Atom

Saya tidak ingat kapan pertama kali saya "melihat" atom, tapi saya ingat betul saat pertama kali kami mempelajarinya di kelas sains, dan itu membuat saya terpesona. Kerumitannya dalam gambar-gambar yang ditunjukkan kepada kami, dan bagaimana atom-atom itu bisa bergabung membentuk zat, membuat saya ingin tahu lebih banyak: saya banyak membaca tentangnya, tentang posisinya dalam tabel periodik, partikel-partikelnya, bahkan tentang bagaimana atom digunakan untuk menghasilkan energi di rumah kita.

Jauh kemudian saya belajar memprogram, dan saya ingin mewujudkan apa yang telah saya pelajari dari kelas dan buku. Saya ingin membuat sebuah atom, melihatnya bergerak, membuat setiap bagiannya terasa nyata; menggabungkannya dan, mungkin, membangun sesuatu yang lebih besar dalam sebuah simulator. Tapi ada hal tak terduga yang terjadi: saya bukan lagi remaja yang penasaran, melainkan orang dewasa dengan cara berpikir yang berbeda. Jadi saya mulai menyelidiki dari awal. Dan hasilnya mengejutkan: setelah bertahun-tahun membaca buku tentang topik ini, hanya perlu beberapa jam berpikir kritis untuk mengungkap detail-detail yang belum pernah saya lihat sebelumnya.

Meski kisahnya sangat beragam, hampir semuanya berakar pada zaman kuno dan terdengar kurang lebih seperti ini:

"Konon studi pertama tentang atom berasal dari zaman kuno, ketika orang-orang paling tekun bertanya-tanya menjadi berapa bagian segala sesuatu dapat dibagi. Setelah kajian panjang mereka menyimpulkan bahwa segala sesuatu hanya dapat dibagi sampai batas tertentu, menyisakan pada akhirnya fragmen-fragmen yang begitu kecil dan tak terlihat sehingga mereka menyebutnya atom."

Untuk memahami gagasan ini, bayangkan Anda sangat bosan dan mengambil apa saja yang bisa dibagi —tusuk gigi, daun, sepotong buah— lalu membelahnya menjadi dua. Dan lagi. Dan lagi… sampai Anda benar-benar tidak bisa lagi. Dan itulah dia: Anda mendapatkan sebuah atom! …atau begitulah gagasannya, setidaknya.

Jika kita bisa menghentikan waktu dan berpegang pada cerita ini, saya bisa membangun simulator saya tanpa kesulitan: saya tinggal membuat sebuah apel terbelah menjadi dua, menjadi tiga…, menetapkan sebuah batas, dan selesai. Tapi ini baru permulaan dari cerita yang sebenarnya.

Apa yang mengikuti adalah hasil sampingan dari kajian mendalam terhadap fakta-fakta sejarah dan penemuan-penemuan yang secara bertahap membentuk apa yang kini kita sebut atom.

Pada awal abad ke-19, seorang kimiawan Inggris bernama John Dalton, karena belum ada tabel periodik dan simbol untuk mewakili unsur-unsur kimia, menciptakan sistem representasi grafisnya sendiri. Pada dasarnya, ia membuat daftar unsur-unsur yang telah diketahui —emas, perak, karbon, oksigen...— dan menggambar sebuah lingkaran di samping masing-masing dengan desain berbeda di dalamnya agar dapat dibedakan.

Dalton membayangkan atom sebagai bola-bola kecil, padat, dan tak terbagi, yang biasa ia sebut "partikel akhir", semacam batas dari materi, tempat materi itu tidak dapat dibagi lagi. Karyanya berhasil menyatukan, untuk selamanya, konsep abstrak tentang atom dengan eksperimen kimia, itulah sebabnya ia diakui secara historis sebagai bapak teori atom.

Hampir satu abad kemudian, ilmuwan Inggris lainnya bernama Joseph John Thomson, saat mencoba menjelaskan sifat sinar katode, berpendapat bahwa sinar tersebut terdiri dari korpuskel-korpuskel kecil pembawa listrik. Untuk menjelaskan dari mana asal partikel-partikel tersebut, ia berpendapat bahwa mereka tinggal di dalam atom, semacam kismis dalam puding, dan bahkan membangun sebuah teori atom berdasarkan puding kismis itu.

Perlu dicatat bahwa Thomson tidak pernah menunjukkan kepada dunia satu pun dari korpuskel-korpuskel itu: ia menyimpulkannya dari eksperimennya, ia tidak melihat mereka. Meski begitu, gagasan itu dianugerahi Hadiah Nobel pada tahun 1906 dan terpatri sebagai sebuah fakta. Sejak saat itu, atom tidak lagi menjadi hipotesis yang sederhana, melainkan sesuatu yang tak seorang pun berani mempertanyakan. Peristiwa-peristiwa ini mengubah total aturan permainan bagi para ilmuwan pada masa itu, mengubah atom dan teori-teorinya menjadi batu loncatan yang pasti menuju kesuksesan.

Bertahun-tahun kemudian, seorang ilmuwan asal Selandia Baru bernama Ernest Rutherford juga menghubungkan penelitiannya tentang radioaktivitas dengan atom, dan berpendapat bahwa atom tidak statis seperti puding Thomson, melainkan sesuatu yang sangat mirip dengan sistem tata surya dalam ukuran mini. Ia juga menambahkan sebuah bagian baru —sebuah inti kecil tempat hampir seluruh massa terkonsentrasi— dan membangun sebuah teori atom baru di atasnya.

Model atom planeter yang baru ini kurang lebih berupa sebuah inti yang sangat kecil dan bermuatan positif, dikelilingi oleh partikel-partikel bermuatan negatif (elektron) yang mengorbit, membentuk semacam sistem orbital. Bagian ketiga, neutron, belum muncul: neutron baru ditemukan pada tahun 1932. Atas penelitiannya tentang zat-zat radioaktif, Rutherford meraih Hadiah Nobel pada tahun 1908.

Hampir bersamaan dengan keberhasilan Rutherford, seorang pemuda Denmark bernama Niels Bohr, saat mencoba memperbaiki kesalahan dalam model atom planeter, menambahkan padanya tingkat-tingkat orbital, tingkat-tingkat energi, lompatan antar orbit, bahkan emisi dan penyerapan cahaya, yang ia asumsikan sebagai gelombang elektromagnetik. Dengan karyanya, Bohr mengubah apa yang tadinya hanya peta teoretis untuk menjelaskan fenomena tertentu menjadi sesuatu yang membutuhkan papan tulis penuh untuk dipahami. Sebagai hasil kontribusinya pada struktur atom, Niels Bohr memenangkan Hadiah Nobel pada tahun 1922.

Setelah Bohr, muncul daftar hampir tak berujung dari pikiran-pikiran cemerlang. Mereka semua menambahkan teori-teori yang semakin liar tentang atom —yang belum pernah terlihat sebelumnya—, membuat perangkat matematisnya berkembang ke tingkat astronomis. Sejujurnya, setelah berjam-jam membaca tentang topik ini, melihat setiap model atom terasa seperti melihat kereta luncur Sinterklas: sesuatu yang dipublikasikan secara berlebihan namun tak pernah bisa dilihat siapa pun.

Mengingat model-model atom hanyalah sebuah peta imajiner, muncul pertanyaan yang lebih jujur: apakah pernah ada sesuatu yang menyerupai atom benar-benar terlihat? Jawaban singkatnya tidak nyaman: tergantung apa yang kita maksud dengan melihat.

Untuk menjelaskannya lebih baik, mari kita bayangkan kita melihat sebuah apel: cahaya memantul dari permukaannya, sampai ke mata kita, dan membentuk gambarnya di mata kita. Tapi di bawah sekitar 200 nanometer trik itu berhenti bekerja: cahaya biasa tidak lagi mengembalikan potret dari apa yang ada; cahaya itu tampak melewatinya begitu saja tanpa menggambarkannya dan terus melaju, seolah-olah benda itu tembus pandang. Hanya cahaya yang sangat khusus —yang sangat intens, seperti yang dihasilkan di akselerator partikel raksasa— yang berhasil mendekati skala tersebut, dan meski begitu apa yang dihasilkannya bukanlah foto, melainkan pola: siluet dan bayangan.

Sains, dengan menggunakan semua teknologi yang tersedia, telah mencapai kemajuan yang luar biasa jauh: sains dapat menemukan siluet-siluet kabur, menghitungnya, menyusunnya satu per satu, mengukur medan listrik pada skala yang sangat kecil. Tapi setiap pencapaian itu adalah sebuah pengukuran yang dibungkus sebagai gambar, bukan pandangan langsung. Apa yang hari ini kita sebut "foto atom" tetaplah sebuah peta —jauh lebih baik daripada milik Thomson atau Bohr, tapi tetap saja sebuah peta—. Dan harus dikatakan dengan tenang, tanpa dramatisasi: kita telah mengukur jejaknya dengan presisi yang luar biasa; melihatnya, dalam pengertian sederhana seperti kita melihat sebuah apel, belum. Dan hal yang sama berlaku untuk hampir semua yang sangat kecil atau sangat jauh.

Sebuah hipotesis yang hampir mengada-ada, tapi penting: apa yang akan terjadi jika, menghadapi ketidakmasukakalannya, kita memutuskan untuk menghapus atom sekali pukul, menghapus setiap modelnya dari ruang kelas dan dari setiap cabang pengetahuan?

Hal pertama yang akan terjadi adalah kekacauan total di ruang kelas dan dunia pendidikan. Buku-buku teks harus ditulis ulang, menghapus lebih dari 200 tahun sejarah. Jutaan halaman akan penuh dengan "lubang" konseptual, kata-kata yang dicoret, atau istilah-istilah terlarang yang membuat teks-teks itu sama sekali tidak terbaca. Persamaan Schrödinger, struktur Lewis, dan diagram ikatan molekul akan kehilangan premis dasarnya, berubah menjadi coretan tanpa makna. Seluruh tesis yang didedikasikan untuk nanoteknologi, fisika nuklir, atau biokimia akan menjadi tidak berlaku dalam sekejap.

Sains, di sisi lain, tidak akan berhenti: ia akan mencari jalan lain —matematis, filosofis— untuk menjelaskan apa yang dulu dijelaskan oleh atom. Karena dunia tetap terbuat dari hal yang sama. Kita hanya akan menghapus peta-nya, bukan wilayahnya.

Sekalipun terasa tidak mungkin, di balik semua usaha ini —dan ribuan orang yang mendedikasikan seluruh hidup mereka untuk menggambarkan atom dengan lebih baik— ada sebuah taruhan: menyelidiki apa sebenarnya materi itu pada tingkat yang lebih dalam menjanjikan sebuah alam semesta penuh kemungkinan.

Transmutasi unsur-unsur kimia bisa menjadi hal yang mungkin dilakukan. Reaktor nuklir sudah mengubah unsur seperti uranium menjadi plutonium dan sesium. Membombardir unsur-unsur yang lebih ringan dengan partikel juga dapat mengubahnya menjadi unsur yang lebih berat. Namun setiap transformasi itu sangat mahal dan tidak praktis, dan hanya menghasilkan jumlah yang sangat kecil pula. Semua ini adalah hal yang bisa berubah jika kita memahami prosesnya dengan lebih baik dan mampu mengendalikannya pada tingkat yang lebih rendah.

Sebagai lelucon, kita bisa mengubah batu menjadi emas atau berlian, memenuhi bank-bank, lalu mengubahnya kembali menjadi batu; bahkan pergi lebih jauh dan menciptakan unsur-unsur kimia baru dengan sifat-sifat baru: material yang menantang gravitasi, superkonduktor pada suhu tinggi… sebuah kisah tanpa akhir.

Hadiah kedua sudah menyala, dan bukan di laboratorium melainkan di rumah Anda: sebagian besar listrik dunia berasal dari upaya besar yang memungkinkan kita semua menikmatinya. Memahami materi dengan lebih baik dapat membuka cara-cara menghasilkan energi yang belum kita ketahui, jauh lebih baik dan efisien daripada yang ada saat ini. Itu belum termasuk kemungkinan penggunaannya untuk tujuan yang tidak damai, yang telah membawa hasil tragis sepanjang sejarah.

Namun tidak semuanya akan membawa tragedi. Di balik penelitian ini terdapat harapan untuk meningkatkan teknologi seperti pencitraan resonansi magnetik nuklir, yang sangat diperlukan untuk mendiagnosis penyakit; atau menemukan cara baru untuk memproses informasi yang dapat membawa komputer masa depan ke batas-batas yang belum pernah terbayangkan. Dan, tanpa diragukan yang paling ambisius dan imajinatif dari semuanya, muncul sebuah tujuan lama: memahami apa itu waktu dan, mungkin, mengendalikannya.

Semua ini menjelaskan mengapa begitu banyak orang tidak pernah berhenti meneliti. Jika sebuah peta yang sekabur dan seimajiner atom sudah membawa kita sejauh ini, seberapa jauh kita akan pergi jika kita bisa memahami dan mengendalikan materi pada tingkatnya yang paling rendah?

Pada akhirnya, simulator saya hanya tinggal sebuah percobaan belaka. Seperti yang mungkin Anda bayangkan, mensimulasikan sebuah atom di komputer seperti mencoba menangkap kupu-kupu dengan mata tertutup. Meski begitu, semua itu membawa saya bukan hanya untuk tertarik pada atom dan model-model imajinernya, tapi juga untuk menyelami seluruh alam semesta pengetahuan yang dulu pernah memesona kita dan yang, pada dasarnya, hanya sedikit dari kita yang benar-benar mengetahuinya.