Sekiranya semua benda di alam semesta tiba-tiba hilang, adakah ruang akan wujud? Isaac Newton percaya akan berlaku. Dari sudut pandangannya, ruang adalah sesuatu yang serupa dengan simulator gambar holografik dari Star Trek: sejenis rangkaian tiga dimensi ke mana semua objek di alam semesta diproyeksikan. Pada halaman pertama karyanya "Prinsip Matematik Falsafah Alam" Newton menulis: "Ruang mutlak dengan intinya, tanpa mengira apa sahaja luaran, tetap sama dan tidak bergerak."
Bukti meyakinkan idea ini dapat dijumpai dalam kehidupan seharian kita. Saya pergi ke timur, anda pergi ke barat, tetapi pejabat pos tetap ada: sistem koordinat tetap statik. Tetapi seorang kontemporari Newton, ahli matematik dan ahli falsafah Jerman Gottfried Leibniz, tidak menerima idea mengenai ruang mutlak. Jika kita mengambil semua benda yang bersama-sama membentuk alam semesta, dia berpendapat, "ruang" tidak lagi masuk akal. Hujah Leibniz menjadi lebih meyakinkan jika anda berada di ruang angkasa, di mana anda hanya dapat melihat jarak anda dari matahari atau planet lain - objek yang bergerak secara tetap antara satu sama lain. Menurut Leibniz, satu-satunya kesimpulan yang munasabah adalah bahawa ruang adalah "relatif":ruang adalah sekumpulan jarak yang sentiasa berubah antara anda dan pelbagai objek (dan jarak di antara mereka), dan sama sekali bukan "realiti mutlak".
Sebaliknya, Newton menjawab. Kesan ruang mutlak agak dapat dilihat. Dan untuk membuktikannya, Sir Isaac melakukan eksperimen dengan baldi air berputar. Walaupun terdapat kesederhanaan yang jelas, percubaan ini memprovokasi permulaan perdebatan mengenai sifat ruang, waktu, gerakan, pecutan dan daya, yang berlanjutan hingga hari ini.
Dalam "Prinsip Matematik Falsafah Semula Jadi," Newton mengajak kita untuk membayangkan baldi air yang digantung dari tali oleh pemegangnya. Sekiranya anda memutarnya mengikut arah jam, tali akan berpusing. Apa yang berlaku jika anda melepaskan baldi? Baldi akan mula berputar berlawanan arah jarum jam - perlahan pada mulanya dan kemudian lebih pantas. Tetapi sesuatu yang lain akan berlaku: Seperti yang ditulis Newton, permukaan air "secara beransur-ansur akan mengambil bentuk cekung, jatuh di tengah dan naik di tepi. Untuk beberapa waktu, baldi dan air akan berpusing bersama. Akhirnya putaran baldi akan menjadi perlahan dan ia akan mula berpusing ke arah lain; putaran air juga akan menjadi perlahan, dan permukaannya akan menjadi licin semula.
Pelajar sekolah menengah sudah tahu mengenai daya sentrifugal, tetapi apa yang menyebabkan air naik di pinggir baldi? Menurut Newton, ini bukan pergerakan air berbanding dengan baldi, kerana permukaan air menjadi paling melengkung ketika air berputar paling cepat, "segerak" dengan baldi. Sudah tentu, baldi dan air berputar relatif ke Bumi, tetapi ini juga tidak dapat dijadikan penjelasan, kerana eksperimen yang sama dilakukan di angkasa, menurut Newton, akan menunjukkan hasil yang sama.
Dari perspektif Newton, satu-satunya cara untuk menjelaskan eksperimen baldi adalah dengan mengatakan bahawa air berputar berbanding dengan ruang mutlak. Di sinilah timbulnya konsep inersia - satu lagi konsep utama dalam "Prinsip Matematik Falsafah Alam" - iaitu, daya tahan tubuh terhadap sebarang perubahan pada kelajuan atau arah pergerakannya. Apabila baldi dan air berputar, sisi baldi mencegah air bergerak terus ke sisi, sehingga naik ke pinggir baldi.
Tetapi mengapa objek mempunyai inersia sama sekali? Pada abad ke-19, ahli fizik Austria Ernst Mach mengemukakan idea bahawa segala penjelasan mengenai gerakan dan inersia - termasuk pergerakan air dalam baldi berputar - hanya dapat dianggap relatif terhadap semua benda lain di alam semesta. Dari sudut pandangan Mach, Bumi itu sendiri adalah versi baldi yang lebih kompleks dan berskala besar: sejak pembentukan sistem suria berbilion tahun yang lalu, Bumi terus berputar, dan khatulistiwanya "membonjol" seperti air dalam baldi berputar. Mach bertanya-tanya: jika putaran Bumi dihentikan dan semua planet dan bintang lain terpaksa berputar di sekitarnya, adakah khatulistiwa akan tetap cembung?
Newton akan mengatakan tidak: tidak ada putaran, tidak ada penonjolan. Namun, dari sudut pandangan Mach, jawapan untuk soalan ini bergantung pada dari mana inersia objek itu berasal. Sekiranya entah bagaimana akibat jisim jirim di alam semesta, maka planet ini akan tetap cembung di khatulistiwa sementara planet dan bintang lain berputar di sekitarnya. Ini adalah versi relativiti gambar Leibniz yang diperkuatkan: menurut Mach, gerakan adalah relatif, dan inersia adalah ukuran hubungan antara objek dan semua benda lain di alam semesta. Sekiranya teori Mach betul, bintang dan galaksi, dekat dan jauh, hingga tahap tertentu menentukan bentuk Bumi dan permukaan cekung air di baldi berputar Newton. Tetapi Mach tidak menjelaskan bagaimana bintang dan galaksi yang jauh ini mempengaruhi Bumi - dan bahkan hari ini jawapan untuk persoalan ini tetap menjadi misteri.
Video promosi:
Mungkin pembaca yang paling memperhatikan tulisan Mach adalah Albert Einstein, yang kemudian berhasil memasukkan apa yang disebutnya sebagai "prinsip Mach" - idea bahawa inersia jasad bergantung pada keseluruhan materi di alam semesta - ke dalam teori relativitas umum.
Kejayaan besar teori Einstein adalah tamparan terakhir kepada konsep ruang mutlak Newton, tetapi tanpa konsep ruang mutlak ini, kita masih tidak dapat memahami maksud eksperimen dengan baldi berputar. Dalam bukunya The Fabric of the Cosmos, ahli fizik Brian Greene menulis bahawa sementara teori Einstein menghancurkan konsep ruang mutlak Newton, ia memberi kita sesuatu sebagai balasan - struktur empat dimensi yang disebut kontinum ruang-masa - dan ia, menurut pendapat Green, adalah mutlak. Anda dan saya boleh berdebat mengenai jangka masa perbarisan atau jarak yang dilalui oleh para pesertanya, tetapi kami akan bersetuju mengenai jumlah jarak dalam kontinum ruang-waktu antara awal dan akhir perbarisan. Agak sukar untuk dijelaskan dengan jelaskerana kita tidak dapat melihat empat dimensi, persamaan dalam teori Einstein mengesahkan ini.
Namun, ini bukan kata terakhir Green dalam isu ini. Kini ahli fizik membuat hipotesis bahawa "medan Higgs", yang memberikan jisim zarah, meresap ke seluruh alam semesta. Walaupun kontinum ruang-waktu Einstein dapat berfungsi sebagai kerangka acuan terhadap percepatan yang dapat diukur, teori medan Higgs melangkah lebih jauh lagi: dengan memberikan ketahanan terhadap apa sahaja bidang yang meresap, ia dapat menjelaskan dari mana inersia objek berasal.
Teori lain yang menarik dikemukakan oleh Paul Davies, seorang ahli fizik di Arizona State University, yang menyatakan bahawa ruang "kosong" sebenarnya seperti busa mendidih yang terdiri daripada zarah-zarah subatom yang terus terbentuk dan hilang. Dari sudut pandangannya, "lelucon vakum" ini dapat berfungsi sebagai pengganti ruang mutlak.
Lebih dari tiga abad telah berlalu, dan persoalan yang disebabkan oleh baldi berputar Newton - mengenai ruang dan gerakan, jisim dan inersia - terus menggairahkan ahli fizik dan ahli falsafah. Sesuatu yang menyebabkan air naik di pinggir baldi, tetapi adakah ini adalah akibat struktur kontinum ruang-masa, medan Higgs, atau semacam buih kuantum, masih menjadi misteri.
