Saturday, May 23, 2015

Bagaimana Cara Meningkatkan Kemampuan Berfikir Otak?

Sumber gambar:
Creator: johnhain
Lisensi gambar CC0 Public Domain  
Penelitian-penelitian paling mutakhir mengisyaratkan bahwa beberapa jenis latihan dapat membuat anda menjadi lebih pandai.

Jika anda ingin memperkuat otot perut, maka anda dapat melakukan sit-up. Untuk memperindah tubuh bagian atas maka anda dapat melakukan push up. Sayangnya hanya sedikit pengetahuan yang kita miliki mengenai cara untuk melatih otot-otot intelektual, atau untuk meningkatkan kemampuan akademik putera puteri kita. Latihan yang dapat memperpanjang ingatan, meningkatkan atensi dan mempertajam intelegensia tentu dapat meningkatkan kesempatan bagi anak-anak untuk memperoleh kehidupan yang nyaman. Hal ini juga tentunya amat bermanfaat bagi orang dewasa.

Kebanyakan orang berprasangka bahwa sekeras apapun upaya yang dilakukan tidak akan dapat membuat kita semakin cerdas. Subjek sebuah penelitian laboratorium yang dilakukan oleh John Jonides dan rekan-rekannya di Jonideslab Michigan menunjukkan reaksi yang berbeda. Mereka menunjukkan peningkatan IQ setelah melakukan pelatihan untuk otak selama tiga minggu. Peningkatan IQ ini cukup signifikan sehingga setidaknya sebagian partisipan merasakan dampaknya pada kegiatan mereka sehari-hari misalnya, dalam hal kemampuan bermain catur dan kemampuan dalam membaca not balok ketika bermain piano.

Bagaimana hal ini mungkin terjadi? Para peneliti selama ini meyakini bahwa fluid intelligence, yang merepresentasikan kemampuan manusia untuk menyelesaikan tugas baru (tanpa memiliki pengalaman sebelumnya), merupakan atribut yang tidak dapat ditingkatkan, kemampuan ini diwariskan pada saat manusia dilahirkan. Pada kenyataannya, fluid intelligence sekitar 50% - 80% memang dapat diwariskan, seperti layaknya tinggi badan. Akan tetapi kecerdasan ini masih dapat diasah. Sebagaimana nutrisi yang dapat mempengaruhi tinggi badan, berbagai variabel lingkungan dapat mempengaruhi cemerlang atau tidaknya pikiran seseorang. Sebagai contoh, Flynn effect. Efek ini menunjukkan bahwa walaupun komposisi genetis dalam suatu populasi cenderung stabil, skor intelegensi misalnya SAT terus meningkat selama 65 tahun terakhir. Hal ini bermakna bahwa terdapat faktor lain yang mempengaruhi peningkatan skor intelegensi ini.

Karena fluid intelligence berdampak besar terhadap prestasi akademis, karir dan kesuksesan, para peneliti telah lama mencari jalan untuk meningkatkan atribut ini. Beberapa upaya yang telah dilakukan misalnya dengan mendesain berbagai strategi pengajaran dan belajar, serta strategi pengerjaan ujian. Sayangnya kebanyakan upaya ini gagal atau setidaknya tidak terlalu berhasil. Para peneliti di JonidesLab berupaya untuk mengeksplorasi manfaat dari berbagai latihan kognitif, khususnya yang berkaitan dengan working memory. Working memory atau yang juga dikenal sebagai short-term memory bertugas untuk menjaga kesiapan informasi-informasi vital sehingga otak dapat mengaksesnya saat memecahkan suatu masalah. Metal aritmatika adalah salah satu contoh latihan yang mengandalkan working memory. Secara lebih luas sistem penyimpanan ini diduga sebagai salah satu komponen penting dalam fluid intelligence.

Banyak hasil penelitian yang telah menunjukkan bahwa variasi working memory pada individu berdampak setidaknya 25% pada variasi fluid intelligence. Penelitian di JonidesLab menunjukkan bahwa memperkuat kemampuan ini dapat meningkatkan skor yang diperoleh pada tes yang dipergunakan untuk mengukur fluid intelligence, baik pada anak-anak maupun orang dewasa. Yang mengejutkan, latihan-latihan ini ternyata tidak bermanfaat untuk meningkatkan kapasitas working memory, akan tetapi dapat membuang informasi-informasi yang tidak diperlukan dari memory ini. Lebih lanjut, mereka menemukan bahwa semakin banyak latihan yang dilakukan maka bagian otak yang dipergunakan oleh working memory menjadi semakin tidak aktif. Ini artinya otak semakin efisien dalam memanfaatkan working memory sehingga proses yang dilakukan semakin cepat. Akan tetapi, area yang sama menjadi lebih aktif ketika beristirahat. Hal ini menunjukkan bahwa otak menjadi lebih siap untuk melakukan berbagai jenis tugas.

Apakah latihan dapat meningkatkan kecerdasan?

Pada tahun 90-an para ahli psikologi dan neuroscience membuat terobosan besar dalam memahami proses kognitif yang mendasari fluid intelligence, terutama peran prefrontal cortex, bagian otak yang memiliki fungsi eksekutif. Prefrontal cortex yang terletak di belakang kening diantaranya berfungsi untuk mengatur atensi, impuls dan mengkoordinasikan informasi yang datang dari berbagai bagian otak lainnya. Fungsi-fungsi ini memungkinkan manusia untuk melakukan perencanaan, membuat keputusan, mengidentifikasi kesalahan dan melanggar kebiasaannya. Seiring dengan berkembangnya pemahaman akan hal ini muncullah pertanyaan mengenai kemungkinan adanya intervensi yang dapat memperkuat fungsi-fungsi ini dan apakah meningkatnya fungsi-fungsi ini dapat meningkatkan daya pikir. 

Torkel Klingberg dan rekan-rekannya dari Sweden’s Karolinska Institute merupakan salah satu kelompok pakar yang berupaya untuk menjawab pertanyaan ini. Pada tahun 2002 mereka membangun sebuah program komputer khusus untuk melatih working memory dan menerapkannya pada tujuh orang anak yang menderita Attention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD). Mereka meminta tujuh penderita ADHD lain untuk memainkan permainan komputer yang lebih sederhana. Setelah lima minggu kelompok yang memainkan program pelatihan working memory menunjukkan penurunan simtom ADHD yang mereka idap. Yang lebih menggembirakan, mereka dapat memperoleh skor yang lebih tinggi ketika diuji dengan tes pengukuran fluid intelligence yang ada. Hasil serupa juga ditemui ketika eksperimen ini diulangi pada sampel yang melibatkan 44 orang anak. Simpulan ini memnginspirasi para ahli kognitif lain untuk mempelajari lebih lanjut manfaat fungsi ekskutif dalam upaya meningkatkan IQ.

Selama dekade terakhir para peneliti telah memperoleh kemajuan yang menggembirakan. Melatih atensi anak dan melatih kemampuan mereka dalam musik terbukti dapat meningkatkan skor intelegensia. Memainkan permainan kartu yang khusus didesain untuk melatih nalar selama 20 jam, terbukti dapat meningkatkan skor IQ, dari anak-anak yang memiliki tingkat sosio-ekonomi rendah, setidaknya sebanyak 13 poin. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa fluid intelligence yang dimiliki oleh orang dewasa meningkat setelah memainkan game komputer Rise of Nation, atau latihan lain yang menuntut penggunaan working memory (Kalau ada yang mau eksperimen pakai seri games Total War, Civilization atau FIFA Manager undang saya jadi subjek ya........ :D).

Para peneliti di JonidesLab juga berupaya untuk mendesain intervensi yang menuntut subjek untuk dapat mengubah-ubah perhatiannya dari satu informasi ke informasi lain. Proses desain ini dilakukan dengan memodifikasi suatu uji yang disebut The n-back test. Pada tes ini partisipan diminta untuk mengingat gambar, huruf atau angka yang muncul pada selang waktu ke n yang telah lalu.

Ilustrasi n - back test dengan n = 2. Pada tes ini partisipan diminta untuk mengingat gambar yang muncul dua langkah sebelumnya. Urutan seluruh gambar yang muncul adalah ular, sapi, macan tutul, sapi, ayam jantan, macan tutul. Sumber gambar http://www.wpclipart.com/, lisensi gambar public domain (PD)
Tes hasil modifikasi ini disebut dengan The dual n-back test. Pada uji ini partisipan diminta untuk mencocokan gambar yang muncul dan suara yang diperdengarkan di komputer. Latihan yang dirancang di JonidesLab dapat diubah-ubah tingkat kesulitannya dengan meningkatkan nilai n. Akibatnya tantangan yang dihadapi partisipan meningkat seiring dengan peningkatan kemampuan mereka. Dengan demikian mereka meyakini bahwa latihan yang mereka rancang dapat berfungsi sebagaimana latihan kardiovaskular yang dapat meningkatkan berbagai aspek kemampuan berfikir yang dimiliki manusia.

Desain latihan dual n-back dan reaksi spontan responden

Dengan dapat memvariasikan tingkat kesulitan yang mereka rancang, para peneliti ini berharap dapat mengesampingkan peningkatan skor yang terjadi akibat repetisi. Mereka berharap bahwa skor yang terukur merupakan hasil dari keputusan yang dibuat secara spontan oleh partisipan. Para peneliti telah lama memperdebatkan apakah latihan otak benar-benar dapat meningkatkan kecerdasan atau hanya membiasakan otak untuk memecahkan suatu permasalahan tertentu. Misalnya, dalam kompetisi dimana peserta diminta untuk menghafalkan 200 nama orang yang baru mereka kenal secara terurut. Mereka mampu untuk mengingat nama-nama ini karena otak mereka terbiasa untuk menghafal, tetapi bukan karena mereka menjadi lebih cerdasa. Modifikasi n-back test ini dipercaya mampu melatih banyak aspek dari kemampuan berfikir.

Manfaat latihan dual n-back untuk meningkatkan skor intelegensia 

Eksperimen yang dilakukan di JonidesLab menguji manfaat latihan ini pada 70 orang dewasa muda. Para partisipan dibagi dalam empat kelompok. Setiap kelompok melakukan latihan dual n-back selama satu, dua, tiga atau empat minggu. Dibentuk juga satu kelompok tambahan yang tidak melakukan pelatihan dual n-back sama sekali. Tes paska perlakuan yang dilakukan menunjukkan bahwa skor kelompok yang tidak melakukan pelatihan dual n-back tetap. Keempat kelompok yang melakukan pelatihan duan n-back meningkat secara signifikan. Besar peningkatan skor yang terjadi proporsional dengan lama pelatihan yang diterima setiap kelompok. Semakin lama pelatihan yang diterima maka peningkatan skor yang terjadi semakin dramatis. Eksperimen lanjutan yang melibatkan kelompok dewasa usia 65 tahun atau lebihpun menunjukkan hasil yang serupa.

Eksperimen yang dilakukan terhadap anak-anak menujukkan variasi hasil yang lebih beragam. Untuk melakukan eksperimen ini latihan dual n-back dikonversi ke dalam bentuk game. Para partisipan yang rata-rata berusia sembilan tahun berlatih dengan game ini selama sebulan. Kelompok anak lain dilatih selama sebulan dengan menggunakan software knowledge trainer. Software ini bertujuan untuk memperkenalkan fakta-fakta umum dan kosa kata.

Tidak seluruh anak yang melakukan latihan dual n-back berhasil meningkatkan skor intelegensianya. Sebagian menunjukkan minat yang rendah bahkan merasa frustasi ketika tingkat kesulitan dinaikkan. Akan tetapi anak yang berhasil meraih skor tinggi pada game ini juga menunjukkan peningkatan skor intelegensia yang tinggi. Bahkan tiga bulan setelah pelatihan ini usai, anak-anak ini mampu mempertahankan sebagian besar peningkatan fluid intelligence yang mereka peroleh. Sementara, kelompok anak yang dilatih dengan menggunakan software knowledge trainer tidak merasakan manfaat yang serupa.

Pengkondisian Mental

Para peneliti menyimpulkan bahwa n-back training berdampak mengurangi renspons spontan yang muncul karena impuls yang bersifat rutin. Sebagai contoh, anak-anak yang dilibatkan dalam eksperimen di JonidesLab ini telah dites terlebih dahulu sebelum mengikuti pelatihan. Dalam tes ini mereka ditujukkan serangkaian huruf secara acak. Mereka harus menjawab "ya" setiap kali meliht huruf yang bukan huruf X. Karena 90 persen huruf yang ditampilkan bukan huruf X, maka anak-anak terbiasa untuk secara cepat menjawab "ya" (walaupun kadang-kadang yang ditampilkan adalah huruf X). Setelah mengikuti latihan n-back, respons yang diberikan anak-anak ini dalam tes yang serupa lebih lambat, akan tetapi tingkat kesalahannya menjadi berkurang. Hal ini menunjukkan bahwa latihan n-back dapat meningkatkan kewaspadaan manusia dalam membuat keputusan.

Dengan menggunakan Magnetic Resonance Imaging (MRI) tim peneliti ini juga berupaya untuk mengidentifikasi apakah dampak latihan n-back terhadap kerja otak. Hasil MRI menunjukkan aktifitas yang tinggi di bagian prefrontal dan parietal cortex, dibelakang frontal cortex, pada hari-hari awal eksperimen. Pola ini umum ditemui ketika otak tengah menggunakan banyak working memory. Akan tetapi setelah menjalani latihan selama seminggu, aktifitas di daerah ini berkurang, padahal performa partisipan dalam latihan meningkat. Hal ini menunjukkan bahwa latihan ini dapat meningkatkan efisiensi kerja otak, sama halnya seperti mesin mobil yang tidak membutuhkan lagi banyak daya setelah berjalan dengan perseneling yang tinggi. Selain itu, hasil MRI juga menunjukkan bahwa, setelah melakukan latihan, aliran darah di otak meningkat ketika otak sedang beristirahat. Aliran darah yang lebih banyak ini menunjukkan ondisi otak yang lebih fit dan lebih siap untuk menerima tugas selanjutnya. Pola-pola MRI ini dianggap dapat menjelaskan mengapa latihan n-back dapat meningkatkan working memory dan skor intelegensia seseorang. Hal ini juga dianggap dapat menjelaskan mengapa manfaat yang diperoleh dapat bertahan untuk jangka waktu yang cukup lama setelah eksperimen selesai.

Tentu saja dampak yang diperoleh dari latihan ini dan manfaat yang diperoleh partisipan dari pelatihan ini bervariasi dan masih harus dieksplorasi. Sebagai contoh bagaimana tingkat intelegensia awal dan kebiasaan belajar para partisipan sebelumnya, dapat mempengaruhi dampak yang diperoleh melalui latihan n-back. Selain itu, perlu diteliti bagaimana motivasi yang ditunjukkan oleh partisipan selama melakukan latihan n-back dapat mempengaruhi peningkatan skor yang mereka peroleh.

Selain penelitian-penelitian kognitif ini, para peneliti juga tengah berupaya untuk mempelajari dampak umum dari eksperimen mereka. Misalnya bagaimana peningkatan skor yang diperoleh selama latihan n-back dapat berpengaruh terhadap prestasi akademis dan performa manusia dalam menjalankan tugas sehari-hari. Mereka juga tengah berupaya untuk mengkontekstualkan eksperimen mereka dalam setting pendidikan. Mereka berharap bahawa peningkatan skor intelegensia yang diperoleh dari latihan ini dapat membuat manusia menjadi lebih pandai, lebih sehat dan lebih bahagia.
        

Referensi

  • Basak, C.; Boot,  W. R.; Voss,  M. W. and Kramer, A. F. (2008) Can Training in a Real-Time Strategy Video Game Attenuate Cognitive Decline in Older Adults? . Psychology of Aging, Vol. 23, No. 4, pages 765–777
  • Jaeggi, S.M.; Buschkuehl, M; Jonides, J; and Perrig, W.J (2008) Improving Fluid Intelligence with Training on Working Memory. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, Vol. 105, No. 19, pages 6829–6833
  • Jaeggi, S.M.; Buschkuehl, M; Jonides, J. and Shah, P. (2011) Short- and Long-Term Benefits of Cognitive Training.  Proceedings of the National Academy of Sciences USA, Vol. 108, No. 25, pages 10,081 –10,086.
  • JONIDES, J., JAEGGI, S. M., BUSCHKUEHL, M. & SHAH, P. 2012. Building Better Brains. Scientific American.
  • Klingberg, T.; Fernell, E.; Olesen, P.J; Johnson, M.; Gustafsson, P.; Dahlström, K.; Gillberg, C.G.; Forssberg, H. and Westerberg, H. (2005) Computerized Training of Working Memory in Children with ADHD—A Randomized, Controlled Trial. Journal of the American Academy of Child and Adolescent Psychiatry, Vol. 44, No. 2, pages 177–186
  • Mackey, A.P.; Hill, S.S.; Stone, S.I. and Bunge, S.A. (2011) Differential Effects of Reasoning and Speed Training in Children. Developmental Science, Vol. 14, No. 3, pages 582–590
  • Moreno, S. Bialystok, E.; Barac, R.; Schellenberg, E.G. Cepeda, N.J. and Chau, T. (2011) Short-Term Music Training Enhances Verbal Intelligence and Executive Function. Psychological Science, Vol. 22, No. 11, pages 1425–1433      

Thursday, February 9, 2012

Dengan Merekayasa Fotosintesa Tanaman, Para ilmuwan Berupaya Memproduksi Biofuel yang Ekonomis

Selama bertahun-tahun para peneliti telah mencoba untuk mencari tahu cara terbaik untuk membuat tanaman menghasilkan biofuel. Tapi ada masalah mendasar yaitu proses fotosintesis, proses dimana tanaman mengkonversi sinar matahari menjadi energi kimia yang tersimpan, sangatlah tidak efisien. Tanaman mengubah hanya 1 sampai 3 persen dari sinar matahari menjadi karbohidrat. Itulah salah satu alasan mengapa begitu banyak lahan harus dikhususkan untuk menanam jagung demi mengembangkan etanol untuk biofuel. Namun tanaman juga memiliki banyak keuntungan: mereka menyerap karbon dioksida pada konsentrasi rendah secara langsung dari atmosfer, selain itu masing-masing sel tumbuhan dapat memperbaiki dirinya sendiri ketika rusak.
Para ilmuwan telah memulai upaya baru untuk merekayasa fotosintesis dan membantu umat manusia untuk membuat bahan bakar hijau. U.S. Advanced Research Projects Agency for Energy, atau yang dikenal sebagai ARPAe, sejauh ini telah mendanai 10 proyek, yang sebagian besar menggunakan rekayasa genetika untuk merekayasa instruksi dalam DNA tanaman yang mengatur pertumbuhan, pigmen, dan sejenisnya. Hibah terbesar (lebih dari $ 6 juta) diperoleh University of Florida untuk membuat pohon pinus agar dapat menghasilkan terpentin lebih banyak, sehingga menjadi bahan bakar yang potensial. Proyek lain, bertujuan untuk mendorong menginduksi rumput-rumput yang dapat tumbuh cepat seperti switchgrass agar dapat menghasilkan minyak nabati untuk pertama kalinya dalam sejarah.
Di masa depan, para insinyur emungkinan dapat membuat tanaman hitam yang mampu menyerap semua sinar matahari yang masuk dengan panjang gelombang cahaya yang berbeda-beda untuk melakukan fotosintesis. Tanaman sekarang hanya mampu menggunakan satu panjang gelombang tertentu untuk melakukan fotosintesa.Tanaman yang direkayasa untuk memproduksi biofuel bahkan mungkin dapat dibuat agar memiliki daun yang lebih kecil sehingga mengurangi energi yang dibutuhkan tanaman untuk pertumbuhan, atau bahkan dapat dibuat agar tidak lagi menyimpan energi sebagai gula tetapi mengubahnya secara langsung menjadi molekul hidrokarbon untuk digunakan manusia sebagai bahan bakar.
Para ilmuwan dalam program ini memberi julukan PETRO, bagi tanaman yang direkayasa untuk menggantikan minyak.  Untuk mewujudkan hal ini para ilmuwan harus menghadapi tantangan pasokan air yang semakin terbatas untuk tanaman dan skeptisisme publik terhadap organisme dimodifikasi secara genetik. Mereka juga akan menghadapi persaingan karena adanya upaya untuk menggantikan fotosintesis sama sekali, seperti program Electrofuels yang diluncurkan ARPA-e sendiri.  Program Electrofuels bertujuan untuk menginduksi mikroba sehingga mampu menghasilkan hidrokarbon. Selain itu terdapat pula upaya untuk menciptakan daun buatan yang menggunakan listrik dari sel surya untuk memecah air menjadi oksigen dan hidrogen sehingga dapat digunakan sebagai bahan bakar.  Bagi tanaman kini, sekedar menjadi hijau tidak lagi cukup.

Saturday, January 2, 2010

Apakah Dark Matter Memiliki Dampak pada Planet?

Di alam semesta, dark matter (materi gelap) lima kali lebih melimpah dibandingkan dengan materi normal. Tapi, dark matter menjadi teka-teki karena dark matter tidak terlihat dan dapat menembus materi normal. Para astronom mengidentifikasi dark matter dari gravitasi yang dihasilkannya. Gravitasi dark matter menjaga galaxy agar tidak tercerai berai. Selain itu, dark matter dapat memberikan efek yang terukur pada tata surya kita.

Secara khusus, peneliti harus menargetkan Bumi dan bulan, ujar fisikawan Stephen Adler dari Institute for Advanced Study di Princeton. Massa bumi dan bulan akan lebih besar jika diukur bersama dibandingkan jika keduanya diukur secara terpisah. Hal ini terjadi karena adanya halo dark matter diantara keduanya. Adler mencapai kesimpulan ini setelah ia mengukur massa bulan dengan lunar orbiters dan massa Bumi dengan LAGEOS. LAGEOS merupakan nama satelit yang dipergunakan untuk melakukan survey geodesi. Laser yang ditembakkan ke satelit menunjukkan besar jari-jari orbit masing-masing satelit dan berapa lama waktu yang diperlukan oleh masing-masing satelit untuk menyelesaikan orbitnya. Dari pengukuran tersebut, para ilmuwan dapat menghitung besarnya gravitasi yang menarik satelit dan besar massa yang menyebabkan gaya gravitasi tersebut.

Selanjutnya, Adler memeriksa penelitian yang mengukur jarak dari bumi ke bulan. Penelitian ini dilakukan dengan memantulkan sinar laser pada cermin yang ditanam di Bulan oleh misi Apollo. Jika Bumi memberikan gaya tarik yang lebih kuat kuat pada bulan (kira-kira 384.000 kilometer dari Bumi) daripada pada satelit LAGEOS (kira-kira 12.300 kilometer dari Bumi) maka, gaya tarik tambahan ini disebabkan oleh halo dark matter antara bulan dan satelit. Berdasarkan data saat ini, Adler memperkirakan bahwa terdapat paling banyak 24 triliun metrik ton dark matter di antara bumi dan bulan.

Adler juga berspekulasi bahwa dark matter bisa memberikan efek dramatis pada Jupiter, Saturnus, Uranus dan Neptunus. Keempat planet ini mayoritas tersusun atas gas. Jika gravitasi dari planet-planet besar ini menarik dark matter maka, partikel-partikel dark matter bisa menembus ke dalamnya. Walaupun peristiwa ini langka, tapi peristiwa ini cukup untuk memanaskan bagian dalam planet-planet ini. Hal ini dapat menjelaskan mengapa bagian dalam planet-planet ini lebih panas dibandingkan dengan penjelasan teoritis. Hal ini mungkin juga dapat menjelaskan dinginnya Uranus. Anomali pada planet Uranus mungkin disebabkan oleh tumbukan kolosal. Adler menduga bahwa tumbukan ini telah menyingkirkan sebagian besar dark matter yang telah memanaskan Uranus.

Kemungkinan pemanasan Planet oleh dark matter mungkin juga dapat memberikan petunjuk mengenai sifat-sifat dark matter yang belum diketahui. Misalnya, seberapa sering dark matter bertabrakan dengan materi normal, atau, apakah dark matter bergumpal di sekitar bintang dan planet-planet dan tidak menyebar secara merata di seluruh galaksi, komentar astrofisikawan teoretis Ethan Siegel dari University of Portland. Jika partikel dark matter merupakan antipartikel mereka sendiri, seperti yang diteorikan oleh beberapa ilmuwan maka, energi yang dilepaskan ketika mereka membinasakan diri mereka sendiri akan memanaskan planet jauh lebih dari sekadar tumbukan dengan atom. Skenario semacam itu bermakna bahwa dark matter tidak mungkin bergumpal dalam tata surya kita, karena jika demikian tata surya akan jauh lebih panas.

Astrofisika Annika Peter dari California Institute of Technology bersikap skeptis akan kemungkinan bahwa dark matter dapat mempengaruhi panas dari planet. Menurutnya, proses ini akan membutuhkan jumlah dark matter yang luar biasa banyak. Astronom Andrew Gould dari Ohio State University meragukan bahwa terdapat banyak gumpalan dark matter dalam tata surya kita. Ia berpendapat bahwa interaksi gravitasi dengan planet-planet akan menyingkirkan sebagian besar dark matter. Hal serupa terjadi ketika planet-planet menyingkirkan materi normal yang berada dalam tata surya kita. Namun, Siegel berpikir bahwa ketika sistem tata surya bergerak dalam galaksi dapat terjadi proses accretion. Proses accretion dalam hal ini adalah terjadinya penambahan dark matter akibat gaya tarik gravitasi.

Sampai sekarang keberadaan dark matter tetap misterius. Adler berpendapat bahwa akan sangat menarik jika terdapat halo dark matter di sekitar Bumi. Hal ini akan serupa dengan keberadaan sabuk Van Allen, atau cincin di sekitar Saturnus. Dengan demikian para peneliti akan memiliki lebih banyak kesempatan untuk mengungkap misteri dari dark matter.

Friday, January 1, 2010

Mengapa Superconductor menjadi Super?

Artikel ini secara ringkas menjelaskan bagaimana fenomena superkonduksi dapat muncul pada sebuah bahan. Selain itu, artikel ini juga membahas keunikan-keunikan superkonduktor dan pemanfaatan bahan superkonduktor

Munculnya Superconductivity

Pada konduktor biasa energi dari arus listrik terbuang karena electron yang membawa arus bertabrakan dengan ion logam konduktor. Sebaliknya, pada superconductor electron membentuk pasangan Cooper (Cooper pair) dalam satu keadaan kuantum pada tingkat energi terendah. Proses ini dikenal sebagai Kondensasi Bose-Einstein. Aliran Cooper pair ini bergerak sebagai satu entitas. Untuk mengeluarkan satu Cooper pair dari aliran ini, electron harus didorong ke energy quantum state yang lebih tinggi. Sementara, tabrakan dengan ion logam tidak melibatkan cukup energi untuk melakukannya. Oleh karena itu, arus listrik dapat mengalir tanpa kehilangan energi.

Pentingnya Suhu bagi Superconductor

Kebanyakan superconductor saat ini bergantung pada helium cair sebagai pendingin. Pendingin yang sama digunakan oleh Heike Kamerlingh Onnes ketika ia menemukan fenomena superconductivity yang hampir satu abad yang lalu. Helium cair yang mendidih pada suhu 4,2 kelvin menambah biaya dan kompleksitas yang cukup besar untuk membuat sebuah sistem. Superconductor yang paling banyak digunakan adalah niobium alloy. Niobium alloy dapat menjadi superconductor pada suhu 18 Kelvin (dalam keadaan tidak adanya medan magnet). Pada alat-alat yang melibatkan medan magnet yang atau kepadatan arus tinggi, superconductor memerlukan pendingin ekstra untuk mempertahankan superkonduktivitas-nya. Magnet niobium alloy yang sangat kuat milik Large Hadron Collider, misalnya, beroperasi pada suhu 2,9 Kelvin. Material baru yang dapat berfungsi dengan baik di atas titik didih helium cair akan merevolusi aplikasi superconductor.

Levitation

Selain memiliki hambatan listrik nol, bagian dalam superkonduktor juga tidak dapat ditembus medan magnet. Sifat ini disebut Diamagnetisme sempurna. Efek ini dapat membuat sebuah magnet melayang di atas superkonduktor atau, sebuah superkonduktor di atas magnet. Superkonduktor juga dapat melayang di bawah magnet. Superconductor tipe 2 memungkinkan fluks magnet untuk menembus mereka dalam tabung tipis. Gambar berikut ini menunjukkan fenomena levitasi yang terjadi pada bahan superconductor.













Perkembangan Bahan Superconductor

Dalam 98 tahun para ilmuwan telah menemukan berbagai macam bahan yang dapat menjadi superconductor. Bahan-bahan tersebut antara lain:
  1. Mercury (1911): Superconductor pertama ditemukan oleh Heike Kamerlingh Onnes. Ia menggunakan helium cair untuk mendinginkan mercury di bawah suhu transisi superconductor yaitu 4,2 Kelvin.
  2. Niobium Alloy (1941): Penggunaan superconductor dalam industri terjadi setelah tahun 1961. Saat itu, para ilmuwan menemukan bahwa niobium tin (Nb3Sn), yang menjadi superconductor pada suhu 18,3 Kelvin, dapat membawa arus yang tinggi dan tahan terhadap medan magnet besar.
  3. Niobium germanium (1971): Bahan ini (Nb3Ge) memegang rekor temperatur transisi tertinggi antara tahun 1971 hingga tahun 1986.
  4. Heavy Fermion (1979): Superconductor Heavy Fermion seperti uranium platina (UPt3) sangat luar biasa karena memiliki secara efektif memiliki electron ratusan kali massa biasa mereka. Teori konvensional tidak dapat menjelaskan sifat superconductivity materi ini.
  5. Cuprates (1986): Cuprates merupakan superconductor suhu tinggi yang pertama. Bahan-bahan keramik ini dapat didinginkan dengan nitrogen cair, yang mendidih pada suhu 77 Kelvin.
  6. Fullerenes (1991): Solid kristal terbuat dari buckyballs (C60) yang menjadi superconductor ketika didoping dengan atom logam alkali seperti kalium, rubidium dan cesium.
  7. HgBa2Ca2Cu3O8 (1995 ): Didoping dengan talium, cuprate ini memiliki paling suhu transisi tertinggi pada tekanan atmosfer. Pada tekanan tinggi bahan ini menjadi superconductor pada suhu 164 Kelvin.
  8. Magnesium diboride (2001): Suhu transisi yang luar biasa tinggi dari magnesium diboride merupakan kasus luar biasa dari superconductor konvensional.
  9. Iron pnictides (2006): Hideo Hosono merupakan penemu senyawa ini. Senyawa ini merupakan jenis kedua superkonduktor suhu tinggi.
Aplikasi Superconductor

Superconductor konvensional telah diaplikasikan pada berbagai alat, misalnya:
  • akselerator partikel seperti Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) dan Large Hadron Collider. Gambar berikut ini menunjukkan penggunaan superkonduktor pada RHIC
  • Sebagai gyroscopes dan detektor medan magnet dalam Gravity Probe B satellite. Gyroscopes adalah suatu alat untuk mengukur atau mempertahankan orientasi, berdasarkan prinsip-prinsip kekekalan momentum sudut. Bentuk dari Gravity Probe B ditunjukkan pada gambar berikut.
  • atau untuk Magnetic resonance imaging (MRI). Magnetic Resonance Imaging (MRI) adalah suatu teknik pencitraan medis memvisualisasikan struktur internal dan fungsi tubuh. Bentuk dari devais Magnetic Resonance Imaging ditunjukkan pada gambar berikut.
Seiring dengan penyempurnaan proses fabrikasi kawat cuprate, keterbatasan superconductor cuprates berkurang. Perusahaan-perusahaan kini sedang mengembangkan sistem yang besar seperti turbin angin pembangkit listrik dan mesin penggerak kapal. Para ilmuwan berharap bahwa studi tentang pnictides akan membuka jalan bagi penemuan bahan baru dengan suhu transisi yang lebih tinggi atau lebih baik dibandingkan dengan sifat mekanik cuprate.

Thursday, December 24, 2009

Shimabara Rebellion Salah Satu Kisah Kelam Dalam Sejarah Jepang

Kisah berikut ini menceritakan tentang salah satu pemberontakan paling besar dalam sejarah jepang. Pemberontakan ini terjadi pada pemulaan zaman Edo. Pajak dan sifat represif pemerintah terhadap kebebasan beragama kala itu membangkitkan kemarahan para petani, ronin dan rakyat jelata. Pemberontakan ini menelan ratusan ribu korban termasuk para biksu, wanita, orang tua bahkan anak-anak.
Baca kisah lengkap mengenai Shimabara Rebellion pada link ini

Posted using ShareThis

ShareThis