4 Fakta Kekuatan Dasar Alam yang Mengendalikan Interaksi di Kehidupan

Gravitasi adalah daya tarik antara dua benda yang memiliki massa atau energi, entah itu berupa batu yang jatuh dari jembatan, planet yang mengorbit bintang atau Bulan yang menyebabkan gelombang laut.

Gaya tarik menarik ini mungkin adalah yang paling intuitif dan familiar dari kekuatan fundamental, juga salah satu yang paling sulit untuk dijelaskan.

Isaac Newton merupakan orang pertama yang mengusulkan gagasan gravitasi. Konon, ia terinspirasi oleh sebuah apel yang jatuh dari pohon.

Dia menggambarkan gravitasi sebagai daya tarik literal antara dua objek.

Berabad-abad kemudian, Albert Einstein mengemukakan --melalui teorinya tentang relativitas umum-- bahwa gravitasi bukanlah gaya tarik menarik atau kekuatan.

Sebaliknya, itu adalah konsekuensi dari benda-benda yang menekuk ruang-waktu.

Sebuah objek besar bekerja pada ruang-waktu seperti ketika ditempatkan di tengah-tengah lembaran, yang kemudian memengaruhi material itu, merusak bentuknya dan menyebabkan benda lain yang lebih kecil jatuh ke tengah.

Meskipun gravitasi menyatukan planet, bintang, tata surya, dan bahkan galaksi secara bersama-sama, ia ternyata menjadi yang terlemah dari kekuatan fundamental, terutama pada skala molekul dan atom.

Misalnya, seberapa sulit untuk mengambil bola dari tanah, mengangkat kaki, atau melompat? Semua tindakan ini menangkal gravitasi seluruh Bumi.

Pada tingkat molekuler dan atom, gravitasi hampir tidak berpengaruh relatif terhadap gaya fundamental lainnya.

Gaya lemah, juga disebut interaksi nuklir lemah, bertanggung jawab atas peluruhan partikel. Ini adalah perubahan harfiah dari satu jenis partikel subatom ke yang lainnya.

Jadi, misalnya, neutrino yang berkeliaran dekat dengan neutron dapat mengubah neutron menjadi proton, atau sebaliknya neutrino menjadi elektron.

Fisikawan menggambarkan interaksi ini melalui pertukaran partikel pembawa kekuatan yang disebut boson (partikel elementer, inti atom, dan partikel lain yang tunduk pada statistika Bose-Einstein).

Boson merupakan unsur utama dalam gaya lemah, gaya elektromagnetik, dan gaya kuat. Dalam gaya lemah, boson adalah partikel bermuatan yang disebut "boson W dan Z."

Saat partikel subatomik seperti proton, neutron, dan elektron berada dalam jarak 10^-18 meter, atau 0,1% dari diameter proton, mereka dapat bertukar boson ini. Akibatnya, partikel subatomik membusuk menjadi partikel baru, menurut situs HyperPhysics milik Georgia State University.

Gaya lemah sangat penting untuk reaksi fusi nuklir yang memberi daya pada matahari dan menghasilkan energi yang dibutuhkan untuk sebagian besar bentuk kehidupan di Bumi.

Itulah mengapa para arkeolog dapat menggunakan karbon-14 untuk mengabadikan tulang kuno, kayu dan artefak yang hidup pada masa lampau.

Karbon-14 memiliki enam proton dan delapan neutron. Salah satu dari neutron itu meluruh menjadi proton untuk membuat nitrogen-14, yang memiliki tujuh proton dan tujuh neutron.

Peluruhan ini terjadi pada tingkat yang dapat diprediksi, memungkinkan para ilmuwan untuk menentukan usia artefak tersebut.

Gaya elektromagnetik, juga disebut gaya Lorentz, bekerja di antara partikel bermuatan, seperti elektron bermuatan negatif dan proton bermuatan positif.

Gaya yang berlawanan akan saling tarik-menarik satu sama lain, sedangkan gaya yang serupa akan saling menolak. Semakin besar muatan, maka semakin besar pula gaya.

Seperti halnya gravitasi, gaya elektromagnetik dapat dirasakan dari jarak yang tak terbatas. Gaya elektromagnetik terdiri dari dua bagian: gaya listrik dan gaya magnet.

Pada awalnya, fisikawan menggambarkan kekuatan-kekuatan tersebut sebagai bagian yang terpisah satu sama lain, tetapi para peneliti kemudian menyadari bahwa keduanya adalah komponen dari kekuatan serupa.

Komponen listrik bekerja di antara partikel bermuatan, entah itu dalam keadaan bergerak atau diam, menciptakan medan di mana muatan dapat saling memengaruhi.

Namun begitu mulai bergerak, partikel-partikel bermuatan tersebut menampilkan komponen kedua, yaitu gaya magnet. Partikel-partikel ini menciptakan medan magnet di sekitar mereka saat mereka bergerak.

Jadi, ketika elektron disalurkan melalui kabel untuk mengisi daya komputer atau ponsel Anda atau menyalakan TV Anda, misalnya, kabel menjadi magnet.

Gaya-gaya elektromagnetik ditransfer di antara partikel-partikel bermuatan melalui pertukaran boson, pembawa kekuatan tak bermassa yang disebut foton, yang juga merupakan komponen partikel cahaya.

Selain itu, gaya elektromagnetik bertanggung jawab atas beberapa fenomena yang paling umum dialami: gesekan, elastisitas, gaya normal dan gaya menahan benda padat dalam bentuk tertentu.

Gaya normal, contohnya, ketika Anda menempatkan buku di atas meja. Alih-alih gravitasi menarik buku ke tanah, buku justru tetap berada di meja yang ditempatkan di bidang datar. Ini adalah konsekuensi dari elektron dalam atom meja yang menghilangkan elektron dalam atom buku.

Bahkan, gaya elektromagnetik adalah penyebab atas hambatan yang dialami burung, pesawat, dan benda terbang lain di angkasa.

Gaya nuklir, juga disebut interaksi nuklir, adalah gaya terkuat dari empat kekuatan fundamental alam. Ini 6 ribu triliun triliun triliun (39 nol setelah angka 6) kali lebih kuat dari gaya gravitasi, menurut situs web HyperPhysics.

Gaya ini mengikat partikel-partikel dasar secara bersama-sama untuk membentuk partikel yang lebih besar. Ia menyatukan quark (partikel yang membangun proton dan netron, bagian dari inti atom) dan bagian dari penjaga proton dan neutron dari inti atom bersama.

Sama seperti gaya lemah, gaya kuat hanya beroperasi ketika partikel subatom sangat dekat satu sama lain. Mereka harus berada dalam jarak 10^-15 meter dari satu sama lain, atau kira-kira dalam diameter proton, menurut situs web HyperPhysics.

Namun, gaya nuklir ini aneh, karena tidak seperti kekuatan fundamental lainnya. Kekuatannya semakin lemah ketika partikel-partikel subatomik semakin dekat.

Gaya nuklir sebenarnya mencapai kekuatan maksimum ketika partikel-partikel itu berada paling jauh satu sama lain. Begitu berada dalam jangkauan, boson bermuatan tak dikenal (gluon) mentransmisikan kekuatan besar di antara quark dan menjaga mereka "terpaku" bersama.