Langit Membantah Intuisi: Galileo, Kepler, dan Keberanian Manusia Menguji Asumsi

Kita memandang langit dengan mata yang sama, tetapi tidak selalu dengan pikiran yang sama; dan sejarah ilmu pengetahuan memperlihatkan betapa sulitnya mengubah cara berpikir, bahkan ketika kenyataan mulai memberikan alasan untuk melakukannya.

Januari 1610, Galileo Galilei mengarahkan teleskopnya ke Jupiter. Dia melihat beberapa titik cahaya kecil di sekitar planet itu. Pengamatan tersebut mungkin tampak biasa bagi kita sekarang ini. Namun, ketika Galileo kembali mengamatinya pada malam-malam berikutnya, posisi titik-titik cahaya itu berubah. Setelah beberapa waktu, dia menyadari bahwa benda-benda tersebut bergerak mengelilingi Jupiter.

Empat satelit yang kini kita kenal sebagai Io, Europa, Ganymede, dan Callisto telah memperlihatkan sesuatu yang mengganggu gambaran manusia tentang semesta.

Selama berabad-abad, manusia telah membangun penjelasan mengenai susunan langit. Sebagaimana kita bahas dalam tulisan sebelumnya, Ketika Bumi Menjadi Pusat Semesta, sebuah asumsi dapat bertahan begitu lama hingga sulit dibedakan dari kenyataan.

Menurut pengamatan Galileo, Jupiter tidak sedang mengikuti asumsi manusia.

Dalam Bab 1 A Brief History of Time, Stephen Hawking menjelaskan arti penting penemuan Galileo melalui sebuah kalimat sederhana: “Everything did not have to orbit directly around the earth.” Tidak semua benda langit harus mengelilingi Bumi.

Penemuan tersebut memang belum membuktikan bahwa seluruh susunan heliosentris Copernicus benar. Akan tetapi, penemuan itu telah menggugurkan salah satu keharusan dalam gambaran geosentris tradisional. Ada benda-benda langit yang bergerak mengelilingi pusat lain.

Saya membayangkan bagaimana empat titik cahaya yang begitu kecil dapat memaksa manusia memeriksa kembali gambaran yang telah dibangunnya selama berabad-abad. Galileo tidak perlu menjangkau Jupiter atau menyentuh satelit-satelitnya. Dia cukup mengamati, mencatat perubahan posisinya, kemudian memeriksa penjelasan yang paling sesuai dengan apa yang dilihatnya.

Kenyataan tidak menjadi keliru hanya karena berbeda dari apa yang selama ini kita yakini.

Galileo juga mengamati fase Venus, permukaan Bulan yang tidak rata, dan bintik-bintik Matahari. Pengamatan-pengamatan tersebut semakin menyulitkan gambaran lama mengenai langit. Namun, sebagaimana lazimnya perkembangan ilmu pengetahuan, satu penemuan tidak serta-merta menyelesaikan seluruh persoalan.

Masih ada pertanyaan mengenai bagaimana planet sebenarnya bergerak.

Johannes Kepler menghadapi persoalan tersebut melalui data pengamatan astronom Tycho Brahe. Salah satu objek yang menjadi perhatiannya adalah Mars. Ketika posisi planet itu dihitung menggunakan lintasan melingkar, hasilnya tidak sepenuhnya sesuai dengan pengamatan.

Perbedaannya sekitar delapan menit busur, satuan untuk mengukur sudut di langit. Satu derajat terdiri atas enam puluh menit busur. Agar lebih mudah dibayangkan, diameter Bulan purnama yang kita lihat dari Bumi kira-kira sebesar tiga puluh menit busur. Artinya, delapan menit busur setara dengan sekitar seperempat diameter tampak Bulan purnama. Selisih ini memang kecil, tetapi cukup berarti jika dibandingkan dengan ketelitian pengamatan Brahe pada masa itu.

Kepler mengetahui bahwa data pengamatan Brahe cukup teliti sehingga perbedaan tersebut tidak layak diabaikan. Dia dapat saja mempertahankan lingkaran dan menerima selisih itu sebagai ketidaksempurnaan perhitungan. Namun, dia memilih memeriksa kembali bentuk lintasan yang selama ini dianggap benar.

Dari pemeriksaan itulah Kepler menemukan bahwa lintasan planet tidak harus berbentuk lingkaran.

Hawking merangkum penemuan Kepler dalam kalimat: “The planets moved not in circles but in ellipses.” Planet bergerak bukan dalam lingkaran, melainkan dalam lintasan elips, dengan Matahari berada pada salah satu fokusnya.

Bentuk elips sebenarnya tidak sulit dibayangkan. Bentuknya menyerupai lingkaran yang memanjang dan memiliki dua titik fokus. Dalam hukum pertama Kepler, Matahari berada pada salah satu titik fokus tersebut, bukan tepat di pusat elips. Meskipun demikian, orbit planet-planet di Tata Surya umumnya tidak terlalu lonjong.

Yang menarik bagi saya bukan semata-mata bentuk lintasan tersebut, melainkan alasan Kepler menerimanya. Selama berabad-abad, lingkaran dianggap sebagai bentuk geometris yang paling sempurna. Akan tetapi, kesempurnaan menurut pikiran manusia tidak dapat dijadikan ukuran bagi gerakan benda-benda langit.

Langit Menolak Intuisi: Tidak Semua Hal Harus Sesuai Asumsi

Kepler kemudian menemukan bahwa planet bergerak lebih cepat ketika berada dekat Matahari dan lebih lambat ketika menjauhinya. Dia juga menemukan hubungan matematis antara waktu yang diperlukan planet untuk menyelesaikan satu revolusi dan ukuran orbitnya.

Bagi pembaca yang tidak akrab dengan fisika, hal terpenting bukanlah menghafal persamaannya. Kepler telah memperlihatkan bahwa gerakan planet memiliki keteraturan yang dapat dinyatakan secara matematis dan diperiksa melalui pengamatan.

Betapa menariknya bahwa manusia yang hidup di sebuah planet kecil mampu memahami sebagian gerakan benda-benda yang berada begitu jauh darinya.

Tetapi ada persoalan yang lebih mendasar daripada keberhasilan Galileo dan Kepler: Mengapa kita bersedia mempercayai sebuah teori ilmiah? Dan sampai sejauh mana kepercayaan itu dapat dipertahankan?

Hawking membahas pertanyaan tersebut pada bagian akhir Bab 1, Our Picture of the Universe. Dia mengingatkan bahwa: “Any physical theory is always provisional.” Setiap teori fisika selalu bersifat sementara.

Pernyataan ini tidak berarti seluruh pengetahuan ilmiah hanyalah dugaan yang tidak dapat dipercaya. Sebuah teori memperoleh kekuatannya dari kemampuan menjelaskan pengamatan dan menghasilkan prediksi yang dapat diuji. Semakin banyak pengujian yang berhasil dilaluinya, semakin kuat alasan kita untuk menggunakannya.

Namun, keberhasilan tersebut tidak menjamin bahwa teori itu mustahil diperbaiki.

Kita dapat mengingat kembali tulisan pertama serial ini, Manusia Mulai Bertanya: Dari Keheranan Menuju Pengetahuan. Keheranan telah mendorong manusia untuk mencari penjelasan tentang semesta. Tetapi rasa ingin tahu saja tidak cukup. Kita juga harus bersedia menguji jawaban yang telah ditemukan.

Saya kira inilah salah satu sikap paling penting dalam ilmu pengetahuan. Kita boleh memiliki asumsi, bahkan memerlukannya untuk membangun penjelasan awal. Namun, ketika pengamatan memperlihatkan sesuatu yang berbeda, asumsi tersebut harus bersedia diperiksa kembali.

Ilmu pengetahuan tidak kehilangan kekuatannya ketika sebuah teori diperbaiki. Justru kesediaan untuk diperbaiki merupakan salah satu sumber kekuatannya.

Galileo telah memperlihatkan bahwa tidak semua benda langit mengelilingi Bumi. Kepler berhasil menjelaskan keteraturan gerak planet dengan jauh lebih tepat. Namun, pengetahuan mengenai bentuk lintasan dan kecepatan planet belum sepenuhnya menjawab pertanyaan tentang penyebab gerakannya.

Mengapa planet mengikuti lintasan tersebut? Apa yang membuatnya terus bergerak mengelilingi Matahari?

Coba kita perhatikan dua peristiwa sederhana: sebuah batu yang dilepaskan dari tangan akan jatuh ke permukaan Bumi. Sementara itu, di langit, Bulan terus bergerak mengelilingi Bumi tanpa menghantam permukaannya.

Selama berabad-abad, gerakan benda di Bumi dan gerakan benda langit dipahami melalui kerangka yang berbeda. Namun, bagaimana jika batu yang jatuh di Bumi dan Bulan yang terus mengorbit sesungguhnya sedang memperlihatkan bekerjanya hukum alam yang sama?

Pertanyaan tersebut akan membawa kita kepada Isaac Newton, seorang ilmuwan yang kelak memperlihatkan bahwa gerakan di langit dan peristiwa di Bumi dapat dipahami melalui hukum fisika yang sama.

Namun, jawaban Newton juga akan membawa manusia kepada pertanyaan yang lebih besar: jika alam bergerak mengikuti hukum-hukum tertentu, seberapa jauh manusia dapat menggunakan hukum itu untuk memahami semesta?

Mari kita lihat di artikel selanjutnya: Bab 4 | Newton dan Hukum yang Menyatukan Langit dengan Bumi.