Dalam "Calculating the Cosmos," Ian Stewart menyajikan panduan menggembirakan ke kosmos, dari tata surya kita ke seluruh alam semesta. Dimulai dengan integrasi matematika Babilonia ke dalam studi astronomi dan kosmologi, Stewart melacak evolusi pemahaman kita tentang kosmos: Bagaimana hukum kepler tentang gerakan planet mengarahkan Newton untuk merumuskan teorinya tentang gravitasi. Bagaimana, dua abad kemudian, penyimpangan kecil dalam gerakan Mars mengilhami Einstein untuk menyusun teori relativitas umumnya. Bagaimana, delapan puluh tahun yang lalu, penemuan bahwa alam semesta mengembang menyebabkan perkembangan teori Big Bang tentang asal-usulnya. Bagaimana titik tunggal asal dan perluasan menyebabkan kosmolog untuk berteori komponen baru alam semesta, seperti inflasi, materi gelap, dan energi gelap. Tetapi apakah inflasi menjelaskan struktur alam semesta saat ini? Apakah materi gelap benar-benar ada? Mungkinkah revolusi ilmiah yang akan menantang ortodoksi ilmiah yang telah lama dipegang dan sekali lagi mengubah pemahaman kita tentang alam semesta akan segera terjadi? Di bawah ini adalah kutipan dari "Calculating the Cosmos: How Mathematics Unveils the Universe" (Basic Books, 2016).
Kemajuan dalam eksplorasi dan penggunaan ruang angkasa ini tidak hanya bergantung pada teknologi pintar, tetapi juga pada serangkaian penemuan ilmiah yang panjang yang kembali setidaknya sejauh Babel kuno tiga ribu tahun yang lalu. Matematika adalah inti dari kemajuan ini. Rekayasa tentu saja sangat penting juga, dan penemuan dalam banyak disiplin ilmu lain diperlukan sebelum kita dapat membuat bahan yang diperlukan dan mengumpulkannya menjadi penyelidikan ruang kerja, tetapi saya akan berkonsentrasi pada bagaimana matematika telah meningkatkan pengetahuan kita tentang alam semesta.
Kisah eksplorasi ruang angkasa dan kisah matematika telah berjalan seiring sejak awal. Matematika telah terbukti penting untuk memahami Matahari, Bulan, planet, bintang, dan persenjataan lengkap benda-benda terkait yang bersama-sama membentuk kosmos - alam semesta dipertimbangkan dalam skala besar. Selama ribuan tahun, matematika telah menjadi metode kami yang paling efektif untuk memahami, merekam, dan memprediksi peristiwa kosmik. Memang dalam beberapa budaya, seperti India kuno sekitar 500, matematika adalah sub-cabang astronomi. Sebaliknya, fenomena astronomi telah memengaruhi perkembangan matematika selama lebih dari tiga milenium, menginspirasi segala sesuatu dari prediksi Babel tentang gerhana menjadi kalkulus, kekacauan, dan lengkungan ruangwaktu.
Awalnya, peran astronomis utama matematika adalah merekam pengamatan dan melakukan perhitungan yang berguna tentang fenomena seperti gerhana matahari, di mana Bulan untuk sementara mengaburkan Matahari, atau gerhana bulan, di mana bayangan Bumi mengaburkan Bulan. Dengan memikirkan geometri tata surya, para pionir astronomis menyadari bahwa Bumi mengelilingi Matahari, meskipun tampak sebaliknya dari sini. Orang dahulu juga menggabungkan pengamatan dengan geometri untuk memperkirakan ukuran Bumi dan jarak ke Bulan dan Matahari.
Pola astronomi yang lebih dalam mulai muncul sekitar tahun 1600, ketika Johannes Kepler menemukan tiga keteraturan matematis - 'hukum' - di orbit planet-planet. Pada 1679 Isaac Newton menafsirkan kembali hukum Kepler untuk merumuskan teori ambisius yang menggambarkan bukan hanya bagaimana planet-planet tata surya bergerak, tetapi gerak apa saja sistem benda langit. Ini adalah teorinya tentang gravitasi, salah satu penemuan sentral dalam perubahan dunianya Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Prinsip Matematika dari Filsafat Alam). Hukum gravitasi Newton menggambarkan bagaimana setiap tubuh di alam semesta menarik setiap benda lainnya.
Dengan menggabungkan gravitasi dengan hukum matematika lainnya tentang gerak benda, dipelopori oleh Galileo seabad sebelumnya, Newton menjelaskan dan meramalkan berbagai fenomena langit. Secara lebih umum, dia mengubah cara kita berpikir tentang dunia alami, menciptakan revolusi ilmiah yang masih maju hingga hari ini. Newton menunjukkan bahwa fenomena alam (sering) diatur oleh pola matematika, dan dengan memahami pola-pola ini kita dapat meningkatkan pemahaman kita tentang alam. Di era Newton hukum matematika menjelaskan apa yang terjadi di surga, tetapi mereka tidak memiliki kegunaan praktis yang signifikan, selain untuk navigasi.
***
Semua itu berubah ketika USSR Sputnik satelit masuk ke orbit Bumi rendah pada tahun 1957, menembakkan pistol awal untuk perlombaan antariksa. Jika Anda menonton sepak bola di televisi satelit - atau opera atau komedi atau film dokumenter sains - Anda menuai manfaat dunia nyata dari wawasan Newton.
Awalnya, keberhasilannya mengarah pada pandangan tentang kosmos sebagai alam semesta jam, di mana segala sesuatu dengan anggun mengikuti jalur yang ditetapkan pada awal penciptaan. Sebagai contoh, diyakini bahwa tata surya diciptakan dalam kondisi yang hampir sama saat ini, dengan planet yang sama bergerak di sepanjang orbit melingkar yang sama. Harus diakui, semuanya sedikit berguncang; kemajuan periode dalam pengamatan astronomi telah membuatnya sangat jelas. Tetapi ada kepercayaan luas bahwa tidak ada yang berubah, benar-benar berubah, atau akan berubah secara dramatis selama ribuan tahun. Dalam agama Eropa tidak terpikirkan bahwa ciptaan Allah yang sempurna bisa saja berbeda di masa lalu. Pandangan mekanistik tentang kosmos yang teratur dan dapat diprediksi bertahan selama tiga ratus tahun.
Tidak lagi. Inovasi terbaru dalam matematika, seperti teori chaos, digabungkan ke komputer yang kuat saat ini, mampu mengolah angka-angka yang relevan dengan kecepatan yang belum pernah terjadi sebelumnya, telah sangat mengubah pandangan kita tentang kosmos. Model jarum jam tata surya tetap berlaku selama periode waktu yang singkat, dan dalam astronomi sejuta tahun biasanya singkat. Tapi halaman belakang kosmik kita sekarang terungkap sebagai tempat di mana dunia melakukan, dan akan, bermigrasi dari satu orbit ke orbit lainnya. Ya, ada periode yang sangat lama dari perilaku teratur, tetapi dari waktu ke waktu mereka diselingi oleh semburan aktivitas liar. Hukum abadi yang memunculkan gagasan tentang dunia jarum jam juga dapat menyebabkan perubahan mendadak dan perilaku yang sangat tidak menentu.
Skenario yang sekarang dipertimbangkan para astronom seringkali dramatis. Selama pembentukan tata surya, misalnya, seluruh dunia bertabrakan dengan konsekuensi apokaliptik. Suatu hari, di masa depan yang jauh, mereka mungkin akan melakukannya lagi: ada kemungkinan kecil bahwa Merkurius atau Venus hancur, tetapi kita tidak tahu yang mana. Bisa jadi keduanya, dan mereka bisa membawa kita. Satu tabrakan semacam itu mungkin mengarah pada pembentukan Bulan. Kedengarannya seperti sesuatu dari fiksi ilmiah, dan itu adalah ... tetapi jenis terbaik, fiksi ilmiah 'keras' di mana hanya penemuan baru yang fantastis yang melampaui sains yang dikenal. Kecuali bahwa di sini tidak ada penemuan fantastis, hanya penemuan matematika yang tidak terduga.
Matematika telah menginformasikan pemahaman kita tentang kosmos pada setiap skala: asal dan gerak Bulan, pergerakan dan bentuk planet-planet dan bulan-bulan pendamping mereka, seluk-beluk asteroid, komet, dan objek sabuk Kuiper, dan tarian surgawi yang meriah dari seluruh tata surya. Ini telah mengajarkan kita bagaimana interaksi dengan Jupiter dapat melemparkan asteroid ke Mars, dan dari sana bumi; mengapa Saturnus tidak sendirian dalam memiliki cincin; bagaimana cincinnya terbentuk sejak awal dan mengapa mereka berperilaku seperti mereka, dengan kepang, riak, dan 'jari-jari' berputar yang aneh. Ini telah menunjukkan kepada kita bagaimana cincin-cincin planet dapat memuntahkan bulan, satu demi satu.
Clockwork telah memberi jalan ke kembang api.
Dikutip dari "Menghitung Kosmos: Bagaimana Matematika Mengungkap Alam Semesta" oleh Ian Stewart. Hak Cipta © 2016. Tersedia dari Basic Books, cetakan Perseus Books, LLC, anak perusahaan dari Hachette Book Group, Inc. Semua hak dilindungi undang-undang.
