Menantang Warisan Newton

Perdebatan mengenai teori gravitasi Newton pada presentasi ilmiah mahasiswa astronomi 2008 lalu sangat seru. Bagi sebagian yang memahami persoalan, sangat berasalan jika diskusi ini dikatakan seru, sementara bagi sebagian lain yang tidak begitu tertarik mungkin berangapan diskusi ini membosankan dan penuh emosi. Sekarang, saat kita telah berjarak waktu dari diskusi tersebut, (semoga) kita dapat melihat persoalan lebih jernih.

Topik presentasi itu sendiri kira-kira "Komparasi Gravitasi Newton dengan Gravitasi Universal". Judul ini sangat provokatif karena memberi implikasi bahwa teori gravitasi Newton adalah teori gravitasi yang tidak universal. Terlepas dari perbaikan besar yang dilakukan oleh teori relativitas umum, teori gravitasi Newton berlaku secara universal di ruang dan waktu manapun.

Selama pemaparannya, dua orang presenter berusaha menunjukkan banyak keanehan pada teori gravitasi Newton. Beberapa keanehan yang mereka sebutkan adalah: teori gravitasi tidak menjelaskan mengapa benda saling tarik menarik satu sama lain, tidak ada "sumber" penghasil gravitasi, gravitasi melanggar hukum kekekalan energi karena dihasilkan terus menerus tanpa pernah habis.

Mendengar argumen-argumen ini, terlintas di pikiran saya sebuah buku berjudul "The Final Theory of Everything" karya seorang berkebangsaan Kanada yang menyebut dirinya sebagai insinyur elektro bernama Mark McCutcheon. Di dalam bukunya, McCutcheon merinci berbagai kekurangan pada teori gravitasi Newton dan uniknya, daftar kekurangan ini persis sama dengan yang disampaikan oleh presenter. Sayangnya di awal pemaparan, presenter tidak ingat dengan referensi yang telah mereka gunakan. Pada makalah juga tidak terdapat pustaka yang merinci referensi mereka.

Berikut adalah rangkuman dari argumen McCutheon yang mewanti-wanti kekurangan pada teori gravitasi Newton:

1. Newton’s theory of gravity does not explain why objects attract one another; it simply models this observation.
2. There is no known power source supporting the gravitational field that Newton claims to be emanating from our planet and from all objects.
3. Despite the ongoing energy expended by Earth’s gravity to hold objects down and the moon in orbit, this energy never diminishes in strength or drains a power source – in violation of one of our most fundamental laws of physics: the Law of Conservation of Energy.
4. These mysteries and violations are overlooked today because of a flawed explanation that arises from the improper use of an equation known as the Work Function.
5. Every effect explained by Newton’s theory of gravity today is accurately modeled by non-gravitational equations that existed even before Newton.
6. Newton’s gravitational force is actually an entirely redundant and superfluous concept providing no additional usefulness and having no proven existence in nature or scientific support.
   

Adalah benar jika teori gravitasi Newton tidak mampu menjelaskan segalanya. Bahkan, jika kita mau ketat dengan filosofi sains, gravitasi Newton adalah model untuk menjelaskan mekanika benda langit. Namun dengan sangat menakjubkan model ini juga bekerja untuk mekanika benda yang ada di bumi. Dan tentu saja, hingga sekarang masih banyak pertanyaan mendasar yang belum sanggup dijawab oleh teori relativitas umum dan model standar fisika partikel.

Gravitasi Newton kemudian diperbaiki oleh teori relativitas umum Einstein yang mengatakan gravitasi adalah kelengkungan ruang-waktu yang menuntun benda bermassa untuk bergerak. "Matter tell space how to curve, space tells matter how to move".

Fungsi kerja atau kita kenal dalam fisika dasar sebagai usaha, W, dikacau-balaukan dengan energi. Ketika kita mendorong dinding dan dinding tetap diam maka usaha yang dilakukan adalah nol karena tidak terjadi perpindahan namun tetap ada energi yang telah kita keluarkan. Jadi tidak ada hukum fisika yang dilanggar dalam kasus ini.

Prinsip gravitasi Newton memang sudah ada sebelum teori gravitasi ditemukan. Hukum Kepler adalah penjelasan geometris mengenai gerak planet-panet mengelilingi Matahari namun tidak memberikan penjelasan bagaimana hal itu terjadi. Newton yang datang belakangan menambahkan konsep gravitasi sebagai interaksi dua benda bermassa yang membuat planet-planet di tata surya bergerak secara keplerian. Selain itu dengan kalklusnya, teori gravitasi Newton menjadi lebih kaya karena dapat digunakan untuk menurunkan mekanika pada hukum Kepler.

Menjelang akhir pemaparan, presenter menurunkan sebuah rumus yang dapat menjelaskan fenomena gravitasi tanpa perlu menggunakan rumus gravitasi Newton. Rumus baru mereka didapatkan dengan menelaah gerak benda bermassa yang diputar dengan tali sehingga (v^2)R = GM, dengan v adalah kecepatan transversal, R adalah jarak benda dari titik pusat, M adalah massa benda, dan G sebagai konstanta gravitasi. Dengan rumus baru ini kita tidak perlu menggunakan "gaya gravitasi Newton, F" untuk mengetahui dinamika gerak benda.

Tentu saja untuk kasus ini presenter kembali salah kaprah karena rumus yang-mereka-temukan-kembali tentu bisa diturunkan dari rumus gravitasi Newton. Hanya saja rumus yang-mereka-temukan-kembali ini mengandung parameter-parameter yang dapat diukur. Kecepatan gerak dan jarak planet misalnya, bisa dihitung jika kita melakukan observasi gerak planet. Sementara konstanta gravitasi, G, bisa kita dapatkan dengan melakukan percobaan di laboratorium. Di laboratorium fisika dasar digunakan mesin atwood dan konsep potensial gravitasi untuk mengetahui nilai G.

Saya tidak bermaksud menghalangi presenter untuk melakukan kajian mendasar terhadap hukum-hukum mendasar fisika. Namun yang sangat disayangkan adalah, selama melakukan analisis terdapat kesalahan logika yang kemudian menghasilkan kesimpulan yang salah. Untuk ini mungkin kita harus melakukan pembahasan mengenai fallacy dalam berlogika dan berargumen. Lain waktu saja.