Neutrino, Kecepatan Cahaya, dan Proses Sains

Beberapa hari belakangan sains fisika sedang dilanda kehebohan dengan penemuan partikel neutrino yang bergerak melebihi kecepatan cahaya. Tim saintis yang tergabung dalam eksperimen OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) menemukan bahwa neutrino memakan waktu perjalanan lebih cepat sampai ke fasilitas penelitiannya di Italia dibandingkan waktu yang dibutuhkan cahaya. Berdasarkan hasil ini, eksperimen OPERA menyimpulkan bahwa partikel neutrino tersebut bergerak lebih cepat daripada cahaya

Selama lebih dari satu abad, peradaban manusia menganggap kecepatan cahaya adalah kecepatan tertinggi yang mungkin dapat dicapai. Einstein pada tahun 1905 menyatakan teori relativitas khusus dengan membuktikan bahwa tidak ada yang dapat melebihi kecepatan cahaya dalam vakum, yaitu sebesar 186.000 mil per detik (atau lebih tepatnya 299.792.458 meter per detik). Teori relativitas khusus, terkenal dengan rumus E=mc2, berhasil lulus dari berbagai eksperimen. Teori ini kemudian menjadi landasan pada bangunan fisika modern.

Neutrino merupakan partikel subatomik bermuatan listrik netral dan bermassa sangat kecil. Miliaran partikel neutrino setiap detik menembus tubuh kita berasal dari matahari. Eksperimen OPERA menemukan bahwa partikel neutrino yang berasal dari laboratorium CERN Swiss bergerak di bawah tanah sejauh 730 km ke laboratorium di Gran Sasso Italia tiba lebih cepat 60 nanodetik daripada waktu yang dibutuhkan cahaya untuk mencapai jarak ini.

Setelah tiga tahun masa eksperimen dan 16.000 kali pengukuran kecepatan neutrino, para saintis OPERA menyimpulkan bahwa partikel neutrino tersebut bergerak lebih cepat daripada cahaya. Kecepatan neutrino saat melintasi lintasan CERN-OPERA adalah 299.798.454 meter per detik, kira-kira 0,002 persen lebih cepat daripada kecepatan cahaya.

Meskipun hanya sedikit lebih cepat, kesimpulan ini memberikan tantangan pada fisika modern (kalau memang kesimpulan ini terbukti benar). Nature mengatakan, “apabila neutrino bergerak lebih cepat daripada kecepatan cahaya, maka salah satu asumsi fundamental sains, bahwa aturan fisika sama bagi semua pengamat, menjadi batal." Potensi perubahan besar-besaran dalam dunia fisika mungkin terjadi apabila memang terbukti bahwa kecepatan cahaya dapat terlampaui.

Hasil eksperimen kecepatan neutrino melebihi kecepatan cahaya memberikan gambaran bagaimana proses sains sedang bekerja. Setelah saintis OPERA mengungkapkan hasil eksperimen neutrino, peer-review akan dilakukan oleh saintis pada bidang fisika partikel lain di seluruh dunia. Pertanyaan akan diajukan dan dijawab hingga memuaskan semua pihak, baru kemudian publikasi ilmiah dapat dilakukan.

Reviewer dari berbagai fisikawan partikel akan melihat metodologi yang dilakukan dan apa yang mungkin kurang dalam eksperimen ini. Setelah itu, sesuai yang dikatakan Sherlock Holmes: “when you have eliminated the impossible, whatever remains, however improbable, must be the truth.” Peer-review dalam sains memang merupakan sistem swa-regulasi yang ampuh untuk menjaga standar, meningkatkan kinerja, dan menjaga kredibilitas sains.

Selanjutnya, eksperimen sejenis akan dilakukan oleh fisikawan di pusat penelitian lain menuntut hasil eksperimen yang persis. Mereka menguji kembali apakah hasil sebelumnya dapat direplikasi. Meskipun eksperimen neutrino ini sangat sulit dan mahal, tetapi pusat penelitian lain akan bersiap untuk melakukan kembali eksperimen sejenis untuk membuktikan kebenaran hasil ini.

Misalnya saja, eksperimen MINOS (Main Injector Neutrino Oscillation Search) di Fermilab Amerika Serikat sebelumnya telah melaporkan terjadinya efek sejenis meskipun dengan akurasi rendah. Saintis MINOS melaporkan bahwa neutrino bergerak lebih cepat daripada yang diharapkan, yaitu melebihi kecepatan cahaya. Ketika itu, mereka menyimpulkan bahwa hasil ini terjadi karena kurangnya akurasi. Hasil terbaru OPERA membuat MINOS merencanakan eksperimen selanjutnya yang lebih akurat. Tim saintis MINOS diperkirakan akan memberikan hasil terhadap eksperimen sejenis dalam satu hingga dua tahun mendatang.

Saat ini, hasil dan kesimpulan eksperimen OPERA menimbulkan banyak pro dan kontra. Banyak komentator dan saintis yang skeptik dengan hasil eksperimen ini. Keraguan mereka berasal dari metodologi dan tingkat akurasi hasil. Pengamatan tidak langsung di luar laboratorium, misalnya pada ledakan bintang Supernova 1987a, juga menunjukkan hasil pengamatan yang berbeda dengan hasil eksperimen laboratorium eksperimen OPERA ini.

Seperti proses sains layaknya, juru bicara OPERA tetap terbuka terhadap skeptisme publik. Bagaimanapun juga, setelah tiga tahun masa eksperimen, para peneliti Italia ini tidak menemukan kesimpulan lain kecuali bahwa partikel neutrino itu bergerak lebih cepat daripada cahaya. Semua data telah diberikan kepada komunitas sains dan mereka membuka diri terhadap komentar secara luas.

Dalam beberapa waktu ke depan, kita akan menyaksikan bagaimana proses sains bekerja pada penemuan partikel neutrino yang bergerak melebihi kecepatan cahaya. Seiring dengan waktu, kita akan dapat melihat apakah teori ini mampu bertahan. Hanya dengan bertahan melewati berbagai eksperimen sains, teori kecepatan melebihi kecepatan cahaya dapat terbukti sebagai kebenaran dalam sains.

Kebenaran dalam sains memang tidak mudah dan tidak otomatis. Ia tidak lahir seperti konsensus dalam politik atau dogma dalam agama. Kebenaran dalam sains berkembang melalui pergulatan antara skeptisme, pembuktian, dan keterbukaan. Apa yang menjadi kebenaran dalam sains hari ini , belum tentu akan tetap menjadi kebenaran di masa depan. Seperti yang dikatakan Michael Crichton, saintis sekaligus penulis fiksi sains:

Pekerjaan sains tidak ada hubungannya dengan konsensus. Konsensus adalah urusan politik. Sebaliknya, sains hanya membutuhkan satu investigator yang benar, yang memiliki hasil yang teruji benar berdasarkan referensi dunia nyata.

Dalam sains, konsensus tidaklah relevan. Yang relevan adalah hasil yang dapat direproduksi. Para saintis menjadi besar dalam sejarah justru karena mereka memutuskan untuk tidak mengikuti konsensus.

 

---

Inspirasi:

Measurement of neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam
Neutrino stories move faster than the speed of science
Particles break light-speed limit
Particles Found to Travel Faster than Speed of Light
Faster-than-light neutrino claim bolstered
Elementary, my dear neutrino

Paradigma Sains: Perubahan

Dalam paradigma sains, konsep yang telah usang harus rela digantikan oleh temuan baru yang lebih akurat. Hal ini berbeda dalam paradigma lain yang mempertahankan dogma sentral yang menjadi tumpuan secara absolut, meskipun tidak lagi relevan.

Debat akibat perbedaan paradigma ini sangat menarik. Beberapa tahun belakangan, konsep pohon kehidupan Darwin yang sempat menjadi pemahaman sentral dalam evolusi mulai tidak relevan dan menjadi usang. News Scientist, sebuah media sains online terkenal, melaporkannya dan menulis headline sensasional seperti di atas: “Darwin was Wrong.” 

Materi berita News Scientist sendiri merupakan paparan perkembangan temuan genetika yang juga  berhubungan dengan evolusi. Isinya memaparkan perkembangan terbaru seputar transfer gen horisontal.

Penemuan transfer gen horisontal mengungkapkan bahwa gen suatu makhluk hidup dapat ditransfer ke makhluk hidup lain tanpa melalui proses reproduksi, atau biasa disebut transfer gen vertikal. Bakteri dan beberapa organisme lain mampu melakukan transfer gen ini. Manusia bahkan telah memanfaatkan transfer gen horisontal ini secara artifisial. Hal ini merupakan salah satu konsep rekayasa genetika.

Perkembangan teknologi ini membuat konsep pohon kehidupan Darwin menjadi kurang relevan. Materi genetika tidak lagi hanya diturunkan kepada anakan saja sehingga pohon kehidupan Darwin akan menjadi jaringan yang lebih kompleks. Meskipun begitu, bangunan teori evolusi modern secara keseluruhan tetap sesuai dengan perkembangan ini.

Khawatir dengan perbedaan paradigma, komunitas jurnalis sains mengritik headline News Scientist yang sensasional ini. Para jurnalis ini khawatir pendukung kreasionis, melalui paradigmanya, menggunakan headline ini untuk melakukan generalisasi untuk menyangkal seluruh teori Evolusi modern tanpa memahami materi beritanya.

Dalam skema kesesatan logika (fallacy), hal ini dikategorikan sebagai straw man, yaitu misrepresentasi posisi lawan. Dalam hal ini, pohon kehidupan Darwin dianggap merepresentasikan seluruh teori Evolusi modern. Tentunya hal ini tidak tepat karena teori Evolusi modern telah berkembang kokoh dengan dukungan perkembangan pesat sains modern.

Kesimpulan sementara: Sensionalisme mungkin tidak tepat dalam ranah jurnalisme sains..

Spesies, Evolusi, dan Kepunahan

Manfred: Mammoths can't go extinct; we're the biggest animals on Earth.
Diatryma Mom: Uh, what about the dinosaurs?
Manfred: The dinosaurs got cocky. They made enemies

***
Sid: Maybe we could rapidly evolve into water creatures.
Diego: That's genius, Sid.
Sid: Call me Squid.

-Ice Age 2-

 

---

Film “Ice Age: The Meltdown” yang saya tonton di sebuah televisi swasta tadi siang menginspirasi saya untuk berbagi cerita seputar perkembangan terbaru seputar spesies, evolusi, dan kepunahan. Kutipan oleh Manfred si mammoth dan Sid si kukang di atas menggambarkan parodi keluguan pemahaman evolusi dan kepunahan. Mammoth, spesies gajah purba besar yang berambut dan bergading besar, punah sekitar 4500 tahun yang lalu. Sedangkan kukang, hewan yang terkenal lambat dan malas, juga tidak pernah berevolusi menjadi makhuk air, apalagi jadi cumi-cumi..

Dalam sebuah survei menyambut dua abad kelahiran Charles Darwin, lembaga riset Gallup melaporkan bahwa hanya 39% orang di Amerika Serikat percaya evolusi. Sebanyak 25% orang Amerika Serikat tidak percaya evolusi dan hanya mempercayai kreasionisme. Sisanya, sekitar 36% tidak berpendapat atau tidak menjawab. Hasil survei juga menunjukkan bahwa pilihan ini berhubungan dengan pendidikan dan religiusitas. Membaca hasil survei ini, saya jadi penasaran berapa banyak orang Indonesia yang percaya teori evolusi.

Pengertian tentang evolusi menurut saya lebih penting daripada sekedar kepercayaan saja. Dengan pengertian memadai, orang akan mampu berpendapat rasional dalam perbandingan antara evolusi dan kreasionisme. Tulisan ini bukan ingin menceritakan evolusi secara mendalam, melainkan hanya comot sana-sini saja beberapa perkembangan evolusi terakhir yang (menurut saya) menarik.

Evolusi Modern

Teori Evolusi modern berkembang seiring dengan berbagai temuan ilmiah terbaru. Teori ini merupakan gabungan berbagai cabang Biologi yang bermuara pada evolusi. Awalnya, perkembangan evolusi modern berasal dari ditemukannya kesesuaian antara teori seleksi alam Darwin dan teori genetika Mendel pada awal abad ke-20. Sangat ironis bagi Mendel karena pada mulanya publikasi genetika Mendel justru sangat anti-evolusi, bahkan secara spesifik menentang buku “The Origin of Species” tulisan Darwin.

Saat ini, teori Evolusi modern tidak lagi sesederhana teori “Darwinisme” saja. Berbagai perkembangan ilmu Biologi, khususnya Biologi molekuler, Sitologi, Biosistematik, Botani, Morfologi, Ekologi, dan Paleontologi telah membuat bangunan teori Evolusi modern lebih kokoh. Misalnya, penemuan peta genom memungkinkan peneliti membandingkan genom dan kekerabatan setiap makhluk hidup. Manusia dan simpanse memiliki kekerabatan yang sangat dekat karena peta genom kedua spesies ini mirip hingga 99% serta menghasilkan protein yang juga sangat mirip.

Beberapa temuan baru bahkan mensubtitusi pondasi awal yang dibangun oleh Darwin. Konsep pohon kehidupan (tree of life) yang diperkenalkan oleh Darwin dua ratus tahun lalu tidak memadai lagi saat transfer genetik horisontal ditemukan sepuluh tahun belakangan. Dalam perjalanan sains, konsep pohon kehidupan Darwin memang menjadi kurang relevan, tapi teori Evolusi modern sejauh ini didukung oleh berbagai temuan baru.

Spesies: Penciptaan dan Kepunahan

Spesies merupakan pengelompokkan makhluk hidup yang mampu kawin dan menghasilkan keturunan yang mampu menghasilkan keturunan juga. Setelah 250 tahun perkembangan taksonomi, tahun 2010, diperkirakan ada 7-100 juta spesies di bumi. Dari perkiraan ini, hanya 1,7 juta spesies saja yang telah teridentifikasi, lebih dari sejuta adalah serangga. Sisanya masih belum teridentifikasi.

Pembentukkan spesies makhluk hidup baru (spesiasi) terjadi setiap saat diarahkan oleh proses evolusi dalam jangka panjang. Manusia sendiri telah mampu melakukan spesiasi buatan melalui persilangan sejak era pertanian ribuan tahun lalu. Domba modern merupakan salah satu spesies baru yang diciptakan manusia dari domba mouflon melalui domestikasi sekitar 11.000 tahun yang lalu.

Manusia bahkan telah menciptakan spesies kehidupan sintetis dari benda mati. Tahun 2010, Craig Venter menciptakan spesies bakteri yang sama sekali baru melalui penyusunan materi DNA di laboratorium. Melalui penemuan kehidupan sintetis, konsep generation spontanea yang telah ditinggalkan sejak abad ke-19 bisa menjadi relevan kembali. Sains menerima perubahan, bahkan perubahan balik.

Kepunahan spesies makhluk hidup juga terjadi terjadi setiap saat, dengan atau tanpa kehadiran manusia. Ia adalah bagian dari proses evolusi. Selama 3,8 miliar tahun kehidupan hadir di bumi, diperkirakan 99,9% spesies yang pernah ada di bumi telah punah. Suatu spesies umumnya memiliki umur kurang dari sepuluh juta tahun, mulai terbentuk hingga kepunahannya. Meskipun begitu, beberapa spesies bertahan menjadi fosil hidup tidak mengalami perubahan selama ratusan juta tahun, misalnya kecoa telah bertahan selama 350 juta tahun hingga saat ini. Spesies manusia modern diperkirakan baru berusia 200 ribu tahun dan sangat mungkin akan punah dalam beberapa juta tahun lagi.

Belakangan baru disadari, laju kepunahan terjadi lebih cepat akibat ledakan populasi manusia. Peningkatan drastis populasi manusia hingga 6,9 miliar tahun ini menimbulkan ketidakseimbangan alam karena konsumsi berlebihan, perusakkan habitat, penyebaran penyakit, dan perubahan iklim. Harimau Bali secara resmi telah dinyatakan punah di Indonesia tahun 1937 akibat kerusakan habitat dan perburuan liar. Beberapa hari ini ada berita yang menyatakan dugaan bahwa anoa dan babi rusa telah punah di Sulawesi Utara. Spesies orang utan, badak jawa, dan komodo akan menunggu kepunahan beberapa (puluh) tahun lagi.

Dengan perkembangan biologi molekuler, saintis berupaya menghadirkan spesies yang telah punah melalui metode kloning. Memang belum ada upaya yang berhasil hingga saat ini, tapi perkembangan pesat biologi molekuler memberikan harapan. Museum Australia di Sidney memulai proyek kloning harimau Tasmania (Thylacine) tahun 1999. Thylacine merupakan karnivora berkantung dari Australia yang punah pada awal abad ke-20. Proyek Thylacine yang kontroversial ini sempat dihentikan tahun 2005 dan kembali dilanjutkan pada tahun yang sama dan berkembang hingga saat ini. Apakah mungkin manusia bisa menghentikan kepunahan? Apakah mungkin mammoth akan kembali muncul di bumi? Kita tunggu saja perkembangan penelitian ini.

Last Tasmanian Tiger, Thylacine, 1933

Epilog

Evolusi adalah paradigma sentral dalam Biologi. Theodosius Dobzhansky, salah satu pendiri teori Evolusi modern mengatakan bahwa tidak ada yang masuk akal dalam Biologi kecuali dalam kerangka evolusi. Ia adalah pendukung evolusi modern sekaligus seorang Kristen orthodoks yang taat. Dalam upayanya mendamaikan sains dan religiusitas Dobzhansky mengatakan:

Apakah fakta evolusi bertentangan dengan keimanan agama? Tidak. Adalah sebuah kekeliruan untuk menggunakan kitab suci sebagai teks dasar astronomi, geologi, biologi, dan antropologi. Simbol yang ditafsirkan tidak sebagaimana mestinya akan menimbulkan konflik yang khayal dan tak terpecahkan. Kekeliruan ini malah menimbulkan penghinaan: Sang Pencipta dituduh merencanakan penipuan..