4 Gaya Fundamental dalam Fisika yang Membentuk Alam Semesta

4 Gaya Fundamental dalam Fisika yang Membentuk Alam Semesta - Hukum-hukum fisika di alam semesta mulai berlaku setelah Big Bang. Hukum-hukum ini didasarkan empat gaya fundamental yang dikenal fisika modern dewasa ini. Gaya-gaya ini terbentuk bersamaan dengan pembentukan partikel sub-atomik pertama pada waktu spesifik segera setelah Big bang untuk membentuk seluruh aturan dan sistem alam semesta. Atom-atom yang menyusun materi alam semesta terwujud dan tersebar merata di alam semesta berkat interaksi gaya-gaya ini. Gaya-gaya ini adalah gaya tarik massa atau yang dikenal sebagai gaya gravitasi, gaya elektromagnetik, gaya nuklir kuat, dan gaya nuklir lemah. Semua gaya ini memiliki intensitas dan bidang kerja berbeda. Gaya nuklir kuat dan gaya nuklir lemah beroperasi hanya pada skala subatomik. Dua gaya lainnya gravitasi dan gaya elektromagnetik mengatur kumpulan atom atau yang disebut dengan materi.

Pengaturan tanpa cacat diatas bumi disebabkan proposrsi yang sangat rumit dari gaya-gaya ini. Perbandingan gaya-gaya ini menghasilkan suatu hal yang menarik. Semua materi yang diciptakan dan diedarkan ke penjuru alam semesta setelah Big Bang dibentuk oleh gaya-gaya yang sangat jauh berbeda ini.

Nilai dari masing-masing gaya

Berikut adalah nilai gaya fundamental dengan selisih menajubkan, dalam satuan standard internasional.

Gaya nuklir kuat 15

Gaya nuklir lemah 7,03 x 10 ˉ³

Gaya elektromagnetik 3,05 x 10 ˉ¹²

Gaya gravitasi 5,90 x 10 ˉ³⁹

Gaya-gaya fundamental ini memungkinkan pembentukan alam semesta melalui penyebaran kekuatan dengan sempurna. Proporsi antara gaya-gaya didasarkan pada keseimbangan yang begitu rumit sehingga menimbulkan efek khusus itu terhadap partikel-partikel pada proporsi itu saja.

Jenis Gaya Fundamental

Jenis gaya fundamental fisika dalam pembentukan alam semesta ada empat yaitu, gaya nuklir kuat, gaya nuklir lemah, gaya elektromagnet dan gaya gravitasi. Adapun penjelasan dari keempat gaya tersebut adalah sebagai berikut.

1. Gaya Nuklir Kuat

Disini kita dapat menyaksikan bagaimana atom dicuptakan, momen demi momen, dan keseimbangan dahsyat yang berlaku dalam pembentukan atom. Semua yang ada disekitar kita termasuk diri kita sendiri disusun oleh atom-atom dan atom-atom ini mengandung banyak partikel. Apakah gaya yang tetap menyatukan semua partikel yang membentuk inti atom? Gaya nuklir kuat menurut hukum-hukum fisika dapat menjaga inti tetap utuh dan merupakan  gaya paling dahsyat.

Proton dan netron dijaga oleh gaya ini dalam inti atom agar tetap pada tempatnya. Begitulah inti atom terbentuk. Gaya ini sangat kuat sehingga hampir menyebabkan proton dan netron dalam inti saling berkaitan. Partikel-partikel kecil yang memilih gaya ini disebut juga “gluon” yang dalam bahasa Latin berarti lem. Kekuatan ikatan tersebut disesuaikan dengan sangat teliti. Intensitas gaya ini telah diatur secara spesifik agar proton dan netron tetap berjarak tertentu. Bila gaya ini saja sedikit saja lebih kuat, maka proton dan netron akan saling bertabrakan. Bila gaya ini sedikit saja lemah, mereka akan saling menjauh. Besarnya gaya ini tepat sesuai dengan yang dibutuhkan untuk membentuk inti atom setelah detik-detik pertama Big Bang.

Kedahsyatan gaya nuklir kuat yang dilepaskan diperlihatkan pada pengeboman Hiroshima dan Nagasaki. Pelepasan sejumlah kecil gaya ini yang tersembunyi di dalam inti atom dapat menyebabkan bom atom sangat efektif.

2. Gaya Nuklir Lemah

Keseimbangan di dalam atom merupakan salah atu faktor penting yang dapat menjaga keteraturan di muka bumi ini ada. Keseimbangan ini menjaga agar segala sesuatu tidak tiba-tiba terurai atau memancarkan radiasi berbahaya. “Gaya nuklir lemah” bertanggung jawab atas keseimbangan antara proton dan netron dalam inti atom. Gaya ini memainkan peran penting dalam menjaga keseimbangan inti yang mengandung sejumlah besar netron dan proton.

Meskipun keseimbangan ini dijaga sebuah netron bila dibutuhkan dapat berubah menjadi proton. Karena jumlah proton di dalam inti di akhir proses berubah, atom berubah pula dan menjadi atom berbedda tanpa terurai dan meneruskan eksitensinya. Sabuk pengaman ini melindungi organisme hidup dari bahaya yang akan muncul jika partikel-partikel terurai tanpa terkendali dan membahayakan manusia.

3. Gaya Elektromagnet

Era baru dalam dunia fisika mulai terbuka ketika ditemukan gaya ini. Pada saat itulah diketahui bahwa setiap partikel mengandung muatan listrik menurut karakteristik strukturnya masing-masing dan bahwa ada gaya di antara muatan-muatan listrik ini. Partikel-partikel yang bermuatan listrik berlawanan saling tarik dan partikel-partikel bermuatan sama akan saling tolak disebabkan oleh adanya gaya ini sehingga menjamin proton dalam inti atom dan elektron yang mengorbit di sekeliling tarik-menarik. Dengan cara ini, dua elemen dasar atom, inti dan elektron tetap di tempat mereka.

Sekecil apapun perubahan kekuatan pada gaya ini dapat menyebabkan elektron-elektron terlepas jauh dari inti atau melekat pada inti. Pada kedua kasus ini, atom tidak mungkin terbentuk sehingga alam semesta pun tidak ada. Akan tetapi, sejak momen pertama gaya ini terbentuk, proton-proton dalam inti menarik elektro dengan besar gaya yang tepat dibutuhkan untuk pembentukan atom.

4. Gaya Gravitasi

Satu-satunya gaya yang dapat kita rasakan setiap saat adalah gravitasi, namun sedikit sekali yang kita ketahui tentangnya. Gaya gravitasi sebenarnya sering juga disebut gaya tarik massa. Gaya ini paling lemah dibandingkan gaya lainnya, namun karena gaya inilah, massa-massa yang sangat besar dapat saling tarik menarik. Karena gaya inilah galaksi dan bintang-bintang di alam semesta tetap berada pada orbitnya masing-masing. Bulan dapat mengitari bumi karena adanya gravitasi ini begitu juga planet-planet tetap da dalam orbit tertentu mengitari matahari, karena adanya gaya gravitasi. Kita dapat berjalan, rumah-rumah dapat tegak di atas bumi karena gaya ini. Bila ada pengaruh dalam nilai gaya ini, bintang-bintang akan jatuh, bumi akan keluar dari orbitnya, dan kita akan bertebaran ke luar angkasa. Bila nilainya lebih besar sedikit saja, bintang-bintang akan bertabrakan, bumi akan bergerak menuju matahari, dan kita akan melesak ke dalam kerak bumi. Walaupun tampak kecil sekali kemungkinan ini bagi kita, semua itu tidak akan terelakan bila gaya ini bergeser dari nilainya yang sekarang sekalipun hanya untuk sesaat.

Para ilmuwan yang sedang meneliti subjek ini mengakui bahwa ketepatan nilai gaya-gaya fundamental itu sangat penting demi keberadaan alam semesta. Seorang ahli biologi molekuler yang terkenal, Michael Denton menyatakan dalam bukunya Nature’s Destiny: How the Laws of Biology Reveal in the Universe;

Jika misalnya, gaya gravitasi satu triliun kali lebih kuat, maka alam semesta akan jauh lebih kecil dan sejarah hidupnya lebih pendek. Sebuah bintang rata-rata akan mempunyai massa satu triliun lebih kecil dari matahari dan masa hidup sekitar satu tahun. Di lain pihak, jika gravitasi kurang kuat, tidak ada bintang dan galaksi yang akan pernah terbentuk. Jika gaya nuklir kuat sedikit lemah sama saja, satu-satunya unsur yang stabil hanya hidrogen. Tidak ada atom lain yang bisa terbentuk. Jika gaya nuklir kuat tersebut aedikit lebih kuat dalam kaitannya dengan elektromagnetik maka inti atom yang terdiri dari dua proton menjadi yang paling stabil di alam semesta – yang berarti tidak akan ada hidrogen, dan jika ada bintang atau galaksi yang terbentuk, mereka akan sangat berbeda dari bentuknya sekarang. Jelas sekali, jika semua gaya dan konstanta ini tidak mempunyai nilai tepat demikian, tidak akan ada bintang, supernova, planet, atom, dan kehidupan. Seorang ahli fisika terkemuka, Paul Davies, menyatakan kekagumannya terhadap penetapan nilai-nilai hukum-hukum fisika yang berlaku di alam semesta.

Sumber: Ghalib, Achmad Kholish. 2009. The True Power of Atom. Yogyakarta: Penerbit DIVA Press.