, Foundations and Interpretations of Quantum Mechanics: In the Light of a Critical-Historical Analysis of the Problems and a Synthesis of the Results, World Scientific, London (2001).
- Guido Bacciagaluppi, Antony Valentini, Quantum Theory at the Crossroads: Reconsidering the 1927 Solvay Conference, Cambridge University Press (2009).
- Juan Miguel Marin, ‘Mysticism’ in Quantum Mechanics: The Forgotten Controversy, Eur. J. Phys. 30 (2009) 807-822.
- Max Jammer, Einstein and Religion, Princeton University Press (2002).
- Shaharir Mohamad Zain, Tabii Zarah Atom: Penjana Sains Matematik Baru dan Terserlahnya Alam Metafizik, Pusat Pengajian Sains Matematik, UKM, Bangi (2005)
- Walter J Moore, A Life of Erwin Schrödinger, Cambridge University Press, Cambridge (1994)
DAFTAR ISTILAH
- Sinaran jasad hitam – Black body radiation
- Teori keelektromagnetan Maxwell – Maxwell’s theory of magnetism
- Geometri Euklidan – Euclidean geometry
- Eter – ether/aether
- Teori kenisbian Einstein – Einstein’s relativity theory
- Geometri tidak Euklidan – non- Euclidean geometry
- Kalkulus tensor – tensor calculus
- Geodesik – geodesic
- Cerapan empirik – empirical observations
- Gelombang mikro – microwave
- Teori Deguman Besar – Big bang theory
- Alam keadaan mantap – steady state universe
- Tiada-sempadan Hawking-Hartle – Hawking-Hartle no boundary (atau lebih tepat Hartle–Hawking state)
- Alam berkitar sebentuk – conformal cyclic universe
- Tentuisme – determinism
- Masalah tiga jasad – three body problem
- Gelombang kebarangkalian – probability wave
- Epistemik – epistemic (Nota: dari perkataan epistemology)
- Ontik – ontic (Nota: dari perkataan ontology)
- Kedualan zarah-gelombang – wave-particle duality
- Loncatan kuantum – quantum leap
- Selanjar – continuum
- Persamaan pembeza – differential equations
- Kebergusutan kuantum – quantum entanglement
- Teori kuantum (tak bernisbi) – (nonrelativistic) quantum theory
- Adigugusan Virgo – Virgo supercluster
- Eksperimen dwi-celah Young – Young’s double slit experiment
- Teori medan kuantum – Quantum field theory
- Positivisme mantik – logical positivism
