Ultraman Taro menegur saya, "What's up dude?"

Teori Segala Perkara atau Teori Segala-gala adalah satu teori yang dicadangkan untuk menjelaskan sepenuhnya fenomena-fenomena fizikal alam semesta yang mampu dijalankan daripada sebarang ujikaji yang mematuhi prinsipnya. Inilah cita-cita muktamad fizikawan dan perhentian terakhir teoritis terutamanya dari kalangan fizik tenaga tinggi, fizik zarah dan fizik kosmologi. Namun pelbagai permasalahan dan rintangan yang dihadapi untuk memakbulkan cita-cita tersebut terutamanya dalam hal masalah penyatuan mekanik kuantum dengan teori kenisbian am yang menjadi suatu teori yang bersatu, inilah ketidaksempurnaannya. Pelbagai idea, model dan teori dicadangkan namun masih terdapat beberapa lopong yang dihadapi, meskipun ahli fizik yang mencadangkan idea-idea tersebut cuba memejamkan mata daripada melihat lopong tersebut.

Idea untuk mendapatkan teori yang satu (Teori segala perkara) telah lama disedari, ia bermula pada hujung abad ke-18, iaitu ketika Sir James Clerk Maxwell telah menerbitkan persamaan atau teori yang menyatukan prinsip magnetisme dan keelektrikan dalam satu teori yang kini kita kenali dalam silibus-silibus utama Sarjanamuda Fizik sebagai keelektromagnetan (elektromagnetisme). Daripada penyatuan dua teori separa tersebut (keelektrikan dan kemagnetan) telah berjaya meramalkan bahawa laju cahaya dalam ruangan vakum bernilai 2.98x10^8 m/s yang tidak bersandar kepada rangka rujukan inersia.

Untuk makluman lagi, idea penyatuan telah lama juga direkodkan, ia telah didahului oleh Sir Isaac Newton yang cuba menyatukan konsep “Syurgawi” dengan “Duniawi” dalam teori beliau mengenai graviti (ini boleh dilihat dalam buku beliau Principia), tambahan lagi Newton seorang yang berpegang teguh kepada agama Kristian Katolik beliau, kenyataan ini juga diperkuatkan lagi selepas beliau menerbitkan Hukum Mekanik yang berketentuan, kemudian beliau terus beredar dari dunia kajian fizik dan menceburi dalam bidang kimia, ini adalah kerana beliau mendapati bahawa Hukum Mekanik tersebut tiada memperihalkan konsep campurtangan Tuhan dalam hukum alam, dengan kata lain kita dapat menentukan projektil dan arah (kedudukan) zarah tersebut tanpa memerihalkan campurtangan Tuhan dalam menententukan arah dan projektil zarah tersebut. Pada pendapat penulis, idea penyatuan ala Newtonian lebih terarah kepada agama beliau.

Kemudian, pada beberapa dekad awal kurun ke-19 iaitu sekitar 1900 – 1930, dekad-dekad emas bagi pembinaan awal Fizik Moden. Idea penyatuan teori yang diterbitkan secara tidak sengaja, iaitu teori separa Prinsip Gelombang dan Hukum Mekanik, telah disatukan dengan memperketengahkan prinsip kedualan zarah-gelombang yang menghubungkan pembolehubah zarah mekanik dengan pembolehubah gelombang dengan melibatkan pemalar Planck (h = 1.054x10^-34 Js atau ћ, ћ = h/2π). Ini bermaksud penerangan fenomena gelombang dan mekanik boleh diterangkan dengan hasil penyatuan teori ini, yang kita kenali sebagai Mekanik Kuantum. Sedikit keanehan daripada prinsip penyatuan ini ialah penentuan nilai-nilai fizikal adalah kebarangkalian semata-mata (ketaktentuisme) dan bersandar kepada kebolehcerapan pembolehubah tersebut pada sistem mekanik kuantum tersebut.

Disamping Mekanik Kuantum yang diperkenalkan, Teori Kenisbian Am juga dicadangkan dan diperkenalkan secara bersama oleh fizikawan pada masa tersebut. Teori Kenisbian Am adalah penerangan yang baik untuk jasad berskala besar berbanding Mekanik Kuantum untuk penerangan jasad yang berskala mikroskopik. Sebelum Teori Kenisbian Am diperkenalkan, ia telah didahului dengan pembinaan Teori Kenisbian Khas yang memerihal akan fenomena objek yang berkelajuan tinggi mendekati laju cahaya, yang juga menampilkan pelbagai konsep-konsep fizik yang baru dan moden. Teori Kenisbian Khas juga penyumbang awal kepada pembinaan Fizik Moden.

Penyatuan Mekanik Kuantum dan Teori Kenisbian Khas juga mencorakkan kepada pembinaan fizik moden, yang mana ia cuba memerihalkan model-model zarah berskala mikroskopik yang bergerak dengan halaju yang sangat tinggi menghampiri laju cahaya (kes-kes zarah relativistik). Idea tersebut telah dilakukan oleh Oskar Klein dan Walter Gordon pada tahun 1925 dengan percubaan untuk memperbaiki persamaan Schrodinger (zarah tak-relativistik) supaya ia tekal dengan Teori Kenisbian Khas bagi kes-kes zarah relativistik. Mereka berjaya untuk memanipulasi persamaan Schrodinger yang tak linear antara kebezaan koordinat ruang dan masa kepada kelinearan kebezaan koordinat ruang dan masa tersebut yang kemudiannya ia tekal dengan kes-kes zarah relativistik yang kita kenali sebagai persamaan Klein-Gordon

Meskipun persamaan Klein-Gordon berjaya menerangkan kes-kes zarah relativistik, namun ia terhad kepada zarah-zarah Boson sahaja iaitu zarah-berspin integer (s = 0, 1, 2…) seumpama zarah Foton, zarah W dan Z dan juga zarah graviton (dengan kata lain tolok medium interaksi) tidak kepada zarah Fermion. Masalah tersebut diselesaikan oleh Paul Dirac (1927, 1928), hasil beliau itu dikenali sebagai persamaan Dirac iaitu persamaan gelombang mekanik kuantum relativistik memerihalkan zarah-zarah relativistik Fermion berspin separa integer (s = ½ , 3/2 …). Persamaan ini juga merupakan penyelesaian kepada persamaan Klein-Gordon dan persamaan Dirac juga adalah persamaan berpunca kuasa dua daripada persamaan Klein-Gordon yang mempertimbangkan matrik-matrik 2x2 Pauli (yang mematuhi Prinsip Pengecualian Pauli) dalam persamaannya. Penemuan yang agak menarik daripada persamaan Dirac ialah ia meramalkan kewujudan zarah anti-jirim (tafsiran fizikal daripada tenaga negatif), yang berbeza casnya tapi sama jisimnya dengan zarah jirim asalan.

Kejayaan dua persamaan tersebut (persamaan Dirac dan Klein-Gordon) telah membuka ruang kepada penerokaan teori-teori dan idea-idea fizik yang baru, antara cubaan fizikawan selanjutnya ialah percubaan untuk menguantumkan medan (medan yang memerihalkan sesuatu sistem zarah yang bersandarkan kepada ruang masa), yang mana ia lebih baik dan lebih cekap (efisyen) berbanding daripada penguantuman titik dalam ruangmasa sebagai perwakilan bagi zarah. Ringkasnya, penguantuman medan telah dilakukan ke atas setiap interaksi asas semesta (Interaksi asas semesta tersebut ialah Kuat, Lemah, Keelektromagnetan dan Graviti) dengan konsep asas bahawa setiap interaksi yang berlaku, ia mesti bertindak melalui zarah medium atau kita kenalinya sekarang sebagai tolok, yang mana ia adalah zarah Boson berspin integer. Hal ini berlaku apabila berlaku ketakseimbangan jumlah jisim dan momentum dalam interaksi tersebut (jumlah jisim sebelum interaksi tidak sama dengan jumlah jisim selepas interaksi).

Oleh itu Richard Feynmann telah mencadangkan akan kewujudan zarah medium ketika interaksi, tetapi pada selang masa yang sangat singkat dan tak mungkin dicerap dengan teknologi pada masa tersebut. Kejayaan Richard Feynmann yang terbesar dalam Mekanik Kuantum Moden adalah beliau telah memperkenalkan Rajah Feynmann yang lebih efisyen untuk memerihalkan interaksi zarah-zarah dalam fenomena fizik tenaga tinggi dan fizik zarah. Untuk makluman pembaca, semua interaksi dapat dikuantumkan medannya, kecuali interaksi graviti yang mana kebanyakan daripada ahli fizik teori menganggapkan bahawa interaksi atau daya graviti adalah interaksi yang paling misteri dan unik (Penulis tertarik dengan petikan sastera Inggeris mengenai kemisterian dan keunikan graviti iaitu “Gravity always Wins” dan daripada Albert Einstein, “Gravity cannot be held responsible for people falling in love.”)

Setiap tolok medium interaksi semesta tersebut ia telah dirujuk kesimetriaannya melalui pemerihalan bermatematik iaitu dengan Kumpulan Lie daripada Aljabar Lie. Makalah ini tidak membincangkan pemerihalan bermatematik, cukuplah sekadar memaklumkan matematik yang digunakan dalam fizik tenaga tinggi dan fizik zarah. Simetri tolok Interaksi Kuat diwakilkan dengan kumpulan SU(3) iaitu Kumpulan Kesatuan Khas berdarjah 3 (Special Unitary group of degree 3). Teori yang terperinci mengenai Interaksi Kuat dikenali sebagai Kromodinamik Kuantum (atau Warnadinamik Kuantum, kerana cas-cas bagi kuark dan gluon dalam interaksi kuat diwakili dalam bentuk warna, merah, biru dan hijau  Pelik bukan). Interaksi Kuat adalah yang bertanggungjawab ke atas kestabilan nukleus antara neutron dan proton, juga kestabilan nukleon itu sendiri (neutron dan proton) iaitu interaksi antara kuark-kuark dalam nukleon itu sendiri disebabkan oleh zarah tolok “gluon” (datang dari perkataan glue iaitu gam) sebagai tolok medium yang berinteraksi diantara zarah-zarah kuark.

Interaksi Lemah pula bertanggungjawab ke atas pereputan bahan beradioaktif, manakala Interaksi Keelektromagnetan pula memerihalkan interaksi di antara zarah-zarah bercas dengan kata lain ia memerihalkan hal-hal yang mengenai daya-daya cas Coulomb. Simetri tolok Interaksi Lemah dan Keelektromagnetan masing-masing diwakili oleh kumpulan Lie (kumpulan simetri tolok) SU(2) dan U(1). Lebih menarik lagi, dua interaksi ini merupakan satu teori yang bersatu pada aras tenaga penyatuan, 100GeV. Teori tersebut yang kita alami sekarang menjadi separa kerana disebabkan oleh faktor tenaga yang rendah setiap hari, penyatuan teori tersebut kita kenali sebagai Interaksi Elektrolemah dengan tolok mediumnya diwakili oleh kumpulan simetri SU(2)xU(1), yang mana ia juga mengalami kecabulan simetri berspontan menjadi simetri menjadi kumpulan simetri tolok U(1). Tolok medium Elektrolemah pula adalah zarah boson W, Z dan foton. Fenomena Elektrolemah juga diramalkan hanya berlaku pada awal kelahiran alam semesta (Deguman Besar) dengan suhu yang cukup panas, iaitu untuk fenomena Elektrolemah itu boleh berlaku pada suhu sekitar 10^15K. Penyumbang-penyumbang utama untuk penyatuan interaksi lemah dan elektromagnet diantara zarah-zarah fizik asas ialah Abdus Salam, Sheldon Glashow dan Steven Weinberg. Daripada hasil sumbangan ini, mereka dianugerahkan dan berkongsi Hadiah Nobel dalam Fizik pada tahun 1979.

Kita tinggal sebentar perbincangan mengenai penguantuman medan-medan interaksi atau dengan nama lain, Teori Medan Kuantum. Kita beralih arah sejenak kepada usaha-usaha penyatuan graviti dengan prinsip disiplin yang lain. Seperti yang telah dimaklumkan sebelum ini, semua interaksi asas semeta telah dikuantumkan kecuali interaksi graviti (mungkin interaksi graviti adalah interaksi paling degil dan keras kepala sebab Gravity Always Wins). Namun terdapat beberapa usaha-usaha untuk menyatukan graviti dengan Keelektromagnetan, antara pelopor-pelopornya ialah Albert Einstein, Gunnar Nordstrom, Theodor Kaluza, Oskar Klein, Hermann Weyl dan Arthur Eddington. Beza diantara usaha penyatuan graviti-elektromagnetism Gunnar Nordstrom dengan Theodor Kaluza dan Oskar Klein ialah Nordstrom (1913) lebih cenderung kepada penyatuan graviti-elektromagnetism dengan pendekatan kaedah penghampiran dan ia lebih terarah kepada penyelesaian teori kenisbian lanjutan, manakala Kaluza-Klein pula lebih kepada kaedah analitik terhadap penyatuan tolok keelektromagnetan dengan graviti dengan andaian tolok keelektromagnetan tersebut tergulung sehingga tak boleh dicerap secara nyata. Kejayaan kedua-dua teori tersebut adalah dengan memperkenalkan 5-matra ruangmasa dalam teori mereka(4-matra ruangmasa + 1 lebihan matra ruang). Hermann Weyl (1918) pula memperkenalkan Teori Tolok Weyl sebagai cubaan untuk menyatukan medan keelektromagnetan dengan medan graviti sebagai model bercirikan geometri ruang masa, meskipun teori tersebut agak gagal untuk menyatukan graviti-elektromagnetism (untuk makluman Weyl adalah perintis fizik moden yang memperkenalkan konsep tolok, dan beliau haruslah diterima kasih akan usaha beliau). Albert Einstein dan Arthur Eddington pula juga penyumbang kepada penyatuan tersebut secara tidak langsung, tambahan pula Einstein mengimpikan Teori Kesatuan menerusi falsafah tentuisme atau determinisme (Teori Segala Perkara Ala Einstein), Eddington pula sememangnya mengimpikan teori tersebut yang beliau kenali sebagai Teori Fundamental (Fundamental Theory), tetapi beliau menggunakan pendekatan yang agak tradisional.

Teori Medan Kuantum boleh dikaji secara fenomenologi dan lebih nyata berbanding dengan Teori Graviti Moden (ala Nodstrom, ala Kaluza-Klein, dan ala Einstein), kerana Teori Medan Kuantum boleh dikaji dengan pemecut-pemecut zarah bertenaga tinggi, meskipun keputusan yang diperolehi dan didapati kebanyakan bukti secara tidak langsung atau bukti sekunder. Setelah kejayaan penyatuan Teori Interaksi Lemah dengan Keelektromagnetan berjaya, terdetik keinginan oleh ahli fizik untuk menyatukan teori Elektrolemah (Lemah + Elektromagnetan) dengan Kromodinamik Kuantum (teori Interaksi Kuat) dengan pendekatan pernormalan-semula kumpulan simetri tolok (renormalization) iaitu SU(3)xSU(2)xU(1), yang dikenali sebagai nama Teori Kesatuan Gedang (penamaan ini diperolehi sewaktu penulis mengikuti kursus Fizik Tenaga Tinggi di UKM, 2002) atau nama Inggeris, Grand Unified Theory (GUT). Teori Kesatuan Gedang juga dikatakan telah berlaku pada permulaan kelahiran alam semesta iaitu ketika selepas 10^-16 saat deguman besar, atau dengan tenaga asasnya sekitar 10^14 GeV (terdapat andaian juga yang mengatakan bahawa 4 interaksi asas semesta tersebut bergabung pada tenaga 10^16 GeV iaitu dikenali sebagai skala Planck, dengan sedikit pembaikian model tersebut dengan penambahan perisa Prinsip Adisimetri). Teori Kesatuan Gedang juga dikenali sebagai Melewati Model Lazim disamping idea Tekniwarna (Technicolor) {Minta maaf jika saya tersalah transliterasikan ungkapan Beyond Standard Model}

Pelbagai idea dan model secara matematik teori kumpulan telah dicadangkan antaranya ialah SU(5) yang terhasil daripada peringkasan SU(3)xSU(2)xU(1) dan seterusnya kumpulan simetri tolok tersebut menjadi SO(10) iaitu Ortogonal Khas berdarjah 10 (Special Orthogonal degree of 10). Selain itu kumpulan simetri tolok yang dicadangkan adalah; SU(3)xSU(2)LxSU(2)RxU(1) {mempertimbangkan simetri kekiralan kiri-kanan), model Georgi-Glashow SU(5), SU(5)xU(1), model Pati-Salam SU(4)xSU(2)xSU(2), SU(3)xSU(3)xSU(3), SU(6) dan heterotik E6.



Sila klik gambarajah ini, untuk melihat dengan lebih jelas berserta penerangannya.
Gambarajah ini dibina dengan penggunaan perisian Paint . Rendah dirinya, menyatakan bahawa penulis adalah seorang yang BUTA TEKNOLOGI MAKLUMAT


Seterusnya kita akan memperbincangkan secara ringkas yang telah menjadi objek atau entiti keghairahan bagi penulis untuk menceburinya dan menjadi cita-cita setiap umat yang bergelar ahli fizik teori dari kalangan fizik tenaga tinggi, fizik zarah, fizik kosmologi dan falsafah fizik, iaitu Teori Segala Perkara atau Teori Segala-gala. Ini juga dibincang dengan meluas dan popular dalam karya-karya fizik terulung antaranya ialah A Briefer History of Time – Professor Stephen Hawking dan The Elegant Universe – Professor Brian Greene. Usaha-usaha untuk menyatukan Mekanik Kuantum dan Teori Kenisbian Am (mengenai graviti) telah menerbitkan pelbagai cadangan dan usulan teori atau model yang masing-masing ada kelebihan dan kekurangannya. Daripada kesatuan yang dicadangkan telah menerbitkan teori-teori yang masing-masingnya berbeza dari segi prinsip, kaedah, matematik struktur, idea konsep dan falsafahnya, antaranya ialah yang paling popular dan menjadi trend kepada ahli fizik teori untuk menceburinya iaitu Teori Aditetali, yang memperihalkan objek yang sangat kecil (sekitar 1.616 x10^-35 cm) yang menjadi prinsip asas bagi penyatuan idea Kuantum dan Kenisbian Am. Idea Aditetali menyatakan bahawa mod-mod getaran tetali memberikan kepelbagaian jenis zarah asas alam semesta termasuk zarah graviton iaitu tolok medium interaksi graviti dan gravitino pula adalah zarah jirim dan zarah adirakan kepada zarah graviton menerusi prinsip Adisimetri. (Makalah ini tidak membincangkan secara berlanjutan mengenai Teori Aditetali).

Selain cadangan tetali tersebut sebagai zarah asas atau entiti asas semesta, ia juga telah diperkembangkan kepada idea Membran iaitu jasad terlanjut daripada idea tetali, yang memerlukan matra 11 untuk memerihalkannya (manakala Teori Aditetali memerlukan 10 matra untuk tetali tersebut berkelakuan baik secara fizikal). Teori Adimembran (Prinsip Aditetali + Jasad mebran) juga dikenali dengan nama Teori-M yang juga merupakan kajian D.Fal (Ph.D) saudara Anuar Alias dari Universiti Malaya yang mengkaji Lohong Cacing (Wormholes) menerusi perspektif Teori-M..

Selain teori aditetali dan Teori M, model Adigraviti juga diboleh dicalonkan sebagai calon-calon Teori Segala Perkara, bezanya ialah Adigraviti terbit daripada penggunaan dan penerbitan bermatematik yang agak sukar (dengan kata lain, idea ini sekadar tafsiran bermatematik, berbeza dengan teori aditetali yang memerihalkan sesuatu yang boleh dimaginasikan). Adigraviti ini terbit daripada penggunaan Prinsip Adisimetri ke atas Graviti melalui aplikasi konsep kelokalan atau kesetempatan (merupakan prinsip daripada Teori Kenisbian Am) ke dalam Prinsip Adisimetri. Tambahan lagi, matra-matra yang dibenarkan adalah lapan matra dan bilangan penjana adisimetri yang terbenar juga terhad kepada lapan bagi empat matra ruangmasa.

Graviti Kuantum Gelung (GKG) juga tersenarai dalam calon-calon Teori Segala Perkara, GKG adalah model yang agak berasaskan kepada geometri (geometri kuantum) yang mencadangkan bahawa teori kuantum bagi ruangmasa dengan cubaan untuk menggabungkan teori-teori mekanik kuantum dan Teori Kenisbian Am iaitu dengan ruangmasa telah dibayangkan sebagai fabrik halus dikuantumkan secara tergelung pada medan graviti teruja, ia dikenali sebagai jaringan spin. Pendek kata, GKG adalah cubaan untuk menguantumkan geometri ruangmasa terlengkung (yang juga memerihalkan graviti). Teknik penguantuman gelung tersebut dilakukan melalui penguantuman tak-terusik diffeomorfism iaitu teori tolok invarian.

Secara peribadinya, penulis katakan bahawa GKG adalah calon yang mendapat tempat kedua selepas Teori Tetali atau Teori M, sebab ia tiada banyak masalah yang dihadapi olehnya (mungkin kajian mengenai GKG adalah kurang). Untuk makluman lagi di Malaysia, seorang pelajar sedang membuat kajian D.Fal nya mengenai GKG, iaitu Maej Masnora di bawah seliaan Professor Madya Ithnin.

Seterusnya kajian dalam bidang matra-matra lebihan atau kedimensi terlebih, ini juga memberikan impak ke atas usaha-usaha untuk mencari Teori Segala Perkara kerana ia dilihat memberi konsep asas ke atas pembinaan teori-teori yang lain yang sangat memerlukan kepada idea matra-matra yang lebih daripada empat, sehinggkan mencapai 26matra (ketika Lovelace menerbitkan Teori Tetali Boson). Penulis juga menceburi dalam bidang ini mengenai aplikasi prinsip Kaluza-Klein, tambahan pula penulis lebih suka dengan tafsiran dimensi lebihan yang di luar batasan manusai. Antara model-model yang terkenal mengenai matra-matra lebihan ini adalah Model ADD (Arkani-Hamed et. al) dan Model Randall-Sundrum. Model-model tersebut tercetus apabila mereka cuba untuk menyelesaikan masalah yang agak serius berlaku dalam Model Lazim dan Fizik Zarah, iaitu Masalah Hieraki (menjawab persoalan ”Kenapa skala Elektrolemah dan skala Planck sangat jauh perbezaannya iaitu 10^-16 ? ”) Idea matra-matra tersebut dilanjutkan kepada idea untuk menyatukan graviti dan mekanik kuantum.

Mungkin pembaca tak dapat membayangkan matra-matra yang lebih daripada empat, nasihat penulis adalah tak perlu susahkan diri untuk membayangkan matra-matra lebihan tersebut, cukuplah sekadar mempercayai adanya matra-matra lebihan tersebut yang termaktub dalam penjelasan bermatematik yang kompleks.

Insyaallah di lain perbincangan nanti, kita akan cuba memperbincangkan langsung mengenai Teori Segala Perkara. Ringkas penulis sebelum mengakhiri tulisan ini adalah ”Adakah Tuhan jadikan Alam Semesta ini sewenang-wenangnya mampu difahami dengan satu hukum atau teori yang diterbitkan? Tidakkah Alam Semesta ini kompleks dan sukar difahami, kerana Alam Semesta ini milik-Nya Yang Maha Besar”

Nota: Tajuk makalah ini bukanlah Ultraman Taro menegur saya, "What's up dude?" tetapi adalah Kronologi Teori Segala-segala.

Wallahu’alam