Menurut Fizik, Mustahil Ke Kita Berkamehameha?

Bayangkan anda tengah menjawab soalan peperiksaan. Tiba-tiba, waktu anda bukak kertas soalan peperiksaan anda, anda terjumpa soalan macam soalan dekat atas. Apa jawapan anda?

Rajah di atas menunjukkan empat watak karekter fiksyen, iaitu Goku (Dragonball), Mako (Avatar Korra), Superman dan Green Lantern. Kesemua mereka ini kelihatannya sedang memancarkan satu bentuk sinaran, dan soalan tersebut kemudiannya ditulis dengan berbunyi;

Dengan menggunakan Hukum Termodinamik Pertama, jelaskan mengapa anda tidak boleh melakukan perkara (seperti yang dilakukan oleh watak tersebut).

Sebelum kita pergi lebih jauh dan menyelidik detail setiap watak, mungkin elok kiranya kalau kita kenal terlebih dahulu apa bendanya Hukum Termodinamik Pertama ni, dan kenapa ia dikaitkan dengan situasi di atas?

Hukum Termodinamik Pertama

Hukum Termodinamik Pertama sebenarnya adalah satu bentuk olahan kepada idea Prinsip Keabadian Tenaga (Conservation of Energy). Menurut prinsip ini, tenaga tidak boleh dicipta mahupun dimusnahkan, dan ia hanyalah mampu berubah bentuk, dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Hukum Termodinamik Pertama bertindak dengan mengkhususkan ‘bentuk perubahan’ tenaga tersebut – perubahan tenaga dalaman (Internal Energy) terhasil akibat daripada perubahan tenaga haba (Heat Energy) dan juga kerja yang dilakukan oleh sistem tersebut (Work Done).

Sekarang, pergi kepada watak Goku dalam cerita Dragonball. Kamehameha merupakan salah satu nama serangan yang amat popular dalam cerita Dragonball. Ia merujuk kepada situasi dimana penyerang mengumpulkan tenaga dalaman, atau dipanggil Qi dalam dunia mereka. Tenaga dalaman yang dikumpul itu kemudiannya dilepaskan kepada pihak lawan, menghancurkan mereka sama sekali.

Konsep Qi dalam cerita Dragonball ini sebenarnya merujuk kepada konsep Qi dalam bangsa Cina, satu bentuk tenaga dalaman atau life force, ala-ala The Force dalam cerita Star Wars, dan ia merupakan sebahagian daripada tenaga alam semulajadi.

Ada teori peminat seperti teori The Film Theorists yang mengatakan bahawa qi dalam setiap watak Dragonball berfungsi menghasilkan plasma, yang merupakan salah satu keadaan jirim, selain pepejal, cecair dan gas. Dengan kemampatan plasma inilah yang kemudiannya menghasilkan satu bentuk tekanan tenaga plasma yang mampu dikawal, ia kemudian boleh dilancarkan kepada pihak musuh sebagai satu bentuk serangan untuk menewaskan mereka.

Jadi, apa kaitan serangan Kamehameha tadi dengan konsep Hukum Termodinamik Pertama? Menolak ketepi konsep Qi atau tenaga dalaman yang tidak mampu dibuktikan dengan sains, sebenarnya konsep serangan Kamehameha agak masuk akal kalau dijelaskan dengan Hukum Termodinamik Pertama. Hal ini adalah kerana, sewaktu Goku menggunakan teknik Kamehameha, tenaga dalamannya berkurang (perubahan pada ), dan pada masa yang sama, dia sedang melakukan kerja (perubahan pada ).

Jadi, mengambil Goku sebagai satu bentuk sistem termodinamik, Goku sebenarnya tidak melanggar Hukum Termodinamik Pertama (itu pun kalau betul Qi tu wujud lah). Hujah ini mungkin boleh dikuatkan dengan hakikat bahawa mereka yang mampu melakukan Kamehameha ini sebenarnya perlu makan jumlah kalori yang banyak, iaitu 18 kali ganda orang biasa (dalam 34 000 calories atau dalam lingkungan 142 juta Joule!)

Pergi pula kepada watak Mako, seorang firebender (dalam gambar merujuk kepada lightning bending) dari cerita Avatar Korra. Bending merujuk kepada kebolehan seseorang untuk mengawal elemen di sekelilingnya. Selalunya, orang yang mengawal perlu turut sama mempelajari skil dan teknik kawalan untuk membuat bending. Terdapat 4 jenis bending utama dalam Avatar, iaitu mengawal air, api, tanah dan udara.

Selain dari mampu mengawal elemen-elemen tersebut, satu kelebihan ada pada Avatar, yang diberi kebolehan mengawal kesemua elemen, ditambah dengan kelebihan mampu melakukan Energy Bending (sepertimana dalam pertarungan Ang dengan Fire Lord Ozai dalam episode terakhir Avatar). Justeru bolehlah dikatakan bahawa bending adalah konsep “mengawal” benda di sekeliling kita, dalam keadaan yang diluar batas kemampuan sains.

Melihat pula kepada keadaan Mako, dia merupakan seorang firebender yang mampu untuk mengawal kilat. Menurut Uncle Iroh sewaktu mengajar Putera Zuko teknik untuk melakukan lightning bending dalam Avatar, Uncle Iroh memberitahu bahawa “Di sekitar kita ada tenaga ying dan yang, tenaga positif, dan tenaga negatif. Hanya segelintir sahaja firebender yang mampu memisahkan kedua-dua tenaga ini, dan menghasilkan ketakseimbangan. Tenaga akan ingin kembali menjadi seimbang, dan pada detik tenaga positif dan tenaga negatif itu bertemu, ia akan menghasilkan kilat (lightning).”

Melihat kepada konsep yang diperkenalkan dalam siri Avatar ini, boleh dirumuskan bahawa ia tersasar dari Hukum Termodinamik Pertama. Hal ini adalah kerana dalam kes ini, “tenaga” dapat dipisahkan tanpa melalui apa-apa proses yang valid dalam sains. Perlu diingatkan bahawa dalam situasi kilat yang sebenar, anggaran purata tenaga yang dihasilkan oleh kilat adalah sebanyak lima billion Joule. Banyak tu!

Persamaan    juga kelihatan dilanggar kerana tiada apa-apa perubahan pada tenaga dalaman berlaku (sekadar pemisahan tenaga) dan tiada pertambahan atau pengurangan tenaga haba terjadi. Jadi, tanpa berlaku perubahan pada tenaga dalaman dan tenaga haba, bagaimana kerja mampu dilakukan? (Dalam kes ini, kerja merujuk kepada pemecahan tenaga dan kebolehan mengawal aliran arus kilat)

Seterusnya, watak Superman. Melihat kepada gambar, Superman dilihat sedang mengeluarkan satu bentuk radiasi daripada matanya. Soalan pertama perlu ditanya adalah, radiasi apa yang dipancarkan tu?

Menurut laman web peminat Superman, Superman memiliki beberapa keupayaan istimewa dari matanya, antaranya adalah pancaran haba (heat vision) dan kebolehan penglihatan sinar-X (X-ray vision). Melihat kepada gambar, pancaran haba kelihatan lebih munasabah jika dibandingkan dengan sinaran-X, kerana Superman diketahui mampu memancarkan haba dan “menembak” pihak lawannya.

Asalnya, kuasa Superman hanyalah terdiri dari sinaran-X, di mana kebolehan mencairkan besi dalam kisah Superman dirujuk kepada “the heat of his X-ray”, tanpa ada apa-apa penerangan mengenai bagaimana ia mampu terhasil. Namun apabila kisah Superman berkembang, elemen saintifik dimasukkan ke dalam perbincangan, dengan pancaran haba diasingkan daripada sinaran-X.

Salah seorang penulis bagi siri Superman, Elliot S. Maggin cuba untuk menerangkan idea pancaran cahaya ini tanpa lari jauh dari Hukum Termodinamik Pertama, dalam novel Starwinds Howl. Menurut Elliot, pancaran haba Superman terhasil akibat dari kebolehan Superman untuk mengumpul dan menyimpan tenaga suria, dan ia kemudiannya dilepaskan dalam bentuk pancaran tertumpu (berkemungkinan dalam gelombang inframerah).

Melihat perkara ini hanya dari aspek Hukum Termodinamik Pertama (sebab konsep bagaimana nak stor tenaga suria tu sebenarnya agak gila), kuasa Superman juga sebenarnya tidak melanggar hukum keabadian tenaga. Sebaliknya, kalau difikirkan semula, kebolehupayaan Superman terhasil apabila dia mampu memanipulasi tenaga sewaktu dia mengumpul tenaga suria (haba, Q, diserap, jadi menambahkan tenaga dalaman, ), dan dia kemudiannya mengeluarkan semula tenaga tersebut dalam bentuk haba (haba dibuang, tenaga dalaman berkurang).

Hmm. Patutlah Superman kena selalu pergi cas diri dia dekat Matahari. Eh, ke tu Ultraman?

Berlainan dengan ketiga-tiga watak sebelumnya, di mana mereka sama ada makhluk asing (Goku dan Superman adalah makhluk asing) dan hidup di dunia dimana manusia mampu mengawal elemen (Mako), Hal Jordan (Green Lantern dalam gambar) satu-satunya manusia tulen dalam rajah di atas. Justeru, sebagai manusia, pastinya sukar untuk dia bersaing dengan watak sebelumnya. Jadi apa kelebihan Hal?

Hal Jordan dikurniakan satu bentuk “cincin kuasa” yang menjadikan beliau salah seorang ahli kepada Green Lantern Corps, satu bentuk pasukan polis angkasa. Kesemua ahli dikenali sebagai Green Lantern, dan memiliki cincin mereka yang tersendiri. Cincin ini unik kerana ia mampu dikawal menggunakan “Tenaga Kemahuan”, salah satu entiti tenaga fiksion yang wujud dalam dunia DC. Selain dari warna hijau, terdapat warna-warna lain yang mewakili emosi berbeza, sebagai contoh Red Lantern yang terdiri dari emosi amarah.

Berbalik kepada bagaimana Hal Jordan mampu mengeluarkan pancaran cahaya dari cincinnya, menurut konsep yang digunapakai dalam tema Green Lantern, kuasa Green Lantern terhasil daripada cincinnya, yang dipanggil “Cincin Kuasa”.

Cincin Kuasa ini berfungsi dengan cara berikut: ia perlu dicaskan dari tenaga yang diberikan oleh Power Battery, satu bentuk bateri magis yang mampu memberikan Pure Energy kepada cincin tersebut. Tenaga itu kemudiannya mampu dimanipulasi oleh individu yang memakai cincin tersebut, bergantung kepada tenaga keinginan yang dia miliki, dan juga kreativitinya. Antara bentuk serangan yang mampu dilakukan dengan menggunakan kuasa cincin tersebut adalah tembakan tenaga (energy blast) dan juga pembentukan senjata (apa-apa senjata) yang boleh digunakan seperti pedang, pistol dan juga peluru berpandu.

Jadi, adakah cincin Green Lantern melanggar Hukum Termodinamik Pertama? Mengambilkira (secara mudah) kes bahawa cincin kuasa ini tak ubah seperti telefon bimbit yang perlu dicas untuk digunakan (walaupun sumber tenaganya agak merepek), ia kelihatannya seperti masih lagi tidak melanggar Hukum Termodinamik Pertama. Hakikat bahawa tenaga dalaman cincin tersebut (Internal Energy, ) yang mampu bertambah dan berkurang dan perlu sentiasa dicas mungkin menjadi titik tolak kenapa cincin tersebut agak scientifically logical.

Jadi Sebenarnya Boleh lah?

Eh kejap. Soalan tu suruh tulis kenapa kita tak boleh buat benda-benda macamtu, tapi kenapa jawapan dia jadi macam boleh pulak ni? Soalan salah ke?

Pertama sekali perlu difahamkan bahawa kesemua karakter tersebut merupakan karakter fiksyen yang mampu memanipulasi tenaga secara terus, sedangkan secara saintifiknya, kita manusia tidak mampu mengawal tenaga secara terus.

Selain itu, perkara yang perlu diberi perhatian adalah Hukum Tremodinamik Pertama hanya terpakai untuk satu sistem yang terasing (isolated system; system that cannot exchange either energy or matter outside the boundaries of the system).

Kalau dilihat kepada maksud sistem terasing itu, kesemua karakter kita sebenarnya memang melanggar Hukum Termodinamik Pertama, kerana perubahan tenaga mereka terhasil akibat daripada pertukaran tenaga antara dua sistem yang berbeza (Goku dengan makanan dia, Superman dengan Matahari, Power Ring dengan Battery).

Jadi jangan risau adik-adik, tiada hukum fizik yang dilanggar!

Reference:

“From Physics to Science Fiction.” C. A. Higgins (2016). Scientific Americana. https://blogs.scientificamerican.com/guest-blog/from-physics-to-science-fiction/

“Film Theory: What IS the Dragon Ball Z Kamehameha Wave?” The Film Theorists (2015). https://www.youtube.com/watch?v=Zq1aPOunsFA

“Green Lantern Ring.” DC Fandom. https://dc.fandom.com/wiki/Green_Lantern_Ring

“Is there a way to harness electricity from lightning?” Sarah Jensen (2015). MIT. https://engineering.mit.edu/engage/ask-an-engineer/is-there-a-way-to-harness-electricity-from-lightning/

“Photonucleic Effect.” Superman Wiki. https://superman.fandom.com/wiki/Photonucleic_Effect

“The Real Science Behind Superman’s Super Powers.” Ben Kendrick (2016). ScreenRant. https://screenrant.com/superman-powers-scientific-explanation/#:~:text=Since%20Superman’s%20powers%20are%20derived,as%20directed%20beams%20of%20focused

“Why can’t we extract electricity from lightning?”, Payam Adlparvar (2015). Independent. https://www.independent.co.uk/news/science/why-cant-we-extract-electricity-from-lightning-10162498.html


Ini 4 Cara Untuk Cari Lohong Hitam

Ramai yang tahu bahawa lohong hitam atau ‘black hole’ ialah satu ‘benda’ yang menyedut semua benda termasuklah cahaya. Sebab itu ia dinamakan sebagai lohong ‘hitam’.

Oleh sebab lohong hitam ini menyedut cahaya, persoalannya, bagaimana kita boleh tahu lohong hitam ini wujud? Atau lohong hitam ini sebenarnya konspirasi para ahli fizik yang nak minta dana penyelidikan berlebihan untuk mengkaji sesuatu yang tak wujud pun? Jom kita belajar bagaimana kita dapat mengesan kewujudan lohong hitam berdasarkan sains!

Secara ringkasnya, terdapat 4 kaedah untuk mengesan kewujudan lohong hitam. 4 kaedah ini ialah

Kesan graviti lohong hitam kepada jasad-jasad di sekelilingnya

Kaedah yang pertama ialah dengan melihat kepada pergerakan jasad-jasad seperti bintang yang mengelilingi lohong hitam. Lohong hitam mempunyai tarikan graviti yang sangat tinggi menyebabkan bintang-bintang ditarik ke arah lohong hitam tersebut. Apabila bintang-bintang ini hanyut dalam medan graviti yang tinggi, maka bintang-bintang ini akan berpusing mengelilingi lohong hitam dengan orbit tertentu.

Pergerakan bintang-bintang ini dapat dicerap oleh teleskop-teleskop sedia ada terutamanya bagi bintang-bintang yang berada berhampiran dengan pusat galaksi. Apabila ahli astronomi menghalakan teleskop kepada pusat galaksi kita, mereka mendapati bahawa bintang-bintang di situ bertawaf mengelilingi suatu kawasan yang gelap, yang seolah-olah tiada apa-apa di situ. Kita dapat lihat pergerakan bintang-bintang ini pada video di bawah yang dirakam oleh Very Large Telescope di Chile selama 20 tahun.

Berdasarkan pergerakan bintang ini, ahli astronomi menyimpulkan bahawa bintang-bintang ini sedang mengorbit lohong hitam yang mempunyai jisim lebih 4 juta kali ganda jisim matahari. Besar tu! Lohong hitam raksasa!

Pancaran gelombang elektromagnet (sinar-X dan gelombang radio) yang sangat padu

Kaedah yang kedua pula lebih mudah berbanding yang pertama iaitu dengan melihat pada pancaran sinar-X dan gelombang radio yang sangat tinggi daripada bintang yang berdekatan dengan lohong hitam.

Pada kaedah pertama, bintang-bintang mengorbit lohong hitam pada jarak selamat dan tidak disedut masuk oleh lohong hitam itu. Namun, apabila suatu bintang berada terlalu dekat dengan lohong hitam, gas-gas pada bintang tersebut akan mula ditarik masuk dengan ganas ke dalam lohong hitam.

Dalam perjalanan masuk ke lohong hitam, gas-gas ini akan berpusar-pusar mengelilingi lohong hitam seperti puting beliung. Pusaran ini sangat rancak sehingga menyebabkan suhu gas ini mencanak naik dan memancarkan sinar-X. Antara lohong hitam yang memancarkan sinar-X ini ialah Cygnus X-1.

Pada mulanya, apabila ahli astronomi mencerap Cygnus X-1, mereka terkebil-kebil mencari punca sinar-X yang sangat kuat. Teori-teori sains tidak dapat menjelaskan punca sinar-X ini melainkan ia terhasil daripada lohong hitam yang menelan bahan-bahan bakar daripada bintang malang yang berada terlalu hampir dengannya. Anda boleh lihat lakaran lohong hitam ini di bawah. Memang betul-betul pemusnah bintang!

Pancaran gelombang kegravitian

Kaedah yang ketiga pula lebih maju dan sukar dikesan iaitu dengan melihat pada kesan riak (ripple) daripada gelombang kegravitian yang terhasil apabila lohong hitam berlanggar dan bergabung.

Gelombang kegravitian? Apa tu? Kita mungkin pernah lihat gelombang dengan membayangkan gelombang air yang berombak di tepi pantai. Sebenarnya, graviti juga begitu! Albert Einstein mengusulkan bahawa graviti sebenarnya bukanlah suatu daya, tetapi graviti ialah lengkungan pada ruang dan masa di alam semesta kita yang terbentuk oleh jasad-jasad yang wujud di dalamnya (termasuklah tenaga).

Oleh sebab lohong hitam mempunyai jisim yang tinggi, ia melengkungkan ruang masa dengan lebih ketara. Lihat pada gambaran di bawah tentang lengkungan ruang masa oleh lohong hitam. Okey, sekarang kita dah tengok bahawa lohong hitam ini melengkungkan ruang masa.

Jadi, apa yang akan berlaku jika kita ada dua lohong hitam yang beradu tenaga dan menelan satu sama lain? Gelombang kegravitian akan terhasil! Apabila gelombang kegravitian ini dihasilkan, ia dapat dikesan di Bumi apabila gelombang ini tiba. Namun, pengesanan gelombang kegravitian ini sukar kerana gelombang ini sangat lemah setelah merambat jauh dan tersebar ke alam semesta sebelum menuju ke Bumi. Melalui kaedah ketiga ini, lebih 60 perlanggaran lohong hitam telah dikesan.

Pengimejan secara terus

Kaedah keempat lebih mudah difahami iaitu dengan terus mengambil gambar lohong hitam. Kaedah-kaedah sebelum ini adalah kaedah mencerap lohong hitam secara tidak terus (indirect) dan kita tak dapat nak tengok gambar lohong hitam yang sebenar. Hanya kesan-kesannya saja.

Namun dengan teknologi yang berkembang, dan berbilion-bilion duit dihabiskan untuk kajian sains, kita berjaya merakam gambaran sebenar lohong hitam. Pada 10 April 2019, satu kerjasama antarabangsa para ahli sains berjaya merakamkan satu gambar lohong hitam gergasi di galaksi M87 menggunakan banyak gabungan teleskop radio di Bumi. Gambar lohong hitam ini boleh dilihat di bawah.

Kalau dilihat pada gambar ini, kita dapati bahawa di tengah-tengah gambar adalah gelap sahaja dan dikelilingi oleh cahaya berwarna oren di sekelilingnya. Yang ditengah ialah lohong hitam, manakala yang mengelilinginya ialah gas-gas yang berpusar ke dalamnya. Bukan senang nak tangkap gambar lohong hitam! Kalau tak ada gas-gas di sekeliling tu, kita hanya dapat lihat satu gambar yang hitam saja. Setakat ini, hanya satu saja lohong hitam yang berjaya ditangkap gambarnya.

Gambar lohong hitam M87: https://www.nationalgeographic.com/science/2019/04/first-picture-black-hole-revealed-m87-event-horizon-telescope-astrophysics/

Haa, itulah dia 4 kaedah yang digunakan untuk mencari kewujudan lohong hitam. Namun begitu, pencarian lohong hitam tidak terhad kepada 4 kaedah ini kerana masih terdapat kaedah lain untuk menentukan kewujudan lohong hitam.

Semoga tulisan ini menambahkan minat kita untuk menceburi bidang sains dan terus mengkaji khazanah di alam semesta!


Planet Mana Paling Hampir dengan Bumi? Jawapannya Tidak Dijangka!

Sewaktu kita di sekolah rendah, kita pernah belajar tentang ahli-ahli dalam sistem suria seperti planet, komet, meteor dan bulan. Berdasarkan ilmu sains sekolah rendah yang kita pelajari, terdapat 9 planet dalam sistem suria (8 planet untuk silibus baharu) iaitu Utarid, Zuhrah, Bumi, Marikh, Musytari, Zuhal, Uranus, Neptun dan Pluto (Pluto tidak disebut dalam silibus baharu).

Kesemua planet ini mengorbit Matahari pada orbit masing-masing dengan jarak tertentu dari Matahari. Kita juga belajar tentang tertib susunan planet ini berdasarkan jarak masing-masing daripada Matahari bermula dengan Utarid, diikuti oleh Zuhrah dan seterusnya sehingga planet Pluto.

Oleh itu, jika kita ditanya soalan yang berbunyi ‘planet manakah paling hampir dengan Matahari?’. Sudah tentu jawapannya ialah planet Utarid. Planet Utarid mempunyai orbit paling kecil di antara planet-planet dalam sistem suria. Jawapan yang logik dan masuk akal. Soalan pun agak senang.

Planet Sebelah Bumi Bukan yang Paling Hampir dengan Kita?

Bagaimana pula dengan soalan ini ‘planet manakah paling hampir dengan Bumi?’. Jawapan yang mungkin kita akan congak ialah Zuhrah atau Marikh. Oleh sebab Bumi ialah planet ketiga dari Matahari, Zuhrah dan Marikh pula masing-masing ialah planet kedua dan keempat dari Matahari, sudah tentu salah satunya ialah planet terdekat dengan Bumi.

Berdasarkan simulasi astronomi (SkySafari 6), jarak Zuhrah daripada Matahari ialah 108 juta km manakala jarak Marikh daripada Matahari pula ialah 228 juta kilometer. Jarak Bumi ke Matahari pula ialah 150 juta km. Dengan menggunakan sedikit matematik, kita akan membuat rumusan bahawa Zuhrah ialah planet paling hampir dengan Bumi. Jaraknya ialah 42 juta km dari Bumi sedangkan Marikh ialah 78 juta km dari Bumi.

Namun berdasarkan kajian 3 saintis yang diterbitkan dalam Physics Today, mereka mendapati bahawa kedua-dua planet ini bukanlah planet paling hampir dengan Bumi tetapi planet Utarid ialah planet paling hampir dengan Matahari. Eh? Kenapa pula?

Secara purata, jarak Utarid ke Matahari ialah 63 juta km. Kalau dibuat kira-kira, sepatutnya jarak Bumi ke Utarid ialah 87 juta km. Tapi mengapa pula Utarid lebih hampir dengan Bumi? Bahkan menurut laman web NASA (sebelum kertas kajian ini diterbitkan), planet Zuhrah adalah planet paling hampir dengan Bumi. Jadi, di mana salahnya?

Berdasarkan pengiraan kita tadi, kita mengandaikan Utarid, Zuhrah, Bumi dan Marikh berada dalam satu garis lurus dari Matahari. Namun secara realiti, kesemua planet bergerak mengelilingi Matahari dalam orbit masing-masing dengan tempoh pusingan yang berbeza. Ini bermaksud, ada waktu, Zuhrah berada ‘di belakang’ Matahari dan Utarid berada ‘di hadapan’ Matahari seperti dalam simulasi 1 di bawah. Pada waktu lain pula, Zuhrah berada dekat dengan Bumi manakala Utarid berada di sebalik Matahari seperti dalam simulasi 2.

Jika diperhatikan, pada waktu tertentu, Utarid lebih dekat dengan Bumi berbanding Zuhrah dan pada waktu lain, Zuhrah lebih dekat dengan Bumi berbanding Utarid. Begitu juga dengan Marikh. Kadang-kadang, Marikh lebih dekat dengan Bumi berbanding Utarid dan Zuhrah seperti dalam simulasi 3.

Haa. Maksudnya, Zuhrah bukanlah secara mutlak berada pada jarak paling dekat dengan Bumi. Daripada pemerhatian ini, 3 orang saintis tersebut mula menulis beberapa rumus fizik dan menjalankan simulasi pergerakan planet-planet dalam sistem suria. Mereka menghitung planet manakah yang berada paling hampir dengan Bumi dalam waktu yang paling lama. Mengikut perhitungan mereka, Utarid ialah planet yang paling lama berada paling hampir dengan Bumi. Zuhrah berada di tempat kedua dan Marikh berada di tempat ke tiga. Secara purata, jarak ke Bumi bagi Utarid ialah 1.039 AU, Zuhrah ialah 1.136 AU dan Marikh ialah 1.701 AU. (1 AU = 150 juta km).

Manakala purata masa paling hampir dengan Bumi berdasarkan simulasi 10 ribu tahun, Utarid berada sekitar 4.6 ribu tahun (46%) paling hampir dengan Bumi, Zuhrah 3.6 ribu tahun (36%), Marikh 1.8 ribu tahun (18%).

Bagaimana hal ini boleh berlaku?

Planet mengorbit Matahari disebabkan oleh tarikan graviti. Berdasarkan Hukum Kegravitian Semesta Newton, lebih kecil jarak antara planet dengan Matahari, lebih kuat tarikan graviti. Apabila tarikan graviti lebih kuat, maka planet akan mengorbit Matahari dengan lebih pantas. Planet yang lebih hampir dengan Matahari mempunyai tempoh yang lebih singkat berbanding planet yang lebih jauh daripada Matahari. Hal ini juga disebut oleh Johannes Kepler dalam hukum Kepler ketiga.

Berdasarkan hukum graviti di atas, Utarid akan berpusing mengelilingi Matahari dengan lebih laju berbanding planet Zuhrah dan planet-planet lain. Anda boleh gunakan simulasi di bawah untuk melihat pergerakan planet dalam sistem suria.

Simulasi: https://www.solarsystemscope.com/

Selepas mendapatkan keputusan di atas, para saintis ini menghitung pula planet yang paling dekat dengan planet-planet lain. Sebagai contoh Musytari, kita mungkin meneka bahawa Marikh atau Zuhal ialah yang paling hampir. Namun berdasarkan simulasi, Utarid ialah planet paling hampir dengan kesemua planet dalam sistem suria! Menakjubkan!

Analoginya, merujuk semula kepada situasi Bumi tadi, kita boleh andaikan Utarid, Zuhrah dan Marikh ialah jiran rumah bagi Bumi. Zuhrah dan Marikh masing-masing tinggal di sebelah kanan dan kiri Bumi. Tapi Utarid yang paling kerap menjenguk Bumi! Zuhrah dan Marikh pula selalu keluar jauh dari rumah. Rajin-rajinlah kita bertanya khabar dengan jiran-jiran kita. Jangan duduk terperap saja!

Rujukan:


Di manakah pusat alam semesta?

Sejak zaman Greek purba lagi, sarjana Greek telah mula berbahas tentang keadaan alam semesta. Mereka ingin tahu di manakah kedudukan manusia yang sebenar, bukan lokasi di Bumi, tetapi lokasi Bumi di alam semesta. Zaman mereka banyak berbeza dengan zaman kita. Zaman mereka tiada lampu LED, lampu-lampu jalan, dan lampu dari bangunan yang menyumbang kepada pencemaran cahaya di waktu malam. Mereka hanya berbekalkan lilin yang tak berapa terang untuk menerangi malam mereka. Di sebabkan teknologi lampu mereka tidak sehebat kita, di waktu malam, mereka dapat menikmati pemandangan langit yang dipenuhi oleh bintang-bintang, gugusan bintang atau buruj, galaksi-galaksi, nebula dan sebagainya. Hasil daripada keindahan alam ini, tercetus dalam minda sarjana-sarjana mereka untuk mengkaji tentang keadaan alam semesta.

Antara model yang diperkenalkan ialah model geosentrik oleh Aristotle dan kemudiannya diperbaiki oleh Ptolemy. Model Aristotle meletakkan Bumi (sfera) sebagai pusat alam semesta, dikelilingi oleh Matahari, Bulan, 5 buah planet yang dapat dilihat dengan mata kasar iaitu Utarid, Zuhrah, Marikh, Musytari dan Zuhal, dan objek samawi lain. Model Aristotle ini meletakkan Bulan sebagai lapisan pertama, diikuti oleh Utarid, kemudian Zuhrah, Matahari, Marikh, Musytari, Zuhal dan objek-objek lain yang kelihatan tidak bergerak pada lapisan terakhir. Model ini popular dalam kalangan sarjana Greek kerana ia menghubungkan alam semesta dengan keindahan simetri dalam matematik iaitu bentuk orbit objek-objek samawi ini ialah bulat. Bulat mempunyai simetri yang tak terhingga.

Setelah beberapa abad kemudian, Ptolemy menambahbaik model ini berdasarkan pemerhatian baharu berkenaan dengan gerakan songsang sebahagian planet (retrograde motion). Ptolemy menambah epikitar (epicycle) bagi sebahagian planet untuk menjelaskan pemerhatian tersebut.

Model Ptolemy ini bertahan lebih seribu tahun sebelum dicabar oleh Copernicus yang mengusulkan model heliosentrik. Model heliosentrik meletakkan Matahari sebagai pusat bagi alam semesta manakala Bumi hanyalah satu planet daripada planet-planet lain di sistem suria. Pada mulanya, model ini mendapat tentangan hebat daripada pelbagai pihak kerana membawakan satu perubahan terhadap model Ptolemy yang telah kukuh diterima. Namun setelah ahli-ahli astronomi terkemudian menghalakan teleskop mereka ke lapangan angkasa, mereka dapat memberikan bukti-bukti pemerhatian yang menyokong model baharu daripada Copernicus. Pada abad-abad seterusnya, model geosentrik mula digantikan oleh model heliosentrik kerana semakin banyak bukti yang menyanggah model geosentrik oleh Ptolemy.

Model Copernicus ini mula diperbaiki dengan penemuan-penemuan baharu seperti hukum Kepler, penemuan planet Uranus dan Neptun dan hukum graviti. Model Matahari sebagai pusat alam semesta diterima agak lama sehinggalah dicabar oleh penemuan baharu oleh ahli astronomi. Selepas beberapa ratus tahun penciptaan teleskop, teknologi teleskop semakin maju dengan penciptaan teleskop yang lebih besar yang dapat melihat gambar-gambar dengan lebih jelas. Dengan bantuan alat teleskop ini, ahli astronomi dapat melihat pergerakan sebahagian bintang dia angkasa dan mereka mendapati bahawa bintang-bintang ini tidak bergerak mengelilingi Matahari, tetapi mengelilingi pusat Bima Sakti. Bintang-bintang yang bertaburan diangkasa adalah sebahagian daripada isi kandungan galaksi Bima Sakti, malah Matahari hanyalah sebutir bintang daripada jutaan bintang-bintang ini.

Maka model alam semesta bertukar dengan meletakkan Galaksi Bima Sakti sebagai keseluruhan alam semesta dan bintang-bintang di dalamnya mengelilingi pusat galaksi ini.

Namun model ini tidak bertahan lama. Kefahaman tentang alam semesta berubah secara drastik apabila cerapan oleh Edwin Hubble mendapati bahawa terdapat galaksi-galaksi lain selain dari galaksi Bima Sakti dan kebanyakan galaksi-galaksi ini bergerak menjauhi galaksi kita. Dalam masa yang sama, teori kerelatifan oleh Einstein ditambah baik oleh beberapa ahli fizik lain untuk menerangkan keadaan sebenar alam semesta ini.

Teori kerelatifan memberitahu bahawa alam semesta ini terdiri daripada ruang masa dan ruang masa ini berasal daripada satu titik ketunggalan (singularity) pada 14 bilion tahun lalu. Titik ini berkembang dalam satu proses dentuman besar (Big Bang) dan membentuk alam semesta kita pada hari ini. Sebagai analogi, bayangkan ruang masa ini diwakili oleh sebiji belon. Kemudian belon ini ditiup dan berkembang. Alam semesta juga begitu. Alam semesta secara keseluruhannya berkembang dari satu titik. Semua yang terkandung dalam alam semesta berasal dari titik tersebut termasuklah ruang masa.

Berdasarkan model terbaru ini, semua tempat adalah pusat alam semesta, atau pusat pengembangan alam semesta. Bumi adalah pusat alam semesta. Matahari adalah pusat alam semesta. Setiap bintang adalah pusat alam semesta. Malah setiap ruang di alam semesta ini adalah pusat alam semesta kerana segalanya berasal dari titik yang sama.

Bagi penulis, persoalan yang lebih menarik ialah adakah alam semesta ini tak terhingga (infinite) atau terdapat sempadan alam semesta. Inilah persoalan yang masih belum terjawab oleh ilmu sains pada hari ini. Kita tak tahu penghujung alam semesta. Adakah alam semesta tiada penghujung, atau ada sempadan alam semesta yang masih di luar ilmu pengetahuan kita. Hanya Allah yang tahu. Kita sebagai manusia, teruskanlah mengkaji khazanah yang terkandung dalam alam semesta ini.


Graviti Tiada di Angkasa Lepas? Betul Ke?

Adakah graviti wujud di angkasa lepas?

Pernah tak anda tonton tayangan berkaitan angkasa lepas seperti Gravity(2013), Interstellar(2014) dan Star Trek? Pernah tak anda tonton video angkasawan ISS yang terapung-apung? Pernah tak tonton video Dr. Sheikh Muszapharr Shukor di ISS?

Dalam video atau tayangan-tayangan ini, anda dapat perhatikan pergerakan angkasawan yang berbeza dengan kita di Bumi. Mereka dapat terapung-apung sedangkan kita sentiasa jatuh ke arah Bumi? Mengapa situasi ini berlaku?

Jawapan yang terlintas di fikiran anda pastinya ialah graviti! Bumi mempunyai graviti yang menarik kita ke arahnya. Sebab itu kita sentiasa jatuh ke arah Bumi. Jika kita lontarkan buah epal ke atas, ia akan jatuh semula ke Bumi kerana ia ditarik ke arah Bumi. Bumi menghasilkan graviti yang menarik benda yang berjisim ke arahnya. Ok, jadi kita tak boleh terapung adalah disebabkan oleh graviti Bumi.

Berbalik semula kepada cerita angkasawan tadi. Kenapa angkasawan boleh terapung? Antara jawapan yang kita dengar ialah kerana di angkasa lepas, graviti tidak wujud. Atau di ISS, graviti terlalu lemah. Sebab itu angkasawan boleh terapung dan tak ditarik ke bawah. Mereka tidak dapat rasa tarikan graviti seperti kita di Bumi.

Hmmm. Betulkah jawapan tu? Betulkah graviti tak wujud di angkasa lepas? Betulkah graviti tak wujud di ISS?

Untuk artikel ini, kita akan rungkaikan persoalan ‘adakah graviti wujud di angkasa lepas dan di ISS’.

Hukum Kegravitian Semesta Newton

Graviti ialah satu daripada 4 daya asas di alam semesta kita. 3 yang lain ialah daya lemah nukleus, daya kuat nukleus dan daya elektromagnet. Bagi setiap daya ini, ada hukum fizik yang menjelaskan daya-daya ini.

Hukum kegravitian semesta Newton digunakan untuk menjelaskan daya graviti. Hukum ini dirumuskan oleh Isaac Newton beberapa abad lalu. Berdasarkan hukum ini, graviti akan meningkat apabila jisim suatu jasad itu meningkat. Sebagai contoh, Matahari mempunyai graviti yang lebih tinggi berbanding Bumi disebabkan oleh jisim Matahari yang lebih besar berbanding Bumi. Selain jisim, graviti juga bergantung kepada jarak antara dua jasad. Lebih besar jarak antara dua jasad, lebih kecil daya graviti. Sebagai contoh, kita di Bumi tidak dapat rasa kesan graviti daripada Matahari sebab jarak kita ke Matahari adalah terlalu jauh berbanding dengan jarak kita ke Bumi.

Bagi yang ambil Fizik di peringkat SPM (silibus baharu KSSM), anda pasti tahu rumus bagi daya graviti iaitu Rumus ini menyatakan bahawa daya graviti akan bertambah apabila jisim antara dua jasad bertambah, dan daya graviti berkurang jika jarak antara dua jasad bertambah. G pula ialah pemalar kegravitian Newton dengan nilai yang sangat kecil iaitu. Jika anda gantikan nilai jisim anda, jisim Bumi, jarak anda dengan Bumi (sama dengan jejari Bumi), dan pemalar kegravitian, anda akan dapat berat anda dalam unit Newton. Jika jisim anda ialah 70 kg, daya graviti yang tarik anda ke Bumi adalah sekitar 686.7 Newton.

Sekarang kita lihat semula kepada persoalan awal tadi. Adakah graviti wujud di angkasa lepas? Adakah graviti wujud di ISS?

Angkasa lepas adalah ruang yang sangat luas. Kalau kita lihat pada gambar-gambar galaksi yang diambil oleh teleskop-teleskop angkasa seperti Hubble, kita akan dapati bahawa bintang-bintang dalam galaksi-galaksi ini kelihatan seperti butir-butir pasir yang bertaburan. Seolah-olah galaksi ini penuh dan mampat dengan bintang. Namun kalau kita perhatikan sistem suria kita, jarak antara Bumi dengan Bulan pun sudah lebih 300 ribu kilometer. Sangat jauh! Jarak kita ke planet Zuhrah pula lebih 50 juta kilometer! Jarak kita ke Matahari lagi lah jauh, 150 juta kilometer! Lebih menakjubkan, jarak kita dengan bintang yang terdekat dengan kita selepas Matahari ialah 4 tahun cahaya! Lebih 3 trillion kilometer! Jadi, walaupun galaksi kelihatan penuh dengan bintang, jarak antara bintang-bintang ini sangatlah besar. Galaksi ini penuh dengan ruang kosong. Jarak antara galaksi lagilah jauh.

Jika kita terperangkap di ruang-ruang kosong di angkasa lepas, bolehlah mengucap siap-siap. Bintang atau planet paling dekat pun dah bertahun cahaya. Mungkin cicit kita yang ke 10 baru dapat sampai ke bintang tu.

Ok, jadi kita dah tahu bahawa angkasa lepas ini penuh dengan ruang kosong. Dan jika kita berada jauh daripada bintang-bintang, kita tak dapat rasakan tarikan graviti sebab daya graviti terlalu lemah. Penerangan ini adalah betul jika kita jauh (bertahun-tahun cahaya) dari apa-apa jasad yang besar seperti bintang atau planet.

Bagaimana pula dengan ISS? Adakah ISS cukup jauh dari Bumi sehingga daya graviti dari Bumi ini terlalu lemah?

Kita mungkin berikan jawapan yang sama seperti di atas; daya graviti di ISS adalah terlalu lemah, sebab itu angkasawan boleh terapung-apung di dalamnya. Jawapan ini sebenarnya kurang tepat.

Bagi menjawab dengan lebih tepat, kita lihat pada daya graviti antara ISS dengan Bumi. ISS mengorbit Bumi pada altitud sekitar 400 km daripada permukaan Bumi. Kita gantikan nilai ini ke dalam rumus graviti tadi. Jika seorang angkasawan berjisim 70 kg berada di ISS, dia akan rasa tarikan graviti sekitar 600 Newton. Ini bermaksud, di ISS, tarikan graviti masih lagi wujud dan kuat. Sekitar 90% daripada tarikan graviti di Bumi.

Graviti masih wujud di ISS, tapi mengapa angkasawan dapat terapung-apung di ISS? Mengapa ISS tidak menghentam Bumi?

Sebelum kita jawab persoalan di atas, kita lihat pada situasi di bawah. Andaikan kita ada sebuah meriam. Apabila kita tembak peluru daripada meriam tersebut, peluru itu akan meluncur keluar dan jatuh semula ke Bumi disebabkan tarikan graviti. Jika kita tambahkan lagi kekuatan meriam, peluru itu akan meluncur dengan lebih jauh daripada titik asal tadi. Sekarang, kita gunakan meriam yang sangat kuat. Peluru yang ditembak keluar, akan jatuh ke arah Bumi, namun ia terlepas daripada mencapai Bumi kerana Bumi ini sfera dan melengkung. Setiap kali peluru itu nak jatuh ke Bumi, Bumi melengkung menyebabkan peluru itu terlepas daripada mencapai Bumi.

Situasi ini adalah sama dengan ISS. ISS sentiasa ditarik ke Bumi, namun disebabkan Bumi melengkung, ISS sentiasa terlepas daripada menghentam Bumi.

Bagi angkasawan di dalam ISS, mereka juga akan ditarik ke arah Bumi dan terlepas daripada menghentam Bumi seperti ISS. Mereka akan sentiasa jatuh ke Bumi. Dalam situasi ini, graviti masih lagi menarik mereka, namun mereka tak dapat rasa ‘berat’ sebab mereka berada dalam keadaan ‘jatuh bebas’. Jatuh bebas inilah yang menyebabkan angkasawan tak dapat rasa ‘berat’ mereka menyebabkan mereka terapung-apung di angkasa.

Sebenarnya kita tidak perlu naik ke ISS untuk rasa situasi ‘jatuh bebas’. Kita dapat rasa berat disebabkan oleh lantai yang kita pijak ini, mengenakan daya yang sama dengan berat kepada kaki kita. Bagi menghilangkan daya daripada lantai ini, kita perlu buang lantai tersebut daripada dipijak oleh kaki kita. Macam mustahil kan? Tapi kita boleh cipta situasi ini dengan berada dalam lif. Perasan tak, kalau lif mula turun ke bawah, kita dapat rasa lebih ringan dari biasa. Kalau lif tu memecut ke bawah dengan pecutan yang sama dengan graviti, kita akan dapat rasa terapung-apung seolah-olah tiada graviti yang bertindak.

Rumusannya, graviti wujud di ISS dan di kawasan yang berdekatan dengan jasad yang besar seperti planet dan bintang. Graviti sangat lemah di kawasan yang jauh daripada jasad-jasad ini.


10 Fakta Astronomi yang anda perlu tahu

Astronomi adalah satu bidang sains yang paling tua bagi peradaban manusia. Sejak awal peradaban manusia, kita telah mula melihat ke angkasa bagi mempelajari tentang khazanah-khazanah alam semesta yang ada. Di malam hari, kita dapat lihat pergerakan planet, bintang dan galaksi merentasi langit malam. Di siang hari pula, kita dapat lihat Matahari yang banyak memberi manfaat kepada kita. Apabila kita mendongak ke langit, banyak persoalan yang bermain di fikiran kita. Kita ingin tahu di manakah kedudukan sebenar kita di alam semesta? Bintang apa yang paling besar? Dan banyak lagi persoalan-persoalan lain di fikiran. Jika anda ada soalan yang berkaitan, bolehlah tulis di ruangan komen.

Pengetahuan manusia semakin berkembang selari dengan perkembangan teknologi. Semakin besar teleskop yang dibina, semakin banyak bintang dan galaksi dapat dicerap, semakin banyak persoalan yang timbul. Khazanah ilmu di alam semesta ini luas. Tak dapat kita kuasai dalam umur kita yang singkat ini. Namun, jangan kita tinggalkan kesemuanya. Oleh itu, artikel ini akan berkongsi kepada anda tentang 10 fakta astronomi yang kita patut tahu.

Bumi yang didiami oleh manusia adalah satu-satunya planet yang pernah didiami oleh manusia. Planet kita ini pula terletak dalam satu sistem yang dikenali sebagai sistem suria. Sistem suria ini boleh kita anggap sebagai satu keluarga yang terdiri daripada Matahari sebagai bintang di tengah-tengah, dikelilingi oleh 8 planet, planet-planet kerdil, komet, asteroid dan batuan-batuan lain yang mengelilingi Matahari.

Sistem suria kita mempunyai 8 jasad yang dikategorikan sebagai planet. Planet mengikut urutan jarak terdekat dari Matahari ialah Utarid, Zuhrah, Bumi, Marikh, Musytari, Zuhal, Uranus dan Neptun. Namun daripada 8 planet ini, hanya 6 yang dapat dilihat dengan mata kasar tanpa bantuan teleskop iaitu Utarid, Zuhrah, Bumi, Marikh, Musytari dan Zuhal. Planet Uranus dan Neptun pula memerlukan bantuan teropong atau teleskop untuk dicerap.

Anda pasti pernah dengar fenomena gerhana matahari dan gerhana bulan kan? Gerhana Matahari berlaku apabila bulan melintasi antara Bumi dan Matahari dalam satu garis lurus. Gerhana Matahari hanya dapat disaksikan pada waktu siang. Gerhana bulan pula berlaku apabila Bumi melintasi antara Bulan dan Matahari dalam satu garis lurus, dan hanya dapat disaksikan pada waktu malam. Gerhana ini mungkin dianggap jarang berlaku. Namun pada hakikatnya, gerhana berlaku setiap tahun. Cuma hanya sebahagian tempat yang dapat saksikan gerhana untuk satu-satu tahun.

Apabila kita lihat langit yang tak berawan pada waktu malam, kita dapat saksikan banyak bintang yang bertaburan di angkasa. Bintang-bintang ini bercahaya disebabkan berlakunya pelakuran hidrogen yang membentuk helium dan melepaskan tenaga cahaya dan haba. Bintang-bintang ini hanya dapat dilihat pada waktu malam. Namun, kita sebenarnya dapat lihat bintang pada waktu siang. Ya, bintang itu adalah matahari kita! Matahari juga bercahaya dan panas disebabkan proses pelakuran hidrogen. Jika kita berada jauh dari Matahari, Matahari akan kelihatan seperti sebutir bintang sahaja seperti bintang-bintang yang kita lihat pada waktu malam.

Anda pasti pernah lihat gambar-gambar galaksi yang indah di internet. Tahukah anda, kita juga berada dalam sebuah galaksi yang dikenali sebagai galaksi Bima Sakti atau Milky Way. Kita dapat lihat galaksi kita pada waktu malam di bahagian selatan langit. Galaksi kita ini berbentuk pilin berpalang (barred spiral galaxy), dan sistem suria berada pada satu bahagian lengan galaksi kita.

Dalam sistem suria, ada ahli-ahlinya yang terdiri daripada Matahari, planet, planet kerdil, asteroid, komet dan batuan-batuan lain. Begitu juga dengan galaksi. Galaksi terdiri daripada kumpulan bintang-bintang yang diikat antara satu sama lain disebabkan graviti. Dalam sesebuah galaksi, terdapat ratusan bilion bintang di dalamnya! Galaksi kita ini mengandungi lebih 250 bilion bintang yang membentuknya.

Galaksi kita mempunyai 250 bilion bintang. Sebahagian galaksi lain mempunyai lebih 1 trilion bintang, manakala sebahagian lain mempunyai bilangan yang kurang dari itu. Namun yang lebih menakjubkan, alam semesta kita ini mengandungi ratusan bilion galaksi di dalam nya. Bahkan mungkin lebih dari itu! Dalam setiap galaksi ini mempunyai berbilion bintang. Dan kebanyakan bintang mempunyai sistem planet tersendiri seperti sistem suria. Banyaknya khazanah ilmu di alam semesta ini!

Setiap yang hidup, pasti ada permulaannya. Manusia biasanya hidup sekitar 60 hingga 80 tahun. Namun bagi jasad-jasad samawi, nilai ini hanyalah sekelip mata. Jika diperhatikan, umur sistem suria kita adalah sekitar 4.6 bilion tahun! Kalau nak faham dengan lebih jelas, 4 bilion tahun adalah 4 000 000 000 tahun! Fuh lama tu! Ini juga bermaksud matahari dan planet-planet di sistem suria ini terbentuk kira-kira 4.6 bilion tahun lalu.

Jika sistem suria berumur 4.6 bilion tahun, bagaimana pula dengan alam semesta? Sudah tentu alam semesta lebih tua. Berdasarkan ilmu sains hari ini, dan cerapan-cerapan oleh teleskop, umur alam semesta adalah sekitar 14 bilion tahun! Sistem suria kita ini hanyalah lebih kurang 1/3 daripada umur alam semesta. Tua kan? Setiap yang hidup, pasti akan mati.

Walaupun teknologi hari ini berkembang pesat, khazanah-khazanah alam semesta dikorek hari-hari, namun rahsia yang terkandung di alam semesta ini sangatlah sedikit yang kita ketahui. Daripada keseluruhan isi kandungan alam semesta, kita hanya dapat lihat dan cerap 4 peratus sahaja daripada kandungan alam semesta. Baki 96 peratus alam semesta ini terdiri daripada jirim-jirim dan tenaga-tenaga yang tak dapat kita lihat dan cerap. 70 peratus terdiri daripada tenaga gelap (dark energy) manakala 26 peratus terdiri daripada jirim gelap (dark matter). Yang kita dapat cerap, hanya 4 peratus yang dikenali sebagai jirim nampak (visible matter). 4 peratus ini pun kita tak dapat faham sepenuhnya.

Sesungguhnya alam semesta ini penuh dengan rahsia-rahsia tentang kehebatan Penciptanya. Kita ditugaskan untuk menggunakan khazanah alam semesta ini untuk beribadah kepada-Nya. Marilah sama-sama kita mengkaji alam semesta ini dan merungkai ilmu-ilmu yang ada. Namun kita harus ingat, ilmu kita ini sangatlah terbatas. Semakin banyak kita kaji, semakin banyak persoalan yang timbul. 1 soalan terjawab, timbul lagi 100 soalan lain. Begitulah hakikat manusia yang lemah ini.


Boleh Ke Masa Bergerak Ke Belakang?

Mengapa masa bergerak ke hadapan sahaja?

Setiap dari kita pasti dapat ingat apa yang berlaku semalam kan? Ada yang ke sekolah, ada yang ke kelas-kelas kuliah di universiti, ada yang bekerja, ada yang tidur makan tidur makan. Dalam memori kita, kita dapat ingat apa yang telah berlaku. Kita ada ingatan tentang peristiwa di masa lepas. Cuba perhatikan gambar di bawah.

Ramai dari kalangan kita yang tidak menyaksikan peristiwa ini. Mungkin ada sebahagian yang hidup ketika ini. Namun satu perkara yang kita semua bersetuju, peristiwa ini memang telah berlaku pada 31 Ogos 1957. Kita tahu ia berlaku dengan 100% keyakinan. Sekarang perhatikan pula gambar di bawah.

Apabila kita perhatikan gambar di atas, pasti kita terbayang akan masa hadapan. Mungkin berlaku 50 tahun lagi, 100 tahun lagi atau mungkin tidak akan berlaku. Kita dapat meneka gambar ini menggambarkan suasana masa akan datang. Namun ia tidak wujud dalam memori kita. Kita tidak pernah melaluinya. Bahkan tiada seorang pun di muka Bumi ini yang pernah mengingati suasana di atas.

Daripada kedua-dua gambar di atas, kita dapat lihat tentang perubahan atau perjalanan masa. Setiap masa yang berdetik, akan membawa kita menjelajah daripada masa lampau, ke masa hadapan. Kita sentiasa bergerak ke hadapan. Masa sentiasa menuju ke hadapan. Tidak pernah berlaku lagi dalam ingatan kita, masa ini tidak bergerak atau patah balik ke belakang. Anak panah masa sentiasa menghala ke hadapan bagi kita.

Persoalan ini mungkin pernah terlintas dalam fikiran kita. Mengapa masa hanya bergerak ke hadapan dan tidak berhenti atau ke belakang? Pergerakan masa yang hanya bergerak dalam satu arah menyebabkan ahli-ahli fizik dan falsafah mencari-cari jawapan tentang persoalan ini.

Dari sudut hukum fizik, perjalanan masa ini berbeza dengan perjalanan masa dalam kehidupan seharian kita. Kebanyakan hukum fizik mempunyai simetri masa. Maksudnya, hukum fizik tidak menetapkan arah pergerakan masa. Masa bergerak ke hadapan, atau ke belakang, hukum fizik masih lagi dipatuhi.

Kita ambil contoh sebuah kotak yang penuh dengan bola-bola kecil yang bergerak. Bola-bola ini berlanggar antara satu sama lain mengikut hukum Newton. Cuba perhatikan. Adakah animasi ini dimainkan ke hadapan, atau ke belakang? Dapatkah anda membezakan pergerakan ke hadapan atau ke belakang bagi bola-bola ini?

Sukar untuk kita bezakan kedua-duanya kerana perlanggaran antara bola ini tak bergantung kepada arah gerakan masa. Ke hadapan, atau ke belakang, kedua-duanya masih mematuhi hukum fizik.

Sebahagian ahli fizik melihat bahawa terdapat kaitan antara arah gerakan masa dan satu kuantiti fizikal yang dikenali sebagai entropi. Biasanya entropi ini dikaitkan dengan keserabutan atau bilik yang bersepah. Lebih tepat lagi, entropi ini adalah susunan suatu sistem yang ada bagi sistem tersebut. Saya lebih suka kaitkan entropi dengan air milo yang dibancuh. Apabila air milo siap dibancuh, susu pekat akan berada di bawah manakala campuran air milo berada di atas susu pekat tersebut. Keadaan ini mempunyai entropi yang rendah kerana susunan molekul susu pekat dan air milo hanya 1, iaitu molekul susu pekat di bawah, dan air milo di atas. Apabila kita kacau air tersebut dengan sudu, entropinya akan meningkat kerana terdapat banyak susunan yang mungkin bagi susu pekat dan air milo tersebut.

Berdasarkan hukum termodinamik kedua, entropi sentiasa bertambah dengan masa, atau paling kurang pun, entropi kekal pada nilai asal. Entropi tidak akan sekali-kali berkurang. Analoginya dengan air milo tadi, susunan susu pekat di bawah dan air milo di atas hampir mustahil untuk kita perolehi semula setelah dikacau.

Jadi adakah arah gerakan masa boleh dijelaskan melalui entropi? Memang benar entropi dapat menjelaskan beberapa fenomena arah gerakan masa. Apabila ais cair menjadi air, ia tidak kembali semula menjadi ais. Apabila telur pecah, ia tidak akan kembali semula menjadi telur yang asal. Begitu juga dengan air milo tadi. Kesemua contoh di atas adalah contoh yang mematuhi hukum termodinamik kedua. Entropi rendah menjadi tinggi mengikut peredaran masa. Selesai.

Namun, hukum termodinamik masih lagi belum dapat menyelesaikan misteri perjalanan masa. Ia hanya memberitahu kita bahawa entropi suatu sistem sentiasa meningkat dengan masa. Ia tak menjelaskan kepada kita mengapa masa hanya bergerak pada satu arah. Ia tak menjawab mengapa hukum-hukum fizik lain tidak memerlukan masa bergerak pada satu arah. Kalau ikutkan hukum fizik, telur yang pecah, masih lagi boleh dicantumkan semula. Bahkan jika kita hidup dalam alam semesta yang mempunyai telur pecah yang bercantum dengan sendiri, masa masih lagi beredar ke hadapan. Persepsi kita terhadap masa berbeza dengan perubahan entropi bagi suatu sistem.

Apa sebenarnya masa ini?

Berdasarkan situasi di atas, ada dua jenis masa iaitu masa termodinamik yang berkait dengan peningkatan entropi, dan masa persepsi iaitu masa yang kita alami. Namun, ada lagi beberapa jenis masa lain seperti masa biologi yang berkait dengan perubahan biologi dengan masa, masa sebab akibat (causal time) iaitu masa yang mengaitkan suatu akibat yang berlaku adalah daripada satu sebab sebelumnya, masa kuantum iaitu masa apabila suatu fungsi gelombang musnah (wave function collapse) dan masa kosmologi iaitu masa yang berkait dengan pengembangan alam semesta.

Berbalik semula kepada hukum termodinamik kedua, ia secara tak langsung mengaitkan alam semesta ini dengan entropi. Jika entropi sentiasa meningkat dengan masa, ini bermaksud entropi alam semesta pada suatu ketika dahulu adalah sangat rendah. Hipotesis ini disokong oleh teori Dentuman Besar (Big Bang) yang menyatakan bahawa alam semesta ini bermula dari satu titik yang panas. Alam semesta kita berkembang dan menjadi lebih kompleks dengan pembentukan planet, bintang, galaksi, lohong hitam dan selainnya yang mempunyai entropi yang lebih tinggi.

Inilah yang kita perhatikan daripada data-data teleskop. Persoalan seterusnya timbul, mengapa alam semesta ini bermula dalam keadaan entropi yang rendah. Sedangkan ia boleh sahaja bermula dengan entropi yang sangat tinggi. Banyak persoalan yang muncul apabila kita mengkaji tentang khazanah-khazanah alam semesta ini. Mengapa alam semesta bermula dalam keadaan entropi rendah? Kita belum tahu. Allah masih belum memberikan jawapan ini kepada hamba-hambaNya.

Jadi, mengapa masa hanya bergerak pada satu arah? Mengapa kita boleh ingat perkara yang berlaku semalam, tapi bukan perkara yang berlaku esok? Tiada manusia yang tahu. Hukum fizik masih tak dapat memberikan jawapannya lagi. Marilah kita teruskan berfikir dan mengkaji khazanah ilmu yang terbentang luas. InsyaAllah suatu hari nanti, usaha kita ini dapat memberi manfaat kepada umat akan datang.


Mana Planet Kesembilan?

Sistem suria adalah sebuah rumah yang kita tinggal di dalamnya sejak dari awal peradaban manusia. Setakat hari ini, masih belum ada manusia yang keluar dari sistem suria dan melawat ke sistem bintang yang lain. Dalam sistem suria inilah terletaknya planet yang didiami oleh manusia iaitu Bumi. Bumi yang penuh dengan kehijauan pokok-pokok dan kebiruan langit yang kita saksikan setiap hari. Bumi ini lah yang penuh dengan rezeki untuk kita, dari sudut makan minum, tempat tinggal, dan khazanah-khazanah ilmu. Bumi ini terletak dalam sistem suria.

Sistem suria kita ini ada sejarahnya. Berdasarkan kajian tentang batu-batuan di Bumi, Bulan dan meteor, kita dapat menyimpulkan bahawa sistem suria kita ini berumur dalam lingkungan 4.6 bilion tahun. Ini termasuklah ahli-ahli yang mendiami sistem suria kita seperti Matahari, planet-planet, bulan, komet, asteroid, meteor dan batuan-batuan kecil lain. Matahari berumur sekitar 4.6 bilion tahun, begitu juga dengan planet-planet yang ada.

Pluto Bukan Lagi Planet

Setakat hari ini, ada 8 buah planet yang telah ditemukan dalam sistem suria kita. Dahulu 9 planet, namun planet yang kesembilan iaitu Pluto telah dikeluarkan daripada senarai planet kerana ia tidak memenuhi kriteria baharu untuk planet. Bagi sesebuah jasad dikategorikan sebagai planet, ia perlu 3 kriteria berikut:

Berdasarkan kriteria-kriteria baharu ini, pluto tidak lagi dikira sebagai planet kerana ia tidak menepati syarat yang ketiga. Selain pluto, terdapat jasad-jasad lain yang dikenali sebagai plutino yang mendiami orbit yang sama dengan pluto.

Hanya 8 jasad sahaja yang menepati kriteria planet ini iaitu Utarid, Zuhrah, Bumi, Marikh, Musytari, Zuhal, Uranus dan Neptun. Namun, berdasarkan kajian terbaharu berkenaan dengan pergerakan objek-objek di kawasan lingkaran Kuiper[1], ahli astronomi menghipotesiskan kewujudan planet kesembilan yang masih belum ditemukan. Lingkaran Kuiper ialah kawasan batuan yang terletak selepas orbit planet Neptun. Planet kesembilan ini dijangka mengorbit Matahari pada orbit yang lebih jauh daripada Pluto dan mengambil masa lebih kurang 15 ribu tahun untuk membuat satu pusingan lengkap mengelilingi Matahari (Pluto hanya mengambil masa sekitar 248 tahun). Planet kesembilan ini juga dijangka mempunyai jisim yang lebih besar dari Bumi iaitu sekitar 5 hingga 10 kali ganda jisim Bumi[2].

Planet kesembilan ini mula dihipotesiskan pada awal tahun 2016. Namun setelah 4 tahun teleskop-teleskop besar yang ada hari ini mencerap langit, masih belum ada yang menemukan planet kesembilan ini. Pencarian planet kesembilan ini tidak mudah. Disebabkan planet ini berada pada jarak yang sangat jauh iaitu lebih kurang 13 hingga 26 kali ganda saiz orbit Neptun, ia akan kelihatan sangat kecil. Neptun yang lebih besar dan dekat pun sukar untuk dicerap, dan hanya kelihatan seperti sebuah titik kecil dalam teleskop. Bukan itu sahaja, planet juga tidak memancarkan cahaya. Kita hanya dapat mencerap planet kesembilan ini jika cahaya yang dipantulkan oleh planet tersebut mempunyai kecerahan yang cukup tinggi untuk dikesan oleh teleskop-teleskop di Bumi. Jadi, di manakah planet kesembilan ini?

Kita masih belum tahu dengan tepat. Kiraan demi kiraan telah dilakukan bagi menentukan kedudukan sebenar planet kesembilan. Namun setelah dihalakan teleskop ke kawasan persembunyian planet kesembilan, kita masih gagal menemukannya.

Bagi yang berminat dalam bidang astronomi, bolehlah terjun dalam bidang ini dan bekerja untuk mencari planet kesembilan ini. Masih banyak ilmu berkaitan sistem suria kita yang belum kita ketahui lagi.

Ahli astronomi yang terlibat dalam menghipotesiskan kewujudan planet kesembilan ini mempunyai sejarah yang menarik tentang diri beliau. Sejak 2006 sehingga kini, banyak ahli astronomi profesional dan amatur yang tidak berpuas hati dengan perlucutan gelaran planet bagi Pluto. Antara punca kriteria planet ini diusulkan adalah disebabkan oleh penemuan planet-planet lain di lingkaran Kuiper seperti Sedna dan Eris oleh kumpulan ahli astronomi yang diketuai oleh Michael Brown daripada California Institute of Technology (Caltech). Beliau adalah antara orang yang terlibat dalam melucutkan Pluto daripada senarai planet. Ironinya, beliau juga menghipotesiskan kewujudan planet kesembilan berdasarkan analisis beliau terhadap pergerakan jasad-jasad ‘planet kerdil’ yang beliau temukan.

Rujukan


Ini Cara Kita Boleh Gunakan Lohong Hitam Untuk Kegunaan Manusia

Antara sumber tenaga yang kita manfaatkan dalam kehidupan kita adalah sumber tenaga daripada Matahari. Matahari bukan sahaja diciptakan untuk memancarkan cahaya dan tenaga, tetapi ia juga berperanan memastikan Bumi, serta planet-planet lain bergerak dalam orbit masing-masing. Jika Bumi berada pada orbit yang terlalu jauh dari Matahari, ia akan menjadi terlalu sejuk untuk kehidupan. Begitu juga jika ia terlalu dekat dengan Matahari, ia akan menjadi terlalu panas untuk kehidupan. Setiap makhluk yang Allah ciptakan, ada manfaat darinya.

Bagaimana pula dengan lohong hitam? Bukti kewujudan lohong hitam semakin banyak. Beberapa dekad lalu, lohong hitam hanyalah spekulasi berdasarkan teori yang tertulis di atas kertas. Namun dalam beberapa tahun kebelakangan ini, lohong hitam telah pun dikesan oleh para saintis melalui pelbagai kaedah seperti melihat kepada gelombang kegravitian (gravitational waves) dan juga pergerakan bintang-bintang yang mengorbit lohong hitam tersebut. Yang terbaharu, pada 10 April 2019, gambar pertama lohong hitam berjaya direkodkan oleh satu kerjasama para ahli astronomi, jurutera, pakar sains komputer dan ahli fizik di peringkat antarabangsa. Gambar ini menambahkan lagi keyakinan dan bukti tentang kewujudan lohong hitam. Ia bukan hanya wujud pada teori di kertas, ia terbukti wujud di alam semesta.

Jadi, apakah manfaat lohong hitam ini diciptakan?

Manfaat Lohong Hitam

Banyak manfaat yang kita dapat daripada penciptaan lohong hitam ini. Yang pertama, kewujudan lohong hitam ini telah mengesahkan sebahagian teori fizik yang sedia ada seperti teori kerelatifan am. Oleh itu, kajian seterusnya boleh menggunakan teori ini sebagai satu rujukan untuk mengembangkan teori-teori fizik baharu. Jika teori baharu yang dikemukakan menjangkakan sesuatu yang bertentangan dengan teori yang telah dibuktikan, maka ia perlu diubahsuai supaya bertepatan dengan data-data yang diterima.

Yang kedua, lohong hitam ini dapat digunakan sebagai ‘mesin masa’ jika manusia mempunyai teknologi penjelajahan angkasan lepas nanti. Lohong hitam mempunyai graviti yang sangat kuat apabila kita berada berhampiran dengannya. Berdasarkan teori kerelatifan am, semakin kuat medan graviti, semakin perlahan masa akan berlalu. Jika kita berada berhampiran dengan lohong hitam, maka masa kita akan berlalu dengan lebih perlahan berbanding rakan-rakan kita yang berada di Bumi.

Yang terakhir dan mungkin lebih praktikal, lohong hitam boleh digunakan sebagai penjana tenaga yang sangat cekap (efficient). Lohong hitam mempunyai ciri-ciri yang sangat sesuai untuk teknologi manusia yang terhad. Walaupun lohong hitam mempunyai graviti yang sangat tinggi, ia mempunyai saiz yang sangat kecil. Kita ambil contoh Matahari. Jika sebuah lohong hitam mempunyai jisim yang sama dengan Matahari, jejari lohong hitam tersebut hanyalah sekitar 3 kilometer sahaja! Sedangkan Matahari mempunyai jejari 700 ribu kilometer! Jika Bumi menjadi lohong hitam, ia hanya sebesar duit 50 sen saja!

Dengan saiz yang kecil, kita mampu menjadikan lohong hitam ini sebagai penjana tenaga yang sangat cekap melalui proses Penrose tanpa perlu menggali sumber-sumber yang terlalu banyak. Proses Penrose ialah satu proses untuk mengeluarkan tenaga daripada lohong hitam dengan menghantar masuk objek ke dalamnya. Huh… Macam mana tu?

Lohong hitam secara teorinya, akan berputar. Ini disebabkan oleh keabadian momentum sudut (conservation of angular momentum). Lohong hitam wujud apabila bintang yang besar memusnah dan meninggalkan teras yang menjadi lohong hitam. Oleh sebab kebanyakan bintang berputar pada paksinya, maka apabila ia mengecut menjadi lohong hitam, lohong hitam ini akan berputar dengan lebih laju.

Apabila lohong hitam berputar, ia akan menyebabkan ruang di sekeliling lohong hitam itu diputarkan juga selari dengan putaran lohong hitam tersebut. Jika kita mempunyai lohong hitam yang tak berputar, apa-apa objek yang dilontarkan padanya akan terus kekal di dalamnya jika ia melintasi ufuk peristiwa (event horizon). Namun bagi lohong hitam yang berputar, ia mempunyai bentuk fizikal yang berbeza berbanding lohong hitam yang statik.

Lohong hitam berputar (juga disebut sebagai lohong hitam Kerr) mempunyai satu ruang di luar ufuk peristiwanya yang disebut sebagai ergosfera (ergosphere). Di ruang ini lah kita boleh ‘mencuri’ tenaga daripada lohong hitam tersebut untuk kita manfaatkan. Caranya ialah dengan menghantar masuk apa-apa objek ke dalam ergosefera, kemudian objek tersebut berpecah kepada dua. Satu ditarik masuk ke dalam lohong hitam, manakala satu lagi dipecut keluar daripada ergosfera tersebut. Hasilnya, objek yang dipecut keluar itu akan mempunyai tenaga yang lebih tinggi berbanding tenaga asalnya sebelum ia dilontar masuk. Tenaga ini diperoleh dengan mengurangkan tenaga putaran lohong hitam tersebut.

Bagi menghasilkan penjana yang lebih praktikal, kita boleh gunakan cahaya, dan satu cermin sfera yang menutupi lohong hitam tersebut. Dengan memancarkan cahaya ke arah lohong hitam, dan menutup cermin sfera tersebut, cahaya akan terus dipantul dan tenaganya terus bertambah hasil ‘mencuri’ tenaga daripada lohong hitam. Kita boleh gunakan cahaya ini untuk menjana tenaga yang sangat banyak.

Bila baru kita boleh gunakan kaedah penjanaan tenaga ini? Wallahualam. Kita tidak tahu dimanakah lohong hitam yang paling dekat dengan kita. Namun ada kemungkinan lohong hitam wujud dalam sistem suria kita. Boleh rujuk artikel lepas. Semoga tulisan ini memberi semangat kepada pembaca untuk menceburi bidang sains.

Bacaan tambahan:


Misteri Umur Alam Semesta

Umur alam semesta adalah antara persoalan yang menjadi misteri bagi kita sejak Edwin Hubble menemukan bahawa alam semesta ini berkembang. Sebelum penemuan oleh Edwin Hubble, kita menyangka bahawa alam semesta ini adalah statik dan tidak berubah. Dalam erti kata lain, alam semesta kita ini telah wujud tanpa permulaan.

Inilah juga kepercayaan awal Albert Einstein sehingga beliau mengubahsuai teori kerelatifan beliau bagi menjelaskan alam semesta yang statik. Kita sebagai orang islam, percaya bahawa alam semesta pasti mempunyai permulaan kerana alam ini juga adalah mahkluk. Selepas Edwin Hubble menemukan bahawa galaksi-galaksi lain bergerak menjauhi kita, para saintis yakin bahawa alam semesta kita mempunyai permulaannya dan kita mula bertanyakan tentang umur alam semesta ini.

Umur alam semesta ditentukan berdasarkan teori Big Bang iaitu alam semesta kita bermula daripada satu titik dan kemudian mengembang menjadi alam semesta yang kita lihat seperti hari ini. Oleh itu, kita hanya perlu ‘undurkan’ masa sehinggalah kesemua galaksi bercantum pada satu titik. Kaedah nak ‘undurkan’ masa ini bukanlah satu kerja yang mudah. Ada beberapa kaedah yang digunakan oleh ahli astronomi untuk melihat keadaan alam semesta kita ketika ia lebih muda.

Salah satu kaedah bagi menentukan umur alam semesta ialah dengan melihat kepada sejenis fenomena yang berlaku dalam galaksi iaitu supernova jenis-IA (disebut satu A). Fenomena ini berlaku apabila bintang kerdil putih meletup kerana mencapai jisim tertentu yang menyebabkannya tidak stabil. Letupan ini akan menghasilkan kecerahan yang hampir sama bagi setiap letupan supernova jenis-IA. Oleh sebab kecerahan letupan supernova ini hampir sama, ahli astronomi dapat menggunakan letupan ini sebagai kayu ukur bagi menentukan jarak ke letupan tersebut.

Melalui kaedah ini, ahli astronomi dapat menhitung pengembangan alam semesta melalui pencerapan letupan supernova jenis-IA di dalam galaksi-galaksi yang jauh. Semakin jauh galaksi yang dicerap, semakin muda umur alam semesta ketika itu kerana cahaya yang tiba ke teleskop kita adalah cahaya galaksi tersebut ketika ia dipancarkan. Berdasarkan pemerhatian galaksi-galaksi yang jauh ini, ahli astronomi mendapati bahawa galaksi-galaksi ini bergerak menjauhi kita pada halaju 74 kilometer per saat per megaparsec. Ini bermaksud bagi satu objek yang berada pada jarak 1 megaparsec (lebih kurang 3.26 juta tahun cahaya) dari kita akan bergerak menjauhi kita pada halaju 74 kilometer sejam. Jika galaksi tersebut berada pada jarak 2 megaparsec, ia akan menjauhi kita pada halaju 148 kilometer sejam.

Kuantiti 74 kilometer sejam ini dikenali sebagai pemalar Hubble dan ia digunakan bagi menentukan kelajuan alam semesta berkembang dan seterusnya umur alam semesta. Berdasarkan pemalar Hubble daripada pencerapan letupan supernova jenis-IA, umur alam semesta adalah dalam lingkungan 13.2 bilion tahun.

Kaedah kedua ialah dengan mencerap sinaran latar belakang gelombang mikro kosmik (Cosmic Microwave Background Radiation). Sinaran ini dipancarkan ketika alam semesta berumur sekitar 400 ribu tahun, umur yang agak muda dibandingkan dengan 13 bilion tahun.

Banyak teleskop telah digunakan bagi memetakan sinaran ini seperti teleskop Cosmic Background Explorer (COBE), Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) dan Planck. Yang terbaharu ialah Atacama Cosmology Telescope (ACT).

Sebelum data-data daripada Planck dan ACT diterbitkan, ahli astronomi mendapati bahawa nilai pemalar Hubble yang dihitung daripada COBE dan WMAP adalah agak jauh daripada nilai yang dihitung melalui supernova jenis-IA. Namun, nilai ini mempunyai bar ralat yang besar dan bertindih dengan bar ralat daripada hitungan pemalar Hubble dariapda supernova jenis-IA.

Disebabkan bar ralat yang dihasilkan agak besar, teleskop Planck dan ACT dilancarkan bagi mengurangkan bar ralat ini. Apabila data-data dari teleskop Planck dapat diakses dan dianalisis oleh ahli astronomi, suatu kejutan besar berlaku. Bar ralat ini tidak lagi bertindih. Nilai pemalar Hubble yang diperoleh oleh kedua-dua kaedah ini adalah berbeza dan ini menyebabkan ahli astronomi menggaru kepala bagi mencari jawapannya.

Pada tahun ini, data daripada teleskop ACT pula dianalisis dan mengesahkan data daripada teleskop Planck. Berdasarkan analisis terbaharu oleh teleskop ACT, nilai pemalar Hubble ialah 67.6 kilometer per saat per megaparsec. Umur alam semesta yang diperoleh ialah 14.5 bilion tahun. Nilai yang besar dibandingkan dengan umur alam semesta yang dihitung menggunakan kaedah letupan supernova.

Perbezaan antara kedua-dua kaedah ini mendapat komentar yang berbeza daripada ahli-ahli astronomi. Sebahagian mereka menunding jari ke arah kejituan peralatan yang digunakan. Sebahagian lagi menjadikan misteri ini sebagai satu lompong dalam ilmu astronomi yang masih belum kita ketahui.

Banyak misteri yang ada di alam semesta ini. Kita sebagai khalifah di muka Bumi, kaji dan manfaatkanlah segala khazanah yang terkandung di alam semesta ini.


Sekuat Manakah Letupan Ammonium Nitrat?

Hari ini kita digemparkan dengan satu tragedi yang sangat menyedihkan dan juga mengerikan iaitu letupan sebanyak 2,750 tan ammonium nitrat di Beirut, Lebanon. Menurut laporan berita, ammonium nitrat tersebut disimpan di dalam stor yang berada di bandar, di mana terdapat kebakaran yang berlaku. Kebakaran tersebut lantas menjilat gudang yang mengandungi ammonium nitrat tersebut dan terjadilah letupan.

Kami di Ajar bersimpati atas tragedi yang Beirut dan kami doakan yang terbaik bagi saudara seIslam kami di sana.

Allahummaghfirlahum warhamhum, waa’fihi, wa’fua’nhum. Inalillah wa inna ilaihi rojiun.

Atas kesempatan ini juga, tanpa ada niat untuk memperolokkan tragedi ini, kami ingin merungkaikan dari segi saintifik, bagaimana letupan ammonium nitrat berlaku dan mengapa ianya teramat kuat.

Ammonium Nitrat

Ammonium Nitrat ialah suatu kompaun yang terdiri daripada ion ammonium dan ion nitrat terhasil daripada tindak balas asid-alkali daripada kompaun ammonia dan asid nitrik. Antara kegunaan ammonium nitrat dalam kehidupan manusia adalah:

Namun begitu, manusia memang senang mendengar bisikan syaitan lalu menjadi perosak di muka bumi. Ada yang menggunakan bahan ini untuk mencipta bahan letupan dan menggugat ketenteraman awam.

Ammonium Nitrat sebenarnya bukanlah suatu kompaun yang mudah terbakar, namun ia merupakan suatu bahan oksida, yakni akan melepaskan oksigen sekiranya ia diletupkan. Oksigen yang terhasil tersebutlah sebenarnya yang menjadi bahan makan letupan, lantas menjadikan ledakan yang lebih besar. Tambahan, proses penguraian (decomposition) kompaun ini juga merupakan suatu reaksi eksotermik, di mana haba dirembeskan kepada alam persekitaran.

Tenaga yang terhasil melalui penguraian Ammonium Nitrat

bermaksud ia terdiri daripada 2 atom nitrogen, N, 4 hidrogen, H dan 3 oksigen, O. penguraian reaksi letupan  adalah seperti berikut.

Ini bermaksud, letupan untuk dua molar (lebih kurang macam unit kepekatan) akan menghasilkan 2 gas nitrogen, , 1 gas oksigen, , dan 4 air, . Untuk mengukur tenaga, kita harus mengira enthalpy unit tenaga setiap molekul:

Ini juga bermaksud untuk setiap 2 mol  reaksi letupan terjadi akan terhasillah 408 kJ ataupun 204 kJ bagi setiap mol.

1 mol ammonium nitrat pula bersamaan dengan lebih kurang 0.08kg, dan menurut berita, NH4NO3 yang tersimpan di Beirut ialah 2,750 tan ataupun, 2,750,000 kg.

Di sini kita dapat mengira molarity  dan tenaga letupan Beirut iaitu:

Oh wow!! 7 billion kJ tenaga tu!!!

Mungkin kalian tak boleh bayangkan berapa banyak tenaga tu, jom kita lihat contoh:

Kalau tak boleh bayangkan Mike Tyson, letupan 1kg TNT ialah 4,600kJ dan ini bermaksud letupan Beirut sama seperti 1.5 juta kg TNT!

Teman-teman, kami di Ajar berharap agar teman-teman semua menggarab ilmu yang Allah kurniakan kepada manusia tidak lain dan tidak bukan untuk memakmurkan satu-satunya rumah yang Allah kurniakan kepada kita. Kita belum lagi tahu sekiranya tragedi ini ialah angkara teroris totok yang suka carik pasal nak masuk neraka dan kami doakan ini hanyalah kemalangan semata-mata.

Allah mengurniakan kita akal, maka gunakanlah dengan sebaik mungkin dan peliharalah keamanan. Sesungguhnya Allah Maha Pengasih, namun kebanyakan masa, manusialah yang merosakkan sesama manusia.

Kami doakan yang membaca akan menjadi khalifah Allah yang akan menggunakan ilmu Allah dengan betul dan penuh dengan keadilan!


Kenapa Ada Nombor Khayalan Dalam Matematik?

Sejak dari bangku sekolah lagi kita telah di ajar tentang nombor. Bermula dengan konsep “sa”, “puluh” dan “ratus”, kita kemudiannya berkenalan dengan pelbagai jenis nombor lain, seperti nombor bundar, pecahan, nombor perpuluhan, nombor negatif dan nombor tak rasional yang tak boleh ditulis sebagai nombor biasa (seperti pi dan nombor euler).

Kesemua nombor ini, pada satu tahap, kelihatan seperti sudah mencukupi untuk memuatkan segala ilmu matematik yang kita ada, kan?

Dengan mengetahui konsep tambah, tolak, darab dan bahagi antara nombor-nombor yang kita ada, kita boleh mengira hampir kesemua topik dalam matematik asas. Justeru, ahli matematik pada zaman dahulu percaya, selepas kelahiran pelbagai jenis nombor yang telahpun disebutkan tadi, tiada lagi keperluan lain untuk menambah jenis nombor yang baharu.

Ternyata mereka silap.

Bercakap mengenai Matematik, topik kira-kira bukanlah satu-satunya cabang utama dalam Matematik. Selain dari operasi asas Matematik (iaitu tambah, tolak, darab dan bahagi), Algebra juga merupakan salah satu cabang utama Matematik yang diajarkan kepada kita apabila kita mula melangkah masuk ke sekolah menengah.

Algebra, pada dasarnya, merujuk kepada cabang Matematik yang berkaitan dengan manipulasi persamaan dan simbol (yang ramai orang cakap mereka tak suka Matematik sebab dia dah mula takde nombor, dia ada huruf je. Ini semua salah Algebra!). Dengan kemahiran asas Algebra, kita boleh mula memahami persamaan-persamaan asas, persamaan fizikal seperti luas bulatan (Luas Bulatan = pi x jejari2) atau luas segi empat (Luas Segi Empat = Lebar x Tinggi). Dengan pemahaman persamaan fizikal ini pula, kita boleh aplikasikan dalam kehidupan seharian kita.

Salah satu idea utama dalam algebra adalah untuk mencari nilai bagi pembolehubah (contohnya x dan y). Sebagai contoh, sekiranya 3x – 2 = 4, dengan menggunakan konsep asas dari algebra,

kita boleh mengira bahawa nilai bagi x sebenarnya adalah 2. Kira-kira ini agak mudah, bukan?

Nilai yang ‘tidak wujud’

Namun ahli Matematik, sewaktu mengkaji algebra, terjumpa dengan beberapa situasi di mana nilai pembolehubah tersebut tidak dapat ditemukan. Sebagai contoh, cuba anda selesaikan persamaan di bawah ini:

Melihat kepada persamaan di atas, mungkin naluri awal anda akan mengatakan “Jawapan dia mesti 3, sebab 3 kuasa 2 adalah 9”.

Kalau itu adalah jawapan anda, jawapan anda sebenarnya.. adalah salah. Hal ini kerana 3 kuasa 2 boleh ditulis semula sebagai 3 darab 3, dan 3 darab 3 adalah 9, sedangkan jawapan yang di sebelah kanan adalah –9 (nombor negatif).

Begitu jugalah kalau anda menganggap bahawa nilai bagi y adalah -3, hal ini juga adalah salah kerana -3 darab -3 akan membawa kepada 9, yang masih lagi merupakan satu angka yang positif.

Maka, dalam usaha ahli Matematik untuk mencari jawapan bagi soalan Algebra seperti ini, mereka telah mencipta satu sistem nombor baru, iaitu nombor yang kini lebih dikenali sebagai nombor khayalan (imaginary number). Nombor khayalan diberikan definasi seperti berikut:

Dan dengan kemunculan nilai khayalan inilah baru kita mampu menyelesaikan masalah yang kita ada tadi.

Perlu diberi perhatian bahawa pada asalnya, ahli Matematik kurang senang dengan idea memberi nilai punca kuasa 2 kepada nombor -1 sebagai satu nombor yang wujud.

Hal ini kerana, salah satu aplikasi awal kepada kuasa dua adalah luas segi empat tepat (lebar darab panjang) yang selalunya wujud sebagai formula . Sekiranya anda mengambil nilai nombor khayalan sebagai satu bentuk nombor yang betul wujud, maka anda juga perlu fikirkan apa akibatnya sekiranya kita ada satu segi empat dengan sisi , yang akan mengakibatkan luas kepada segi empat kita mempunyai luas sebanyak -1.

Eh, segi empat apa pula ada luas negatif satu?

Justeru, apabila idea nombor khayalan ini diusulkan, ramai ahli Matematik yang menolak idea itu. Antara yang mahsyur menolaknya adalah Rene Descartes, antara individu pertama yang menggunakan istilah “Khayalan” untuk nombor ini kerana dia kurang senang dengan konsep nombor ini.

“[…] sometimes only imaginary, that is one can imagine as many as I said in each equation, but sometimes there exists no quantity that matches that which we imagine.” – Descartes

Meskipun kurang senang, masih ramai ahli Matematik yang menggunakan idea nombor khayalan ini dalam pengiraan mereka, terutamanya dalam bidang Trigonometry yang melibatkan pengiraan sudut.

Antara ahli Matematik terkenal yang memahsyurkan penggunaan nombor khayalan adalah Abraham De Moivre yang memperkenalkan formula DeMoivre, dan Leonhard Euler yang memperkenalkan persamaan Euler. Persamaan Euler kini dianggap salah satu persamaan paling cantik dalam Matematik, dan sangat besar aplikasinya dalam trigonometri.

Individu yang menjadikan nombor khayalan sebagai satu nombor yang diterima pakai oleh ahli Matematik ialah Caspar Wessel pada tahun 1799, yang mengusulkan satu cabang Matematik baharu, yang dipanggil nombor kompleks (terdiri dari nombor nyata dan nombor khayalan).

Carl Friedrich Gauss, seorang lagi ahli Matematik ternama pada zaman itu, turut menyambung kerja Wessel, dengan komentarnya yang tersendiri mengenai nama “khayalan” yang baginya agak menyeleweng.

If one formerly contemplated this subject from a false point of view and therefore found a mysterious darkness, this is in large part attributable to clumsy terminology. Had one not called +1, ?1, ??1 positive, negative, or imaginary (or even impossible) units, but instead, say, direct, inverse, or lateral units, then there could scarcely have been talk of such darkness. – Gauss

Kegunaan Nombor Khayalan

Meskipun namanya agak menyeleweng kerana memberi gambaran bahawa nombor ini seperti tidak wujud dan sekadar khayalan, nombor khayalan sebenarnya memainkan peranan yang amat besar dalam bidang Matematik, Fizik dan Kejuruteraan. Terdapat satu bidang khusus yang dicipta untuk mempelajari nombor khayalan, yang dipanggil Analisis Kompleks (Complex Analysis).

Nombor khayalan paling banyak digunapakai dalam pemprosesan signal (signal processing), di mana signal yang ditukarkan kepada signal digital selalunya akan melalui Analisis Fourier, salah satu bentuk analisis matematik bersandarkan kepada konsep trigonometri.

Selain dari Analisis Fourier, nombor khayalan juga digunapakai dalam kejuruteraan elektrik dan elektronik, di mana ia digunakan bagi menganalisa voltan dan arus bagi sesuatu litar, terutamanya dalam litar arus bolak-balik (alternating current).

Selain dari kejuruteraan, nombor khayalan juga turut muncul dalam budang fizik, seperti bidang Dinamik Bendalir bagi menerangkan aliran cecair (potential flow). Satu lagi bidang yang menggunapakai nombor khayalan adalah bidang Fizik Kuantum, di mana nombor ini tiba-tiba muncul dalam salah satu persamaan asas Fizik Kuantum, iaitu Persamaan Schroedinger.

Rujukan:

“A brief history to imaginary numbers”, (June 2019). Science Focus.

“What is Algebra?”, (March 2016). Live Science“

“An Imaginary Tale: The Story of ??1”, (2007). Princeton University Press.

“Imaginary AC Circuits aren’t really Complex”, (2017). HACKADAY”


COVID-19: Ada Apa Dengan Mutasi D614G?

Baru-baru ini, hangat diperkatakan kemunculan virus penyebab COVID-19 dari jenis baru, yang dikenali sebagai D614G. Ianya mungkin baru di negara kita dengan penemuan sampel yang diperoleh dari kluster Sivaganga tetapi dari sudut global virus dari jenis ini sudah berada di dalam kitaran jangkitan diketahui bermula sejak pada hujung Januari 2020 yang lalu. Kemunculan di Malaysia bukanlah suatu perkara yang mengejutkan kerana lambat laun, virus baru yang bermutasi ini tetap akan mendominasi dunia selagi mana tiada vaksin yang berkesan. Untuk memahami dengan lebih lanjut tentang virus dari jenis baru ini, kita perlu memahami apakah itu yang dimaksudkan dengan mutasi D614G yang sering diperkatakan oleh media mahupun pihak KKM.

Ada apa dengan mutasi D614G?

D614 ini ialah singkatan kepada kedudukan tepat amino acid ataupun juga disebut sebagai kodon (bahasa saintifik). Amino acid merupakan sejenis elemen protin paling ringkas yang membentuk struktur protin yang lebih besar. Setiap amino acid dibentuk oleh tiga digit DNA yang disebut sebagai kodon. Sekiranya berlaku pertukaran pada salah satu daripada tiga digit DNA ini, maka codon atau amino acid juga akan bertukar. Inilah yang dinamakan mutasi secara pertukaran.

Setiap amino acid memiliki sistem pengabjadannya. Dalam kes ini, D614 merujuk kepada kedudukan amino acid dari jenis D, iaitu aspartic acid pada lokasi amino acid ke-614. Maka, mutasi D614 bermaksud telah berlaku mutasi pada amino acid ke-614 ini dan dalam kes virus penyebab COVID-19 ini ianya telah berubah kepada amino acid dari jenis G, iaitu glycine. Dari sudut saintifik, perubahan genetik ini (mutasi) biasanya akan disebut sebagai D614G atau sesetengah laporan akan merujuk jenis virus asal dengan D614 dan jenis virus yang telah berubah melalui mutasi sebagai G614. G614 dan D614G adalah sama, hanya cara ditulis berbeza, jadi jangan pening-pening fikir.

Virus D614 VS virus G614

Jadi, adakah wujud perbezaan antara virus dari jenis D614 dengan virus dari jenis G614 ini? Secara ringkasnya, populasi virus pada awal kes pandemik kebanyakannya didominasi oleh virus dari jenis D614 yang pertama kali dijumpai di Wuhan, China. Kemunculan virus yang bermutasi kepada jenis G614 pula hanya mula dijumpai sekitar pada hujung Januari 2020 di negara Eropah.

Oh ya, virus dari jenis D614G bukanlah satu-satunya jenis virus yang bermutasi, bahkan terlalu banyak mutasi telah berlaku. Cumanya, virus dari jenis D614G ini satu-satunya telah mula mendominasi jangkitan pada peringkat global.

Sama ada virus G614 ini datang daripada China atau dari negara lain seperti Eropah itu belum dipastikan namun virus dari jenis G614 kini mula mendominasi kes jangkitan di pelusuk dunia menenggelamkan jumlah jangkitan oleh virus dari jenis D614.

Adakah virus dari jenis D614G atau G614 ini lebih mudah berjangkit?

Dari aspek kebolehjangkitan, virus dari jenis G614 dikatakan memiliki tahap yang jauh lebih tinggi, iaitu 10 kali ganda berbanding virus dari jenis D614. Hal ini telah dilaporkan oleh Korber et al., (2020) dan Li et al., (2020) yang masing-masing mengaitkan dengan peningkatan kadar muatan virus (viral load) pada pesakit dan 10 kali ganda kemampuan menjangkiti sel-sel lain. Namun, harus difahami juga bahawa kedua-dua kajian ini hanya tertakluk kepada beberapa tanggapan (assumptions) berikut:

1. Peningkatan kadar muatan virus tidak menggambarkan kemampuan transmisi bagi virus tersebut. Kebanyakan penyebaran wabak berlaku semasa fasa pre-asimtomatik tetapi kajian oleh Korber et al., (2020) hanya mengambil kira pesakit pada fasa simtomatik.

2. Kajian yang dilakukan oleh Li et al., (2020) pula hanya mengambil kira tanggapan melalui in vitro (sel-sel dalam petri dish) tetapi bukanlah secara in vivo (interaksi sesama hos dan protein).

Jadi adakah virus D614G (atau G614) ini memiliki kebolehjangkitan yang jauh lebih tinggi? Secara mudah, kajian Sains masih tiada kata putus yang jelas (baca sebagai tiada data yang jelas dan mencukupi). Namun, adalah lebih baik untuk sesiapa sahaja sentiasa berwaspada.

Adakah virus D614G atau G614 ini lebih berbahaya (baca membunuh)?

Untuk mengatakan virus D614G lebih berbahaya disebabkan oleh peningkatan kadar muatan virus (viral load), ianya tiada hubung kait dengan kadar bahayanya penyakit COVID-19 ini. Hal ini telah dilaporkan oleh Lorenzo-Redondo (2020) telah mendapati kadar muatan virus (viral load) tidak memainkan peranan terhadap kadar keterukan jangkitan tersebut tetapi lebih membantu kepada kadar kebolehjangkitan virus tersebut.

Logiknya, dari sudut evolusi sesuatu virus, adalah penting untuk memastikan hos atau perumah yang ingin dijangkiti itu terus hidup. Tanpa hos, virus tidak boleh bercambah. Maka, secara amnya, virus yang ingin terus bermandiri tidak akan membunuh hosnya (manusia) atau paling tidak, tidak akan menyebabkan simtom jangkitan yang teruk sehingga tidak mampu bergerak dan aktif. Pergerakan hos yang aktif dan keadaan yang sihat diperlukan oleh coronavirus untuk terus bermandiri dan berkitar dalam komuniti manusia.

Oleh itu, adalah logik mutasi yang terhasil itu mungkin mewujudkan virus yang memiliki kadar keterukan jangkitan yang lebih rendah bagi meningkatkan kadar kebolehjangkitan. Hal ini boleh berlaku melalui proses tekanan selektif (selective pressure), di mana hanya virus yang memiliki sifat kebolehjangkitan yang tinggi dengan kadar keterukan jangkitan yang rendah sahaya dipilih untuk terus berkitar dan bercambah dalam sesuatu komuniti. Manakala virus-virus asal seperti D614 yang memiliki kadar keterukan jangkitan akan dihilangkan dari kitaran jangkitan melalui saringan proaktif pihak jabatan kesihatan.

Maka, virus D614G ini mungkin tidak jauh lebih atau sama bahaya dengan virus asal D614 tetapi mungkin lebih mudah berjangkit.

Dari sudut pandang yang lain pula, dengan meningkatnya kadar kebolehjangkitan juga bererti pengawalan jangkitan COVID-19 akan menjadi lebih susah. Mungkin, sesetengah pihak boleh mentafsirkan – virus dari jenis baru ini mungkin lebih berbahaya kerana tahap ketersampaiannya terhadap pesakit berisiko juga akan meningkat, lantas boleh meningkatkan kadar kematian. Sejauhmanakah ianya akan menyebabkan kematian, kita tidak pasti. Yang kita pasti – jangkitan pada kluster Sivaganga serba sedikit memberi kita isyarat bahawa virus daripada jenis ini tidak boleh dipandang enteng.

Apa impak mutasi D614G ini terhadap aspek rawatan terapeutik dan pembangunan vaksin?

Sudah pasti ramai tertanya-tanya, apakah impak dengan wujud virus dari jenis D614G atau G614 ini?

Ada dua sudut yang boleh saya sampaikan: (1) Dari sudut rawatan terapeutik (ubat-ubatan) dan (2) dari aspek pembangunan vaksin.

2) Impak terhadap pembangunan vaksin

Mutasi pada amino acid D614G tersebut kemungkinan besar tidak akan memberikan apa-apa impak terhadap keberkesanan vaksin yang akan muncul di pasaran kelak. Hal ini kerana mutasi D614G itu berlaku pada struktur spike protein sahaja dan kebarangkalian besar tidak akan memberi sebarang kesan terhadap tahap immunogenik yang dimiliki oleh epitope receptor binding domain (RBD), iaitu domain protein yang berperanan besar dalam berinterkasi dengan angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2). Hal ini disokong oleh beberapa kajian yang menunjukkan bahawa perubahan genetik pada D614G tidak menghalang peranan antibodi dalam menyahkan virus, bererti antibodi tetap boleh berfungsi pada virus dari jenis D614G.

Ianya sudah pasti satu berita yang melegakan bagi kita kerana mutasi pada D614G tidak mungkin akan menghampakan usaha pembangunan vaksin yang sedang dijalankan, yang mana sesetengah vaksin tersebut sememangnya dibuat untuk mensasarkan RBD. Berdasarkan asas ini, tiada keperluan untuk membangunkan vaksin yang kedua pada ketika ini.

Namun, para saintis tidak menolak kemungkinan mutasi pada D614G ini boleh memberi kelebihan kepada virus tersebut untuk lebih mudah ‘melekat’ pada sel hos. Hal ini berdasarkan kepada kajian model struktur protin yang mendapati mutasi tersebut memberi ruang kepada spike protein untuk berada dalam keadaan sentiasa bersedia untuk melekat pada sel hos, lalu meningkatkan kadar kebolehjangkitan.

Kesimpulan

Penularan virus dari jenis D614G baru-baru ini benar-benar memberi satu tamparan dan cabaran hebat terhadap barisan hadapan. Virus D614G secara pemerhatiannya ternyata memiliki kapasiti kebolehjangkitan yang tinggi berbanding daripada virus jenis asal. Walaupun kadar keterukan jangkitannya mungkin tidak jauh lebih berbahaya daripada virus asal, tahap penularannya agak membimbangkan dan boleh membantutkan proses pengawalan wabak ini secara berkesan. Mutasi yang berlaku dijangkakan tidak akan memberi kesan yang besar terhadap keberkesanan vaksin yang sedang dibangunkan. Namun, ianya mungkin akan menjejaskan ubat-ubatan yang mensasarkan spike protein.

Masyarakat khususnya orang awam perlu lebih berwaspada dan lebih tegas dalam mengikuti SOP yang sedia ada. Tanpa kerjasama orang awam, usaha membanteras penularan melalui contact tracing oleh pihak KKM akan menjadi lebih mencabar dan sia-siap. Kes kluster Sivaganga memberi pengajaran baru kepada kita bahawa usaha pematuhan SOP bukanlah untuk menyusahkan rakyat tetapi untuk kebaikan bersama.

Rujukan:(Senarai rujukan sila ke pautan http://www.aminrukaini.com/…/covid-19-ada-apa-dengan-mutasi…)

Ditulis oleh:

Amin Rukaini Bin MustafaBSc in Biological Sciences (Biotechnology) (The University of Edinburgh, UK)MSc in Biotechnology (The University of Edinburgh, UK)Pelajar PhD, Biotechnology (Molecular Microbiology) (University of Cambridge, UK)


Ahli Matematik Teragung Yang Tidak Pernah Wujud

Apabila anda membeli buku, anda pasti akan melihat nama penulis buku tersebut bukan? Apakah reaksi anda apabila mengetahui yang penulis buku tersebut sebenarnya tidak wujud?

Mungkin reaksi pihak American Mathematical Society (AMS) sama seperti anda apabila mereka menerima permohonan untuk menjadi ahli daripada Nicolas Bourbaki. Nicolas Bourbaki merupakan antara ahli matematik terhebat abad ke-20. Bourbaki berkemungkinan ahli matematik terakhir yang menguasai hampir semua aspek dalam bidang matematik. Namun wujud satu masalah, Nicolas Bourbaki sebenarnya tidak wujud!

Siapakah Nicolas Bourbaki?

Nicolas Bourbaki tidak wujud sebagai seorang individu namun Bourbaki merupakan nama samaran sekumpulan ahli matematik, terutamanya alumni daripada École Normale Supérieure(ENS). Walaupun bekas-bekas anggotanya secara terbuka membincangkan penglibatan masa lalu dengan kumpulan itu, ahli-ahli Bourbaki mempunyai kebiasaan untuk merahsiakan keahlian semasa mereka masih lagi aktif sebagai anggota Bourbaki.

Perang Dunia Pertama telah mengorbankan ramai ahli intelektual Perancis. Akibatnya, buku-buku teks kalkulus standard universiti yang ditulis lebih dari dua setengah dekad sebelumnya sudah ketinggalan zaman. Mereka berpendapat buku teks standard pada masa itu tidak mencukupi untuk penyelidikan. Oleh itu, mereka memutuskan untuk mengambil inisiatif untuk menulis buku teks yang terkini namun mereka tidak ingin mendedahkan identiti sebenar mereka. Sebagai jenaka, mereka menamakan diri mereka bersempena nama seorang jeneral Perancis, Charles Bourbaki yang tewas dalam perang Franco-Prusia. Selepas perang tamat, beliau cuba membunuh diri namun juga gagal seperti di medan perang. Jadi beliau benar-benar seorang yang selalu gagal dan ahli-ahli matematik Perancis ini terutamanya Andre Weil, yang menyukai jenaka dan ejekan, memilih namanya untuk kumpulan mereka.

Henri Cartan, Claude Chevalley, Jean Delsarte, Jean Dieudonné, René de Possel dan André Weil merupakan pengasas Bourbaki. Mereka akan bertemu sekali-sekala di Café Capoulade untuk perbincangan.  Mereka tidak ada pemimpin. Semua terbitan mereka mesti mendapat persetujuan sebulat suara daripada setiap ahli. Pada awal penubuhan Bourbaki, mereka masih muda, bersemangat dan penuh dengan idea.

Mereka menyatakan yang Bourbaki ditubuhkan untuk menghasilkan buku dalam bidang analisis matematik. Kalkulus merupakan antara topik dalam bidang analisis.

Cara kerja Bourbaki

Mesyuarat Bourbaki pertama diadakan pada bulan Julai 1935. Sekiranya ada di kalangan mereka yang tidak bersetuju dengan sesuatu draf, kebiasannya draf tersebut akan terus dibuang. Perbincangan mereka yang bersemangat dan hangat hanya mencari bukti formal (formal proof) yang kukuh(rigor). Tidak ada tempat untuk perkara seperti ‘intuisi’! Untuk Bourbaki, pengabstrakan dan kegunaan diperlukan untuk kesempurnaan.

Bourbaki percaya pada matematik abstrak dan berkeras menolak untuk menangani apa sahaja yang berkaitan dengan fizik matematik, kombinatorik atau logik matematik. Mereka tidak menyukai angka dan menolak untuk bekerja dalam bidang matematik gunaan seperti persamaan pembezaan separa gunaan (applied partial differential equations). Malah karya-karya mereka turut jarang mempunyai sebarang contoh bagi setiap topik. Ahli matematik berpengaruh seperti Benoit Mandelbrot terpaksa meninggalkan Perancis kerana ideanya hanya berdasarkan gambar. Mereka juga tidak menyukai intuisi(intuition). Karya Bourbaki tidak mempunyai angka, intuisi atau aplikasi tetapi karya mereka mencari kefahaman dan struktur yang dipercayai.

Sumbangan Bourbaki

Sumbangan agung Bourbaki kepada matematik adalah penghasilan buku Éléments de mathématique (Elemen Dalam Matematik) yang mana mempunyai ketebalan melebihi 6000 muka surat dan dibahagikan kepada beberapa jilid dan buku. Ketika pengasas-pengasas Bourbaki mula bekerja untuk menghasilkan Éléments, mereka pada awalnya merancang untuk menjadikan buku tersebut sebagai karya tentang analisis dan memilih Traité d’analyse sebagai tajuk buku mereka. Bahagian permulaan adalah secara komprehensif mengenai topik-topik matematik sebelum analisis, dan disebut sebagai “Paket Abstrak”. Seiring berjalannya waktu, ahli kumpulan Bourbaki mengembangkan “bahagian permulaan” karya yang dicadangkan ini sehingga ia mempunyai beberapa jilid dan merangkumi sebahagian besar karya yang merangkumi teori set(set theory), aljabar abstrak(abstract algebra), dan topologi. Setelah ruang lingkup projek berkembang jauh melebihi tujuan asalnya, tajuk buku Traité d’analyse ditukar menjadi Éléments de mathématique.

Bourbaki turut memperkenalkan simbol set kosong (empty set) yang diguna pakai sehingga ke hari ini. Set kosong merupakan satu set yang tidak mempunyai sebarang elemen.

Selain itu, Bourbaki turut memperkenal konsep injektif(injective), surjektif(surjective) & bijektif(bijective).

Sebagai contoh, jika kita mempunyai dua set iaitu A dan B. Injektif ialah apabila kesemua elemen dalam set A dipetakan kepada sebahagian set B dan setiap elemen dipetakan kepada hanya satu elemen yang lain. Surjektif pula berlaku apabila kesemua elemen set A dipetakan kepada semua elemen set B tetapi ada elemen set B yang dipetakan kepada lebih daripada satu elemen set A. Bijektif pula apabila setiap elemen dalam set A dipetakan kepada satu elemen set B dan ini dipanggil sebagai fungsi satu-kepada-satu.

Kritikan terhadap Bourbaki

Walaupun Bourbaki memberikan banyak sumbangan dalam bidang matematik, namun mereka juga tidak terlepas daripada kritikan daripada ahli matematik malah mereka turut menerima kritikan daripada bekas ahli mereka sendiri. Seperti yang telah dinyatakan sebelum ini, Bourbaki cendurung untuk melakukan matematik secara abstrak. Cara kerja ini mengundang kritikan kerana karya-karya mereka mempunyai kesukaran untuk difahami oleh pelajar-pelajar yang baru ingin mempelajari matematik. Walaupun karya mereka bertujuan untuk menyediakan asas matematik, namun ia sangat sukar untuk difahami. Malah bekas ahli Bourbaki seperti Claude Chevalley menyatakan Éléments adalah tidak berguna untuk seseorang yang baru ingin mempelajari matematik.

Bourbaki turut menerima kritikan kerana tidak mempedulikan bidang matematik gunaan dalam karya-karya mereka. Mereka menumpukan sepenuh perhatian kepada bidang matematik tulen tanpa  membuat sebarang sumbangan dalam bidang matematik gunaan. Walaupun bidang analisis mempunyai beberapa cabang yang boleh dianggap sebagai cabang matematik gunaan seperti keberangkalian(probability) dan persamaan pembezaan(differential equations), mereka tidak pernah memasukkan topik-topik tersebut dalam karya mereka.

Kesimpulan

Tidak ada keraguan bahawa Bourbaki mengangkat kepentingan “bukti rasmi”. Konsep “Rigor”, pengabstrakan dan keaslian memperoleh status mereka dalam dunia matematik kerana karya Bourbaki. Mungkin ada berbagai pendapat mengenai bagaimana Bourbaki memilih untuk bekerja, tetapi tidak ada percanggahan bahawa Bourbaki berjaya mengubah cara matematik dilakukan.

Rujukan


Kita Rupanya Menelan Plastik Tanpa Sedar. Ini Makanan yang Mengandungi Plastik yang Kita Tak Tahu.

Tidak dinafikan, penciptaan plastik merupakan suatu “8th wonder of the world” ataupun antara ciptaan ulung manusia. Terlalu banyak kegunaan dan kelebihan plastik yang menyebabkan penggunaan yang meluas di sekeliling barangan harian anda. Namun begitu, plastik bukanlah suatu ciptaan yang sempurna dan mempunyai ciri-ciri buruk yang menyebabkan plastik dipersetankan pada abad ke-21 ini.

Antara sebab terbesar mengapa plastik dibenci ialah:

Malangnya, kita baharu sahaja mengetahui kesan buruk plastik terhadap alam sekitar, dan sudah terlewat menangisi bubur. Lebih mengerikan lagi, pencemaran plastik kini adalah di luar kawalan di laut Bumi dan sehinggakan terdapat pulau yang diperbuat daripada plastik.

Rupa plastik yang seakan-akan makanan bagi hidupan laut menyebabkan plastik dimakan oleh hidupan tersebut. Akhirnya, yang memakan hidupan laut seperti ikan, ketam dan udang ini ialah manusia yang membuang sampah plastik merata-rata.

Berapa Banyak Plastik dalam Makanan Laut?

Pada 9 Julai 2020, Riberio et al. (2020) (et al. = dan rakan-rakan) daripada The University of Queensland, Australia telah menerbitkan artikel yang melakukan analisis terhadap nilai kandungan plastik mikro yang terkandung di dalam makanan laut komersial di Australia.

Ini merupakan suatu kerja yang agak baru dan berimpak besar dalam bidang kualitatif plastik mikro. Riberio et al. (2020) menggunakan teknik kromatografi gas di mana bahan uji kaji tersebut akan dibakar dan segala molekul akan terurai lalu dibaca oleh mesin kromatografi. Makanan laut yang di uji kaji oleh Riberio et al. ialah:

Kajian kromatografi gas tersebut telah menemui beberapa molekul plastik berserta contoh produk asal yang agak mengejutkan iaitu:

Dapatan Analisis

Berikut pula merupakan gambar rajah yang menunjukkan kandungan plastik untuk setiap gram makanan:

Menurut rajah di atas, setiap makanan laut yang telah diuji kaji mengandungi plastik yang di mana sotong dan udang merupakan makanan yang paling kurang; pada 0.04 dan 0.07 mg per g tisu; dan ikan sardin mempunyai kuantiti plastik yang agak membingungkan iaitu 2.9mg perg tisu. Lagi mengejutkan ialah,kandungan PE dalam ikan sardin adalah sangat tinggi, lebih kurang 2.5 mg per g tisu.

Dengan dapatan ini Roberio et al, berikut merupakan potensi penelanan plastik melalui pemakanan makanan laut ialah seperti di dalam kotak merah pada jadual di bawah:

Melalui kajian analisis biologikal, fisiologikal, anatomi dan habitat setiap haiwan yang telah diuji kaji, beberapa hipotesis telah dikeluarkan bagi menerangkan mengapa kandungan plastik mikro berbeza-beza.

Kesan memakan plastik mikro

Jadi, adakah bahaya untuk manusia memakan plastik? Setakat ini, tiada kajian yang mempunyai jawapan yang konklusif. Namun, plastik mengandungi bahan kimia yang toksik yang akan mengganggu sistem badan manusia sekiranya diambil dengan kadar yang terlalu banyak. Mungkin anda boleh kaji sendiri tentang kesan buruk plastik terhadap manusia kerana agak mengerikan dan hiperbolik  untuk kami menyatakan bahawa ia akan berlaku terhadap anda.

Bumi ini rumah kita

Jadi, persoalannya sekarang, apakah seharusnya kita lakukan? Kita tidak dapat mengelakkan daripada memakan plastik mikro kerana kajian telah menunjukkan sama ada makanan liar mahupun ternak, kandungan plastik bergantung kepada jenis makanan yang anda makan.

Apa yang kita boleh lakukan sekarang ialah dengan menjalani kehidupan yang kurang bergantung kepada plastik yang tidak boleh diurai (non-biodegradable) dan sebagai seorang muslim dan khalifah Allah yang bertanggung jawab, jaga kebersihan dan jangan buang plastik merata-rata di samping melakukan lebih kitar semula.

Maha Pemurah dan Maha Mengasihani Allah, Ia mengurniakan pelbagai kemudahan dan kesenangan buat hamba-hambanya. Namun, akhirnya manusia yang bijak pandai ni jugaklah yang menjahanamkan muka Bumi ni dengan pelbagai cara sebab tamak dan tak bersyukur atas pemberian Allah. Umat Islam seharusnya terkehadapan dalam menangani isu-isu yang melibatkan penjahanaman Bumi kerana Allah meletakkan kita sebagai Khalifah di muka Bumi.

“Telah timbul berbagai kerosakan dan bala bencana di darat dan di laut dengan sebab apa yang telah dilakukan oleh tangan manusia (timbulnya yang demikian) kerana Allah hendak merasakan mereka sebahagian dari balasan perbuatan-perbuatan buruk mereka telah lakukan, supaya mereka kembali (insaf dan bertaubat)” Ar-Ruum, 30:41.

Ambillah masa ini untuk bermuhasabah dan lakukan perubahan dalam komuniti! Wallahua’lam.