Superstring, atau teori superstring, adalah bidang fisika yang menarik yang terkadang disebut The Theory of Everything. Hal ini dianggap oleh banyak orang sebagai penjelasan pemersatu yang sulit dipahami yang dicari Einstein yang dapat menjelaskan semua kekuatan yang diketahui di alam semesta.
Sampai superstring muncul, para ilmuwan memiliki dua teori yang berlawanan tentang bagaimana hukum alam berlaku: Teori Relativitas Umum Einstein dan Mekanika Kuantum.
Relativitas Umum menjelaskan dunia seperti yang kita kenal dalam skala yang agak masif. Ini menggambarkan ruang-waktu sebagai kain yang dibelokkan oleh perhitungan massa untuk sistem orbital, galaksi, dan gaya gravitasi. Tetapi hukum-hukum ini rusak pada tingkat kuantum di mana partikel subatom tidak dapat diukur dari segi posisinya yang tepat dalam ruang pada waktu tertentu. Ia juga mungkin bergerak mundur dalam waktu seperti halnya bergerak maju, dan bahkan dapat tampak berada di dua tempat secara bersamaan. Dunia yang sangat kecil sangat aneh, para ilmuwan menciptakan istilah “keanehan kuantum” untuk menggambarkannya.
Masalah bagi fisikawan adalah menemukan teori yang akan menyatukan dunia yang kita kenal dengan dunia kuantum. Satu penjelasan untuk menjelaskan keempat gaya yang diketahui: gravitasi, gaya nuklir kuat dan lemah, dan elektromagnetisme. Superstring mungkin jawabannya.
Melalui persamaan matematika menjadi jelas bahwa cara kita sebelumnya menganggap partikel sebagai “titik” atau “bola kecil” energi tidak akurat. Potongan-potongan kecil materi ini sebenarnya berperilaku lebih seperti senar yang bergetar dan bergetar. String sangat kecil sehingga Brian Greene, fisikawan dan pendukungnya, menjelaskan bahwa jika satu atom seukuran tata surya kita, string hanya akan seukuran pohon. Namun string membuat semua materi dari tingkat kuantum ke atas.
Cara string bergetar menentukan sifat spesifik setiap partikel, menyamakan alam semesta dengan simfoni kosmik superstring. Tetapi untuk menyingkirkan teori anomali matematika, enam dimensi tambahan diperlukan. Enam dimensi ekstra membentuk bentuk 6-D kecil yang meringkuk di setiap titik dalam ruang kita. Di dalam bentuk 6-D ini terdapat rangkaian teori superstring. Enam dimensi ekstra, ditambah tiga dimensi kami, berarti benar-benar ada 9 dimensi. Tambahkan satu lagi untuk waktu, dan totalnya adalah 10 dimensi. Meski mengejutkan, ini bukanlah akhir.
Pada tahun 1995 teori superstring yang berbeda menghadirkan teka-teki sampai teori-M menyatukannya. Satu-satunya tangkapan? Teori-M secara matematis membutuhkan dimensi ke-11. Ini menyajikan gambaran baru tentang string dimana, dengan energi yang cukup, string dapat meregang menjadi membran mengambang yang sangat besar, yang disebut bran untuk jangka pendek. Bran dapat memiliki sifat dimensi yang berbeda dan tumbuh sebesar alam semesta. Faktanya, menurut teori, seluruh alam semesta kita ada di bran terapung — hanya satu dari beberapa bran terapung yang masing-masing mendukung alam semesta paralelnya sendiri. Setiap bran mewakili satu irisan dari ruang dimensi yang lebih tinggi atau massal.
Meskipun Model Standar tahun 1970-an sudah menyatukan tiga dari empat gaya dalam teori terpadu, gravitasi tidak dapat didamaikan dengan tiga gaya kuantum. Tapi terobosan dalam superstring mencakup gaya gravitasi yang sulit dipahami, membisikkan Cawan Suci fisika. Jika partikel hipotetis tak bermassa yang bertanggung jawab untuk mentransmisikan gravitasi — graviton — ada pada tingkat kuantum sebagai string tertutup, ini akan menghadirkan hubungan gravitasi langsung dengan teori superstring.
Teori memprediksi string bisa terbuka atau tertutup. Senar terbuka, atau senar yang menyerupai rambut-rambut kecil yang bergoyang memiliki setidaknya satu titik akhir yang “melekat” pada membran seperti mobil troli yang disambungkan dengan kabel atas ke saluran listrik. Senar dapat bergerak melalui bran tetapi tidak dapat meninggalkannya, menjelaskan mengapa kita tidak dapat melihat keluar secara fisik, atau menjangkau dimensi kita. Atom-atom yang membentuk tubuh kita terdiri dari string terbuka yang memiliki titik akhir yang melekat pada membran 3-D kita. Cara lain untuk melihatnya adalah dengan mempertimbangkan layar film. Orang-orang di layar tampak tiga dimensi, tetapi mereka tidak dapat benar-benar menjangkau dari layar ke dunia 3-D kita. Mereka terjebak di dunia 2-D mereka, sama seperti kita terjebak di dunia 3-D kita dan tidak bisa menjangkau dimensi tetangga. Para ilmuwan menyebut ini sebagai derajat kebebasan.
Tapi gravitasinya berbeda. Sebagai string atau loop tertutup tanpa titik akhir yang terpasang, diteorikan bahwa ia mungkin dapat keluar dari bran 3-D kita dan meresap ke dimensi lain. Ini akan menjelaskan mengapa gravitasi berkali-kali lebih lemah daripada gaya lainnya.
Namun, bagaimana jika kebalikannya benar? Bagaimana jika gravitasi pada bran paralel sekuat gaya lainnya, tetapi lebih lemah di sini karena hanya bocor ke dimensi kita? Secara matematis, teori superstring kembali bekerja dengan indah dan akhirnya memberikan penjelasan yang masuk akal untuk kelemahan gravitasi sambil menyatukannya dengan tiga gaya lainnya.
Hanya ada satu rintangan yang tersisa: Teori pemersatu juga harus dapat menjelaskan Ledakan Besar. Empat fisikawan yang bepergian bersama di atas kereta dengan santai membahas topik ini. Salah satu dari mereka mengajukan pertanyaan, Apa yang akan terjadi jika dua bran bertabrakan? Jawaban matematis yang masuk akal ternyata adalah Big Bang.
Penentang teori superstring menunjukkan kurangnya bukti dan kesulitan dalam menyediakannya. Apakah itu hanya konstruksi matematika yang indah? Sebuah filosofi? Atau penjelasan yang benar tentang dunia kita? Tidak ada teori lain yang mendekati penyatuan keempat gaya secara matematis, apalagi memberikan penjelasan untuk Big Bang. Tetapi membuktikan bahwa ada dimensi lain — bran terapung dan alam semesta paralel — telah menjadi masalah utama.
Namun demikian, para penganut teori elegan sangat ingin melihatnya terbukti, dan sejak itu para ilmuwan menemukan bahwa mungkin ada bukti yang dapat diamati dari string yang sangat besar secara astronomis. Dengan demikian, teori superstring terus berkembang. Pada akhirnya, jika berhasil, dari 11 dimensi ke alam semesta paralel, dari galaksi yang berputar hingga sup kuantum, superstring mungkin benar-benar menjadi The Theory of Everything.