28.7.18

Alam Quantum?

Alam Quantum atau Quantum Realm sudah menjadi buah mulut peminat filem Marvel dengan munculnya filem Ant-Man and the Wasp baru-baru ini. Secara tidak langsung, fizik quantum menjadi popular walaupun bagi mereka yang tidak pernah mempelajari ilmu ini.

Catatan: Saya memilih ejaan quantum dan tidak kuantum seperti yang lazim diterjemahkan hanya dengan sebab mudah untuk mengayakan kosa-kata Melayu dengan perkataan yang bermula dengan huruf 'q'. Selain itu, juga dapat mendekatkan perkataan ini dengan perkataan asal dan boleh membezakannya dengan penggunaan kuantum yang lazim/biasa.

Sudah ada banyak komentari mengenai aspek fizik dalam filem Ant-Man and the Wasp termasuk kritikan oleh ahli fizik Chad Orzel (lihat juga kritikan aspek biologi oleh J.V. Chamary). Saya tidak berhasrat untuk mengulangi kebanyakan komentari yang telah ada. Apatah lagi kritikan kerana saya tidak mengharap filem atau mana-mana fiksyen sains mempamerkan ketepatan sains. Jika sedemikian lebih baik saya baca buku teks atau menonton dokumentari sains. Apa yang menarik dalam fiksyen sains adalah ekstrapolasi gambaran atau teori sains yang sedia ada, khususnya visualisasinya dalam filem.

Amat menarik sekali filem Ant-Man and the Wasp mempunyai perunding fizik quantum Spyridon Michalakis yang merupakan benar-benar seorang penyelidik fizik quantum di Institute for Quantum Information and Matter di Caltech. Siapa sangka penyelidik fizik sedemikian menjadi buruan Hollywood. Sebenarnya filem ini agak berani dalam memberi visualisasi alam quantum kerana alam quantum ini masih banyak yang belum difahami dan jika difahami pun, terdapat pelbagai mazhab tafsiran fizik quantum. Apabila saya menonton Ant-Man pertama kali, saya tertanya-tanya kenapa alam quantum digambarkan sebagai gelap dengan muncul bentuk-bentuk hablur (lihat di bawah).


Lihat juga gambaran alam quantum dalam filem Ant-Man and the Wasp:


Tiada penerangan jelas yang dikemukakan oleh Michalakis dalam temubual beliau di sini. Yang paling hampir adalah komen beliau dalam makalah New York Times, menyatakan alam quantum akan sentiasa dalam peralihan, senantiasa berubah warna. Andaian saya, visual sedemikian dalam filem mungkin datang dari konsep kekosongan dan penyusunan zarah dalam tertib tertentu seperti dalam kekisi ataupun visualisasi keadaan quantum berbilang zarah (bidang penyelidikan Michalakis).

Sebenarnya, jika kita ekstrapolasi apa yang kita telah fahami dalam teori quantum, apabila Ant-Man mengecil, beliau akan mencerap atau melalui beberapa fasa:
  • Fasa klasik: zarah akan bergerak sepertimana objek lazim (seperti bola) dengan lintasan yang tentu. Visual yang mungkin adalah gambaran alam mikroskopik sepertimana kita cerap objek biasa seperti meja, bola, semut dan sebagainya.
  • Fasa quantum tak kerelatifan: zarah tidak bergerak dengan lintasan yang tetap tapi diganti dengan lintasan mungkin atau akan mengalami loncatan quantum (quantum jump). Foton akan diserap dan dipancar antara zarah menukar sifat quantumnya. Visual yang mungkin adalah zarah kelihatan berubah kedudukan tanpa apa-apa lintasan seperti dalam teleportasi dan munculnya warna (akibat pancaran foton) yang sentiasa berubah seperti dinyatakan oleh Michalakis.
  • Fasa quantum kerelatifan: tiada lintasan tetap zarah seperti fasa sebelum ini tetapi ditambah pula dengan muncul dan lenyapnya zarah maya daripada vakum tanpa kewujudan asal. Visual mungkin adalah perubahan kedudukan dan warna akan lebih hebat dan bilangan zarah akan berubah-ubah dengan tidak menentu.
  • Fasa ruang-masa quantum: tidak seperti fasa-fasa sebelum ini yang mana ruang dan masa sebagai pentas zarah dan pergerakannya, masih wujud, di sini pengertian ruang dan masa tidak membawa apa-apa maksud lagi. Tiada visual yang saya dapat gambarkan di sini. Kekalutan total.
Dalam fasa terakhir inilah, ada kemungkinan manipulasi ruang dan masa boleh berlaku termasuklah untuk tembus ke alam lain atau dapat pulang ke masa silam (mungkin sahaja dipakai untuk filem Avengers 4 nanti). Perlu ditekankan bahawa teori-teori pada fasa ini adalah bersifat spekulatif dan tidak dapat dikelaskan sama taraf dengan teori quantum yang telah diterima ramai dan diuji secara eksperimen (fasa dua dan tiga). Satu alternatif lain untuk ke alam berbilang lain atau pulang ke masa silam adalah menggunakan suatu mazhab tafsiran teori quantum yang digelar tafsiran berbilang alam (Many-Worlds Interpretation), suatu tafsiran yang pada pendapat peribadi saya, sukar untuk diterima. Konteks lazim tafsiran sedemikian tidak membenarkan interaksi antara alam berbilang kecuali pada titik capahan. Oleh yang demikian, jika ingin diekstrapolasi perlu melibatkan unsur ruang-masa seperti yang ada pada fasa terakhir di atas. Tanpa teori quantum, teori kerelatifan (mengenai ruang-masa) juga 'membenarkan' pulang ke masa silam dengan konsep lelohong (wormhole) yang merupakan suatu penyelesaian persamaan Einstein yang mungkin bagi ruang-masa tertentu (tetapi tiada bukti eksperimen). Di sinilah orang awam (malah pelajar dan pakar fizik sekalipun) perlu mengetahui apa yang sebenarnya diterima sah sebagai keadaan fizik sebenar. Yang tiada pengesahan eksperimen, kepercayaan teori-teori spekulatif ini saya anggap setanding dengan kepercayaan-kepercayaan lain seperti kepercayaan alam bunian dan sebagainya. Mungkin agak ekstrim pendapat sebegini kerana teori spekulatif ada sandaran kepada matematik dan ekstrapolasi teori fizik sedia ada (yang diterima umum), namun aspek spekulatif (tanpa pengesahan eksperimen) inilah yang memerlukan kepercayaan buta dan dengan itu bandingan saya dengan kepercayaan lain yang mungkin tiada sandaran apa-apa.

Seperti yang saya sebut awal-awal tadi, masih banyak lagi perkara yang tidak difahami mengenai alam quantum dan kadangkala melibatkan aspek-aspek spekulatif. Antara ciri quantum yang masih belum difahami tetapi sudah disahkan secara eksperimen (menurut fahaman lazim) adalah keterbelitan quantum (quantum entanglement). Konsep ini ada diguna dalam filem Ant-man and the Wasp apabila memori Scott Lang (Ant-man) dikatakan terbelit (entangled) dengan memori Janet van Dyne (Wasp asal) apabila kedua-duanya berada di alam quantum. Bagaimana memori mereka (yang berlaku dalam otak) boleh terbelit? Setakat ini kebanyakan komentari filem ini tidak menonjolkan aspek perbualan filem yang ada menyebut Posner molecule. Molekul Posner ini adalah suatu molekul yang wujud secara fizikal dan bukan seperti Pym particle yang tidak wujud. Bagi membincangkan aspek keterbelitan molekul Posner ini, saya perlu menyimpang kepada teori pemprosesan otak manusia.

Ramai para saintis mempercayai otak manusia adalah organ unik yang memerlukan penjelasan yang luar biasa. Antaranya Roger Penrose yang mempercayai otak manusia ini munglibatkan pemprosesan quantum (sila lihat https://en.wikipedia.org/wiki/Orchestrated_objective_reduction). Namun pandangan sedemikian menerima banyak kritikan kerana otak manusia merupakan objek makroskopik yang beroperasi pada suhu bilik dan terdedah kepada pelbagai hingar persekitaran sehingga sukar untuk proses quantum tidak diganggu. Ini menyebabkan ahli fizik Matthew Fisher bertanya adakah apa-apa sistem quantum yang mungkin terlindung daripada hingar persekitaran. Jawapannya terdapat pada molekul Posner melalui spin nuklearnya yang wujud dalam proses biokimia otak. Untuk membaca lebih lanjut, sila lihat https://www.quantamagazine.org/a-new-spin-on-the-quantum-brain-20161102/ atau yang lebih teknikal di sini dan di sini. Perlu ditekankan bahawa teori ini masih diuji dan kini menjadi tumpuan beberapa kumpulan penyelidikan (sila lihat https://phys.org/news/2018-03-quantum-international-collaboration-brain-potential.html). Kembali kepada filem Ant-man and the Wasp, jika molekul Posner ini benar-benar mempamerkan ciri quantum, maka boleh sahaja molekul tersebut melalui proses keterbelitan quantum.

Untuk mengakhiri penulisan, saya teringat suatu kenyataan yang dibuat oleh Hank Pym dalam filem tersebut yang membuat saya tersenyum. Secara kasar (melalui ingatan kasar saya) dia berkata, "Lupakan sahaja teknologi-teknologi lain seperti kecerdasan buatan (artificial intelligence), nanoteknologi dan lain-lain, penemuan besar yang perlu dilihat adalah teknologi quantum" (dalam filem disebut tenaga quantum). Saya merenung kepada kemajuan penyelidikan sains fundamental negara ini yang masih kurang dalam bidang sains & teknologi quantum, suatu bidang yang saya pernah usulkan di Institut Teknologi Maju pada suatu masa dahulu. Mampukah kita?

2 comments:

  1. Many thanks prof for the explanation.

    ReplyDelete
  2. Assalamu'alaikum, very interesting, thanks for your sharing.

    ReplyDelete