Bagaimana Kehidupan Awal di Bumi Berkembang? Rangkuman 7 Buah Teori

Kehidupan di bumi dimulai kira-kira 3 milyar tahun yang lalu. Seiring berjalannya waktu, ia berevolusi dari mikroba sederhana menjadi mahluk hidup yang kompleks. Tetapi bagaimana organisme-organisme pertama di Bumi berkembang dari sup purba ini? Artikel ini merangkum berbagai teori yang berupaya menerangkan proses bagaimana kehidupan awal di Bumi berkembang.

Sambaran Petir

Bagan eksperimen Miller-Urey
gambar asli oleh Yassin Mrabet
Lisensi Creative Commons

Petir diduga sebagai energi yang berperan bagi berkembangnya kehidupan di muka Bumi. Listrik dapat membangkitkan asam amino dan gula dalam atmofir yang tersusun atas air, metana, amonia dan hidrogen. Fenomena ini ditunjukkan dalam sebuah eksperimen tahun 1953 yang dinamai percobaan Miller-Urey. Percobaan ini menyimpulkan bahwa petir membantu terciptanya komponen-komponen dasar kehidupan awal di muka Bumi. Setelah jutaan tahun, komponen-komponen ini dapat berevolusi menjadi molekul-molekul yang lebih besar dan kompleks.

Hasil eksperimen ini sebenarnya banyak kelemahannya karena berbagai penelitian menunjukkan bahwa, atmosfir bumi sebenarnya tidak kaya hidrogen. Akan tetapi kebolehjadian eksperimen ini masih besar karena, awan vulkanik pada Bumi muda mengandung banyak metana, amonia, hidrogen dan petir.

Kehidupan awal dalam Lumpur 

Molekul hidup pertama mungkin dapat ditemukan dalam lumpur lempung, begitulah ide yang dikemukakan oleh seorang ahli kimia organik bernama Alexander Graham Cairns-Smith dari University of Glasgow di Skotlandia. Permukaan ini tidak hanya dipenuhi dengan senyawa-senyawa organik ini, akan tetapi juga membantu menyusun senyawa-senyawa ini dalam pola-pola, mirip dengan apa yang dilakukan oleh gen kita saat ini (Cairns-Smith & Hartman, 1986).

Fungsi utama dari DNA adalah untuk menyimpan informasi mengenai bagaimana molekul-molekul lain harus disusun. Susunan genetik dalam DNA pada dasarnya merupakan instruksi bagaimana asam-asam amino harus disusun sebagai protein. Cairns-Smith berpendapat bahwa klistal-kristal mineral dalam lumpur dapat menyusun molekul-molekul organik menjadi pola-pola yang teratur. Setelah beberapa waktu molekul-molekul organik ini secara otomatis dapat menyusun diri mereka sendiri (Cairns-Smith, 1990).

Kehidupan dari Dasar Laut

Lubang-lubang hidrotermal di dasar laut
gambar asli oleh NOAA
lisensi public domain

Teori lubang laut dalam (the deep-sea vent theory) berpendapat bahwa kehidupan mungkin bermula pada lubang-lubang hidrotermal yang menyemburkan molekul-molekul kaya hidrogen. Bibir lubang-lubang yang berbatu ini kemungkinan mengumpulkan molekul-molekul ini hingga mereka terkonsentrasi, dan kemudian memberikan katalis berupa mineral, yang memungkinkan terjadinya reaksi-reaksi penting. Hingga saat ini lubang-lubang ini masih kaya kandungan kimia dan energi termal, sehingga memiliki ekosistem yang kaya (Van Dover, 2000).

Kehidupan awal dalam Es

Para ilmuwan berpendapat bahwa 3 milyar tahun yang lalu, permukaan samudera kemungkinan ditutupi oleh es, karena teriknya sinar matahari kala itu kira-kira hanya sepertiga dari kondisi saat ini. Kemungkinan tebalnya lapisan es ini dapat mencapai puluhan meter. Ketebalan ini diduga cukup untuk melindungi senyawa-senyawa organik di dalam air dari sinar ultraviolet dan tumbukan-tumbukan kosmik. Radiasi sinar ultraviolet yang terlalu kuat memang dapat mengancam keberlangsungan kehidupan. Kondisi yang amat dingin juga mungkin telah membantu molekul-molekul ini untuk bertahan lebih lama, begitupula dengan reaksi-reaksi kunci antar mereka.

Hipotesis Dunia RNA (RNA World)

Pada masa kini DNA membutuhkan protein-protein untuk terbentuk dan sebaliknya, protein-protein membutuhkan DNA untuk pembentukannya. Jadi bagaimana mungkin kedua elemen kehidupan ini terbentuk pertama kali? RNA mungkin menjadi jawabannya. RNA mampu menyimpan informasi sebagaimana DNA, berfungsi sebagai enzim sebagaimana protein, dan membantu membentuk baik DNA dan protein. Pada tahap perkembangan selanjutnya, DNA dan protein-protein menggantikan fungsi RNA karena efisiensi mereka lebih tinggi.

RNA memang masih ada, dan menjalankan beberapa fungsi dalam tubuh organisme, termasuk berperan sebagai saklar yang menghidup matikan beberapa gen. Akan tetapi, bagaimana RNA ini pada mulanya terbentuk? Beberapa ahli berpendapat bahwa molekul-molekul RNA secara spontan terbentuk di muka Bumi, akan tetapi banyak ahli lain yang berpendapat bahwa hal ini sangat tidak mungkin. Beberapa zat selain RNA yang lebih misterius juga telah diduga ada, misalnya PNA atau TNA. Telah ada beberapa penelitian mutakhir yang mengklaim bahwa mereka telah berhasil menjelaskan bagaimana proses terbentuknya RNA, akan tetapi penjelasan-penjelasan ini belum popular. 

 

Model Metabolisme Terlebih dahulu (metabolism-first model)

Beberapa peneliti berpendapat bahwa dibandingkan dengan pembentukan molekul kompleks seperti RNA, akan lebih mungkin jika kehidupan awal di Bumi dimulai dengan molekul-molekul yang lebih kecil. Molekul-molekul kecil ini kemudian berinteraksi satu sama lain dalam berbagai siklus reaksi. Reaksi-reaksi ini juga mungkin berlangsung dalam kapsul-kapsul sederhana yang mirip dengan membran-membran sel. Dalam jangka waktu yang lama akhirnya terbentuk molekul-molekul yang lebih besar. Karena molekul-molekul yang lebih kompleks ini memiliki performa yang lebih baik, maka merekalah yang akhirnya bertahan dan berevolusi. Skenario disebut model metabolisme terlebih dahulu (metabolism-first) yang bertentangan dengan model gen terlebih dahulu (gene-first) milik hipotesis RNA world.

Teori Panspermia

Ada kemungkinan bahwa kehidupan tidak berasal dari bumi, akan tetapi sel-sel organisme dibawa dari luar angkasa, inilah anggapan teori panspermia. Misalnya, banyak mikroba yang ditemukan pada bebatuan yang terpental dari planet Mars akibat tumbukan kosmik, dan pada berbagai meteorit dari Mars yang jatuh ke Bumi. Hal ini menunjukkan bahwa kemungkinan memang ada kehidupan sederhana di planet-planet lain, dan tidak menutup kemungkinan kehidupan di Bumi juga sebenarnya berasal dari luar angkasa. Beberapa peneliti lain juga menduga bahwa mungkin saja ada sel-sel mahluk hidup yang menumpang pada komet-komet dari sistem tata surya lain. Akan tetapi seandainya ini benar, maka tetap saja kita akan ingin mengetahui bagaimana prosesnya sehingga kehidupan muncul di tempat lain.

Demikianlah berbagai teori yang berupaya untuk menjelaskan bagaimana proses berkembangnya kehidupan di muka Bumi. Semoga artikel ini bermanfaat, dan untuk menambah pengetahuan anda, saya sarankan untuk juga membaca daftar pustaka di bawah ini. Akhir kata, apabila anda merasa artikel ini bermanfaat, mohon bagikan URL ini bada teman dan kerabat anda. Sebaliknya, jika artikel ini tidak bermanfaat, sampaikan kritik dan saran anda pada saya. 

Daftar Pustaka

1. Cairns-Smith, A. G., & Hartman, H. (Eds.). (1986). Clay minerals and the origin of life. CUP Archive.
2. Cairns-Smith, A. G. (1990). Seven clues to the origin of life: a scientific detective story. Cambridge University Press.
3. Van Dover, C. (2000). The ecology of deep-sea hydrothermal vents. Princeton University Press.

Teknologi-teknologi Spionase di Dunia Nyata

Kegiatan spionase merupakan upaya penting untuk melindungi keselamatan suatu bangsa. Teknologi-teknologi apa saja yang sudah dibuat orang untuk membantu mata-mata menjalankan tugasnya?

Dalam film-film spionase, misalnya James Bond atau Mission Impossible, seorang mata-mata sering diidentikkan dengan berbagai teknologi canggih seperti sepatu peledak, sidik jari palsu atau helikopter dan kapal selam mini. Akan tetapi teknologi-teknologi yang kita saksikan dalam film-film ini sudah banyak yang menjadi kuno dan dikalahkan oleh gadget yang dimiliki oleh orang awam saat ini. Semuah smartphone modern misalnya, bisa melakukan berbagai fungsi yang tidak dapat dilakukan 10 tahun lalu. 

  

Sebagai contoh, alat penyadap yang dalam film-film dahulu berkabel, kini sudah menjadi alat penyadap nirkabel. Mereka bisa dibuat begitu kecil hingga bisa disembunyikan dalam anting-anting, kancing, atau bahkan ditanam dibawah kulit. Walaupun teknologi-teknologi spionase yang tengah dikembangkan pada umumnya rahasia, ada juga beberapa informasi yang bocor ke telinga publik.

Teknologi-teknologi zaman perang dingin

Mata-mata adalah pekerjaan yang umurnya sama dengan umur peradaban manusia. Dalam hukum Babilonia kuno yang disebut Kode Hammurabi dan dalam kitab perjanjian lama, memata-matai dideskripsikan sebagai suatu upaya untuk memperoleh keunggulan dari musuh. Dalam sejarah bangsa Indonesia mata-mata juga dikenal sebagai telik sandi. Akan tetapi munculnya negara-negara modern menyebabkan suburnya perkembangan teknologi-teknologi spionase.  

Perang dingin antara blok barat dan blok timur, menjadi zaman keemasan teknologi-teknologi spionase ala James Bond. Pada kala itu seorang mata-mata Bulgaria menggunakan sebuah payung untuk menembakkan sebuah peluru beracun kepada seorang pembelot Uni Soviet di London Inggris. Racun yang dipergunakan disebut Risin. Zat ini sebenarnya merupakan protein yang terkandung pada jarak pohon.

Uni Soviet juga membuat sebuah pistol berbentuk lipstik. Pistol ini dapat menembakkan peluru dan mematikan dari jarak dekat. Karena bentuknya, senjata ini disebut ciuman kematian "kiss of death".

Kucing mata-mata

Pada masa perang dingin, ada beberapa ide gila yang pada akirnya dilaksanakan. Berbeda dengan binatang yang memiliki koklea pada telinganya untuk menyaring noise (suara bising pada rekaman), alat-alat penyadap pada masa itu terkenal buruk dalam hal menyaring noise pada latar belakang suara. Oleh karena itu, pada tahun 1950-an dan 1960-an mata-mata Amerika Serikat memperoleh ide yang nampaknya brilian untuk memanfaatkan koklea hewan dan menguping pembicaraan pihak Uni Soviet. Mereka kemudian menanamkan microphone di lubang telinga kucing, pemancar radio di samping tengkoraknya dan baterai di perutnya, ekornya sendiri diubah menjadi sebuah antena. Para agen ini kemudian menghabiskan berjam-jam untuk melatih kucing ini melalui berbagai rintangan. Sayang, kucing canggih ini tidak dapat menghindari panggilan alamnya. Ia kerap berkeliaran jauh dari wilayah yang semestinya diintai, untuk mencari makanan. Walaupun sudah dilatih, ia tidak bisa memahami fungsi barunya sebagai mata-mata.

Akhirnya tim ini kembali merancang latihan baru bagi sang kucing. Dengan teknik khusus, mereka mengajari kucing ini untuk mengindahkan rasa laparnya. Setelah berhasil, mereka melepaskan kucing ini di seberang kedutaan Uni Soviet di Washington D.C. Naas tak bisa ditolak bagi kucing ini. Ketika ia menyeberang jalan sebuah taxi melindasnya. Kucing jutaan dolar inipun akhirnya "gepeng" di tengah jalan.

Selama puluhan tahun CIA juga telah menghabiskan jutaan dolar dalam suatu operasi mata-mata yang disebut Operation Stargate. Operasi ini bertujuan untuk mengungkap rahasia-rahasia yang dimiliki Uni Soviet dengan menggunakan cenayang. Program ini kemudia dihentikan pada masa pemerintahan Bill Clinton. Badan intelejen ini juga mendanai operasi legendaris yang disebut program MKULTRA. Program ini bertujuan untuk memanfaatkan pengaruh narkotika seperti LSD untuk mengendalikan pikiran dan kehendak manusia. 

Microphone Visual

Bukan hanya lembaga pemerintah saja yang mengembangkan teknologi-teknologi futuristik dan aneh. Para peneliti dari University of Texas menciptakan tehnik untuk menguping pembicaran dengan mengambil gambar ruangan dimana pembicaraan tersebut dilakukan. Sistem mata-mata ini memanfaatkan gelombang suara dapat meninggalkan jejak tak kasat mata, akan tetapi getarannya masih dapat ditangkap oleh kamera. Jejak-jejak getaran dalam gambar ini dapat dianalisa untuk mereka ulang suara yang sesungguhnya (Davis, et.al., 2014). Dengan menggunakan tehnik ini, secara teoritis, siapapun yang dapat mengambil gambar atau video dalam sebuah ruangan, dapat menguping pembicaraan-pembicaraan yang telah terjadi di ruangan tersebut, tanpa harus menempelkan telinganya di pintu.

Implan Medis yang Diretas (Hacked)

Ilustrasi bagaimana pacemaker terpasang
di jantung manusia, sangat mematikan jika diretas
Gambar asli oleh National Heart Lung and Blood Institute
Lisensi Public Domain

Implan-implan medis, misalnya pompa insulin dan pacemaker, yang dapat dioperasikan dari jarak jauh dan bertenaga baterai, dapat di retas. Seorang ahli yang bernama Jerome Radcliffe menunjukkan bagaimana ia mampu meretas pompa insulin miliknya sendiri (Radcliffe, 2011). Contoh lain ditunjukkan oleh seorang ahli keamanan komputer dari New Zealand, yang mampu meretas sebuah pacemaker jantung menggunakan komputer jinjing dari jarak 50 m (Girotra & Sethupathy, 2015). Sudah sejak lama, para ahli memprediksi kemungkinan teknologi-teknologi yang terhubung dengan internet untuk diretas. Sampai dengan saat ini, memang belum ada laporan resmi mengenai bagaimana implan medis seseorang dimanfaatkan untuk niat jahat. Akan tetapi kemungkinan ini mendorong sebuah lembaga pemerintahan di Amerika Serikat yang bernama U.S. Government Accountability Office, untuk memaksa lembaga pengawas obat dan makanan serta perusahaan-perusahaan produsen alat-alat kesehatan tersebut, untuk mengatasi kelemahan-kelemahan ini.

Ilustrasi software untuk mendeteksi posisi wajah, software ini
sudah umum dipergunakan pada kamera dan smartphone
Gambar asli oleh  Beatrice Murch
Lisensi Creative Commons

EyeSee

Hati-hati kala berbelanja karena bukan hanya mata-mata internasional saja yang mengawasi gerak-gerik kita. Perusahaan-perusahaan yang ingin mengetahui lebih banyak mengenai konsumen mereka, kelak dapat memanfaatkan kombinasi strategi pemasaran dan pengintaian. Sebuah perusahaan yang bernama Almax telah membuat sebuah boneka pajang (mannequin) setengah robot yang dinamai EyeSee. Boneka ini dapat dipajang di toko-toko pakaian. Di balik mata mannequin ini tersembunyi sebuah kamera yang dilengkapi software facial-recognition. Software ini dapat mengidentifikasi umur, ras dan jenis kelamin pembeli. Data-data ini dapat dipergunakan untuk mengetahui segmen pembeli dari suatu produk.

Enkripsi Kuantum (Quantum Encryption)

Ilustrasi bagaimana proses enkripsi sederhana dilakukan
Gambar asli oleh Davidgothberg
Lisensi Public Domain

Salah satu tugas penting dari organisasi mata-mata ialah untuk mengalirkan informasi dengan sangat-sangat aman dan terselubung. Disinilah peran tehnik-tehnik enkripsi (penyamaran data) dibutuhkan. Para ahli meyakini bahwa terdapat beberapa prinsip dari ilmu fisika partikel, yang dapat dimanfaatkan untuk memastikan bahwa, sebuah pesan hanya dapat dibaca oleh penerima yang semestinya (Xi-Han, et.al., 2007). Tehnik yang dinamai enkripsi kuantum ini diyakini sebagai kunci untuk menciptakan kode-kode rahasia yang tidak terpecahkan.  

Hingga saat ini enkripsi kuantum masih dalam tahap pembuktian konsep. Akan tetapi teknologi ini sudah mulai cukup praktikal untuk dimanfaatkan oleh pemerintah atau lembaga-lembaga lain. Negara pertama yang dapat memanfaatkan teknologi ini akan memperoleh keunggulan strategis atas negara-negara lain.

Daftar Pustaka

1. Davis, A., Rubinstein, M., Wadhwa, N., Mysore, G. J., Durand, F., & Freeman, W. T. (2014). The visual microphone: passive recovery of sound from video. ACM Transactions on Graphics (TOG), 33(4), 79.
2. Girotra, N., & Sethupathy, R. (2015). The Online Murder: Death via Hacked Internet Connected Technologies. IITM Journal of Management and IT, 6(1), 86-89.
3. Radcliffe, J. (2011, August). Hacking medical devices for fun and insulin: Breaking the human SCADA system. In Black Hat Conference presentation slides (Vol. 2011).
4. Xi-Han, L., Chun-Yan, L., Fu-Guo, D., Ping, Z., Yu-Jie, L., & Hong-Yu, Z. (2007). Quantum secure direct communication with quantum encryption based on pure entangled states. Chinese Physics, 16(8), 2149.

Sumber Resiko Kematian dari Tumbukan Asteroid

Korban terbesar dari tumbukan asetroid bukan berasal dari hantamannya, akan tetapi angin yang ditimbulkannya. Angin yang terjadi, lonjakan tekanan dan panas yang dihasilkan, jauh lebih berbahaya dimanapun tumbukan asteroid terjadi.

Ilustrasi tumbukan asteroid,
sumber www.maxpixel.freegreatpicture.com
Lisensi Public domain

Clemens Rumpf dari University of Southampton, Kerajaan Inggris, dan rekan-rekannya telah memperhitungkan resiko kematian, seandainya sebuah asteroid jatuh pada daerah pemukiman.  Mereka mempertimbangkan kejadian ketika asteroid tersebut terbakar seluruhnya sebelum tumbukan, asteroid yang jatuh di daratan dan asteroid yang jatuh di perairan. Yang mengejutkan, mereka menyimpulkan bahwa efek samping yang dibawa udaralah yang akan merengut paling banyak korban jiwa.

Seiring dengan meluncurnya sebuah asteroid menuju bumi, ia menyalurkan energi dalam jumlah yang sangat besar ke atmosfir, menghasilkan gelombang kejut yang sangat kuat, angin kencang bak tornado dan gumpalan api di belakangnya. Ketika asteroid ini jatuh, ia akan membentuk kawah, menghasilkan goncangan di permukaan bumi dan menerbangkan puing-puing ke segala penjuru.

Jika asteroid ini jatuh di perairan, yang kemungkinan kejadiannya dua kali lipat daripada di daratan, maka ia akan menciptakan tsunami yang ketinggiannya dapat mencapai puluhan meter. Semakin jauh lokasi jatuhnya asteroid dari pantai, semakin dalam perairannya dan semakin tinggi gelombang yang diciptakannya.

Di masa lalu para peneliti telah menyimpulkan bahwa tsunami merupakan bahaya terbesar yang dapat ditimbulkan oleh tumbukan asteroid. Dalam suatu skenario sederhana, tsunami yang ditimbukan oleh asteroid, diprediksi akan akan mempengaruhi 1,1 juta orang dan menghancurkan infrastruktur senilai $110 milyar (Chesley & Ward, 2006). Akan tetapi kejadian-kejadian sulit untuk dimodelkan. Tim yang dipimpin Rumpf sebaliknya berpendapat bahwa dampak tsunami sebenarnya lebih rendah. Menurut mereka bentuk landasan kontinen dapat melindungi wilayah pesisir dengan memecah gelombang tsunami dan mengurangi dampaknya. 

Menurut Rumpf, tsunami memang berbeda dengan resiko-resiko lain, karena dampaknya dapat menyebar paling jauh. Gelombang tekanan atau gumpalan panas tidak dapat menyebar sangat jauh, dan kawah hanya terbentuk pada lokasi terjadinya tumbukan. Akan tetapi, tsunami dapat menjalar di lautan sejauh ratusan kilometer dan menghantam masyarakat pesisir.

Kedatangan gelombang tsunami kedua di Phuket, Thailand
pada tahun 2004, gambar diambil oleh Zalzadore
Lisensi crative commons

Sebuah tsunami yang disebabkan oleh tumbukan dari asteroid berdiameter 200 meter di 130 kilometer lepas pantai Rio de Janeiro, misalnya, dapat menyebabkan lebih dari 50,000 kematian. 75 persen dari kematian ini disebabkan oleh tsunami itu sendiri dan sisanya disebabkan oleh hembusan angin kencang. Kejadian semacam ini tentu penting untuk dipahami dan diperhatikan oleh negara-negara yang luas wilayah lautnya, termasuk Indonesia. 

Akan tetapi asteroid yang melayang atau jatuh di atas sebuah kota, dapat membunuh jutaan orang. Kebanyakan kematian ini juga akan disebabkan oleh angin kencang, walaupun ketika asteroid ini pada akhirnya jatuh dan tidak meledak di udara.

Jika terkena hembusan anginnya saja, 15 persen korban akan jatuh akibat panas yang ditimbulkan. Dalam kasus tumbukan langsung, dampak dari hembusan angin dan gelombang panas akan berkombinasi dengan gelombang kejut, dan efek ini dapat mengoyak organ-organ dalam manusia.

Hanya kira-kira 3 persen dari jatuhnya korban akan disebabkan oleh tumbukan itu sendiri maupun gempa bumi dan puing-puing tumbukan (Rumpf et,al., 2017). Tim yang dipimpin oleh Rumpf akan mengkonsultasikan hasil penelitian mereka dengan lembaga-lembaga yang menangani penanganan bencana dan mempersiapkan rencana-rencana mitigasi.

Untungnya, asteroid berukuran raksasa tidak akan sering menumbuk bumi. Tumbukan dari asteroid berukuran 200 meter diperkirakan hanya terjadi sekali dalam 40.000 tahun. Selain itu terdapat banyak proyek yang tengah digarap untuk mempertahankan bumi dari tumbukan asteroid.

“Kami bertugas untuk mendeteksi asteroid sebelum mereka menumbuk bumi. sehingga upaya-upaya penanganan bencana hanya diperlukan jika kami gagal menjalankan tugas ini,”  ujar Erik Christensen, direktur dari Catalina Sky Survey di University of Arizona, Tucson.

Daftar Pustaka

1. Chesley, S. R., & Ward, S. N. (2006). A quantitative assessment of the human and economic hazard from impact-generated tsunami. Natural Hazards, 38(3), 355-374.
2. Rumpf, C. M., Lewis, H. G., & Atkinson, P. M. (2017). Population Vulnerability Models for Asteroid Impact Risk Assessment. arXiv preprint arXiv:1702.05798.

Suatu Saat Nanti Planet Mars Mungkin Akan Memiliki Cincin

Para peneliti telah menemukan gejala-gejala awal dari pembentukan cincin di Planet Mars. Dalam beberapa juta tahun ke depan, gravitasi Planet Mars diduga akan meluluh lantakkan satelitnya yaitu Phobos. Pecahan-pecahannya kemudian akan membentuk cincin pipih sebagaimana yang dimiliki oleh Planet Saturnus. Dan nampaknya pada saat ini sudah mulai ada pecahan-pecahan dari kedua bulan Planet Mars ini yang mengelilinginya dan membentuk cincin tipis. 

Foto planet Mars diambil pada tahun 1980 oleh NASA
(sumber : http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA00407 )
Lisensi Public domain 

Para astronom telah lama menduga bahwa Planet Mars bisa saja dikelilingi oleh sebuah cincin yang tersusun atas butiran batu yang terlempar dari kedua bulannya yaitu Phobos dan Deimos.

Pada tahun 1980 pencarian cincin Planet Mars dilakukan dengan menggunakan data pencitraan dari wahana Viking Orbiter 1. Pencarian yang dilakukan di antara orbit Phobos dan ±350 km di atas garis katulistiwa Mars ini gagal membuktikan keberadaan cincin Planet Mars (Duxbury & Ocampo, 1988). Para peneliti memunculkan dua buah kemungkinan. Kemungkinan pertama, memang cincin Planet Mars itu tidak ada. Atau kemungkinan kedua, cincin Planet Mars itu ada, tetapi sulit dilihat dari bumi maupun dengan menggunakan teleskop luar angkasa.

Akan tetapi, pada tahun 2013 lalu satelit yang bernama the Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN) menangkap keberadaan awan debu yang tinggi di sekitar planet ini. Tim MAVEN tidak dapat mengklarifikasi berapa ukuran partikel-partikel debu ini maupun darimana asalnya. Akan tetapi mereka menyatakan bahwa partikel-pertikel ini tersebar secara merata dan tidak terkonsentrasi membentuk pola cincin. Penyebaran ini menandakan bahwa partikel-partikel ini tidak berasal dari Planet Mars itu sendiri.

Analisis mutakhir dari data yang dimiliki tim MAVEN menunjukkan bahwa Planet Mars dikelilingi oleh cincin-cincin primitif (proto-rings) yang tersusun atas debu dan material lain yang berasal dari bulan-bulannya.

Jayesh Pabari dari Physical Research Laboratory di Ahmedabad, India, dan rekan-rekannya membandingkan pengukuran debu dari data MAVEN, dengan model-model yang didasarkan atas asumsi-asumsi yang ada mengenai banyaknya meteorit menghantam Planet Mars dan bulan-bulannya. Mereka berpendapat bahwa, gravitasi Planet Mars memerangkap partikel-partikel besar yang terpental akibat tumbukan-tumbukan ini, hingga akhirnya terbentuk cincin primitif di sepanjang orbit kedua bulan Planet Mars, sementara partikel-partikel yang kecil hilang terhempas oleh angin matahari (solar winds). Proses ini diduga akan terus berlangsung ketika gravitasi Planet Mars menarik  Phobos mendekatinya, dalam 20 hingga 70 juta tahun ke depan, dan menghancurkannya. Kelompok peneliti ini menyimpulkan bahwa 0.6% dari debu yang ditemukan MAVEN adalah material pembentuk cincin yang terpental dari Phobos dan Deimos (Pabari & Bhalodi, 2017).

Tim MAVEN masih belum mayakini adanya cincin primitif ini. MAVEN terbang menuju Phobos pada tahun 2016, dan pemimpin operasi ini tidak mengamati adanya peningkatan jumlah debu sepanjang orbitnya, ujar Bruce Jakosky seorang peneliti dati the University of Colorado Boulder.

Banyak informasi mengenai kabut debu ini yang masih kabur, karena MAVEN tidak didesain untuk mencari dan mengumpulkan debu. Selain itu memang belum ada wahana lain yang mampu mengumpulkan sampel debu yang telah mengunjungi Mars. Sebuah wahana milik Jepang bernama Nozomi memiliki perlengkapan untuk melaksanakan tugas ini. Sayangnya, permasalahan kelistrikan menggagalkan wahana tersebut untuk mendarat di Planet Mars pada tahun 2003. Pabari telah mendesain dan mengusulkan misi penyelidikan debu Planet Mars ini dalam sebuah misi yang disebut the Mars Orbit Dust Experiment (MODEX) yang akan dilaksanakan oleh wahana selanjutnya.

“Untuk memberikan kepastian mengenai debu Planet Mars ini, Anda harus memiliki detektor khusus" ujar Laila Anderssen, yang juga berasal dari University of Colorado Boulder. Ia masih menganalisa gejala elektronik pada temuan debu dari MAVEN. “Kita masih belum melihat indikasi mengenai adanya jumlah material yang cukup banyak di sekitar bulan. Jadi saya pikir ini merupakan proses jangka panjang,” ujar Anderssen, “tapi kita tidak boleh beranggapan bahwa ini merupakan hal yang tidak mungkin.”

Daftar Pustaka

1. Duxbury, T. C., & Ocampo, A. C. (1988). Mars: Satellite and ring search from Viking. Icarus, 76(1), 160-162.
2. Pabari, J. P., & Bhalodi, P. J. (2017). Estimation of micrometeorites and satellite dust flux surrounding Mars in the light of MAVEN results. Icarus, 288, 1-9.

Google Berambisi Menguasai Jagat Komputasi Quantum

Revolusi komputasi quantum mungkin akan terjadi lebih cepat dari perkiraan. 

Komputer quantum dengan perangkat superkonduksi
pada bagian atas
(creative commons via www.livescience.com)

Di sebuah tempat di California, Google tengah membangun perangkat yang akan mengantarkan sebuah era komputasi baru. Perangkat ini adalah sebuah komputer quantum, terbesar yang pernah dibuat, didesain untuk membuktikan bahwa mesin yang mengeksploitasi eksotika ilmu fisika dapat mengungguli supercomputer tertangguh di dunia.

  

Para ilmuwan kini mulai meyakini bahwa hal ini dapat terwujud jauh lebih cepat dari yang pernah diprediksikan dahulu, bahkan mungkin terjadi akhir tahun depan.

Revolusi komputasi quantum telah ditunggu-tunggu sejak lama. Pada tahun 1980-an, para ahli fisika teoritis telah menyadari bahwa komputer yang berbasikan mekanika quantum memiliki potensi untuk jauh mengungguli komputer biasa atau klasik, dalam beberapa hal. Akan tetapi mewujudkannya merupakan hal yang problematik. Hingga baru-baru ini komputer quantum yang dapat mengalahkan komputer klasik berkembang dari obrolan laboratorium menjadi sesuatu yang mungkin terwujud. Dan Google berambisi untuk menjadi pencipta pertamanya.

Rencana perusahaan ini sangat rahasia, dan mereka enggan memberikan komentar kepada media. Akan tetapi, para ilmuwan yang memiliki hubungan dengan Google meyakini keboleh jadian hal ini dalam waktu dekat.

“Mereka jelas-jelas pemimpin dunia saat ini, tak ada yang meragukannya,” ujar Simon Devitt dari  RIKEN Center for Emergent Matter Science di Jepang. “Google lah taruhannya. Jika bukan Google kelompok yang mewujudkannya maka pasti ada hal yang tidak beres.”

Niat Google ini secara sekilas dibocorkan oleh salah satu ilmuwannya, yang diam-diam mempublikasikan detail rencana mereka (Boixo, et.al, 2016). Tujuan mereka secara gamblang adalah supremasi quantum, yaitu membuat komputer quantum pertama yang mampu menjalankan tugas yang tak mampu dilakukan dengan komputer klasik.

“Ini merupakan cetak biru dari apa yang akan mereka lakukan beberapa tahun ke depan,” ujar Scott Aaronson dari University of Texas di Austin, Amerika Serikat.

Jadi apakah rencana Google tersebut? Komputer quantum memproses data sebagai quantum bits, atau qubits. Berbeda dengan bits klasik, qubits dapat menyimpan data sebagai kombinasi yang mengandung 0 dan 1 secara bersamaan, berkat adanya prinsip superposisi quantum. Potensi inilah yang memberikan komputer quantum keunggulan untuk menyelesaikan problem-problem tertentu, misalnya memfaktorkan angka yang besar. Akan tetapi menyelesaikan problem ini saja tidak cukup, karena komputer biasa juga mampu melaksanakannya. Untuk menunjukkan bahwa komputer quantum memang lebih unggul dibutuhkan ribuan qubits, yang belum dapat dijangkau dengan kemampuan teknis saat ini.

Untuk saat ini, Google mentargetkan kapasitas 50 qubits, walaupun di depan publik mereka hanya mengakui target komputer 9-qubit. Target ini ambisius tapi masih mungkin untuk dicapai.

Sebagai ajang pembuktian, mereka akan berfokus pada permasalahan yang sangat sulit untuk dapat dipecahkan dengan menggunakan komputer biasa. Permasalahan ini adalah mensimulasikan perilaku sirkuit quantum yang dirangkai secara acak.

Sedikit saja perbedaan masukan pada rangkaian sirkuit ini, dapat menghasilkan luaran yang sangat jauh berbeda. Akibatnya sulit bagi komputer biasa untuk menebak perilaku luaran ini, dengan cara menyederhanakan rangkaian dan melakukan aproksimasi. “Mereka sedang menyelesaikan permasalahan chaos secara quantum,” ujar Devitt. “Luaran rangkaian ini pada dasarnya acak, sehingga anda harus menghitung segalanya.”

Untuk menguji batasan komputasi klasik, Google menggunakan Edison, salah satu superkonduktor paling canggih di dunia, yang disimpan di US National Energy Research Scientific Computing Center. Google menggunakannya untuk mensimulasikan perilaku sirkuit quantum dengan grid qubit yang semakin besar, sampai dengan grid 6 × 7 yang berisi 42 qubits.

Komputasi ini rumit karena seiring dengan meningkatnya ukuran grid, memori yang dibutuhkan juga akan meningkat secara cepat. Sebuah grid berukuran 6 × 4 hanya membutuhkan 268 megabytes, lebih kecil dari memori smartphone di pasaran. Akan tetapi grid 6 × 7 membuthkan 70 terabytes, kira-kira 10,000 kali memori dari sebuah PC tercanggih.

Google berhenti pada ukuran grid 6 x 7 karena ukuran selanjutnya saat ini masih mustahil: sebuah grid 48-qubit akan membutuhkan memori sebesar 2.252 petabytes, hampir dua kali libat dari memori supercomputer terbaik di dunia. Jika Google mampu mewujudkan sebuah komputer quantum 50-qubit, maka mereka akan mengalahkan seluruh komputer yang ada.

Dengan menetapkan bentuk pengujian ini, Google berharap dapat melenyapkan keraguan akan kemampuan komputer quantum untuk mengungguli komputer biasa. Keraguan akan klaim ini pernah menerpa Google sendiri. Tahun 2015 Google mengumumkan bahwa mereka berhasil memecahkan beberapa masalah komputasi 100 juta kali lebih cepat dengan menggunakan komputer quantum D-Wave. D-Wave quantum computer merupakan komputer komersial yang memiliki sejarah kontroversial. Akan tetapi klaim ini segera dibantah oleh para ahli karena pengujian yang dilakukan tidak berimbang (bias).

Google membeli komputer D-Wave mereka pada tahun 2013 untuk mengetahui apakah komputer ini dapat dipergunakan untuk meningkatkan hasil pencarian. Tahun berikutnya, perusahaan ini merekrut John Martinis dari University of California, Santa Barbara, untuk mendesain qubits superkonduksi mereka sendiri. “Qubits nya berkualitas jauh lebih baik,” ujar Aaronson.

Martinis dan rekan-rekannyalah yang saat ini tengah berupaya untuk mencapai supermasi quantum 50 qubits, dan banyak yang meyakini bahwa mereka akan segera mencapainya. “Saya fikir hal ini dapat tercapai dalam dua atau tiga tahun,” ujar Matthias Troyer dari Swiss Federal Institute of Technology di Zurich. “Mereka telah menujukkan langkah-langkah konkrit untuk mencapainya.”

Menurut Devitt, Martinis dan kawan-kawan telah menetapkan sejumlah tenggat. Yang paling dekat ada pada akhir tahun ini, sayangnya nampaknya tenggat ini tidak akan terpenuhi.“(Tetapi) Saya optimis dan berpendapat mungkin pada akhir tahun depan,” katanya. “Jikapun mereka baru dapat mencapainya dalam lima tahun ke depan, ini masih akan menjadi suatu lompatan yang besar.”

Keberhasilan pertama dari eksperimen ini tidak akan menghasilkan komputer yang mampu memecahkan segala permasalahan di dunia. Berdasarkan teori, kemampuan ini membutuhkan mesin yang jauh lebih besar. Akan tetapi jika sebuah koputer quantum kecil dapat diwujudkan, maka hal ini akan mendorong munculnya inovasi dan perbaikan bagi komputer yang ada saat ini. Hal ini dapat mendorong lahirnya suatu era baru.

Aaronson membandingkannya dengan reaksi nuklir yang berhasil dicapai oleh Manhattan project di Chicago pada tahun 1942. “Keberhasilan (menciptakan komputer kecil) ini, dapat menjadi pemicu bagi orang untuk berfikir, jika kita ingin memiliki komputer quantum berskala penuh, maka berapa miliar dollar yang dibutuhkan?” ujarnnya.

Mengatasi tantangan untuk membuat komputer 50-qubit merupakan ancang-ancang Google untuk membuat sesuatu yang lebih besar. “Ini jelas-jelas merupakan suatu kemajuan dalam membangung komputer kuantum sesungguhnya,” jelas Ian Walmsley dari University of Oxford.

Agar komputer quantum dapat benar-benar bermanfaat dalam jangka waktu panjang, kita juga membutuhkan upaya sungguh-sungguh untuk mengembangkan quantum error correction yang kokoh. Ini adalah tehnik yang dibutuhkan untuk memitigasi kerentanan dalam kondisi quantum. Martinis dan lainnya sedang mengembangkan tehnik ini, akan tetapi nampaknya masih membutuhkan waktu yang lama. Akan tetapi ini tidak akan menghalangi cita-cita mencapai supremasi quantum.

“Begitu sebuah sistem yang mencapai supremasi kuantum (berhasil diciptakan) dan (sistem) ini menunjukkan potensi untuk di scale-up, maka hal ini akan menjadi pancingan bagi pihak swasta,” kata Devitt. “(hal ini menandakan bahwa) komputer ini siap untuk dibawa keluar dari laboratorium.” “Bidang ini sedang tumbuh lebih cepat dari yang diharapkan,” menurut Troyer. “Inilah masanya untuk membawa komputasi quantum dari ilmu murni ke bidang rekayasa dan benar-benar membuat komputer.”

Daftar Pustaka

1. Boixo, S., Isakov, S. V., Smelyanskiy, V. N., Babbush, R., Ding, N., Jiang, Z., Martinis, J. & Neven, H. (2016). Characterizing quantum supremacy in near-term devices. arXiv preprint arXiv:1608.00263.

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.

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.

Apa Saja Aplikasi Fisika Quantum Bagi Masa Depan?

Perilaku aneh fisika Quantum mungkin tampak terlalu tak terduga untuk dapat diandalkan bagi kebutuhan energi kita. Tetapi, teknologi baru memberikan harapan untuk memanfaatkan sifat-sifat fisika Quantum. Salah satu sifat Quantum yang paling pupoler ialah kenyataan bahwa cahaya memiliki sifat-sifat gelombang dan partikel. Sifat ganda ini digunakan dalam teknologi tenaga surya. Sinar matahari yang jatuh ke permukaan bumi dikonsentrasikan oleh cermin dan lensa yang bekerja berdasarkan sifat gelombang cahaya. Setelah berada didalam sel surya, cahaya terfokus ini bertabrakan dengan elektron dalam partikel, sehingga membebaskan elektron untuk menciptakan arus listrik.

Quantum dots
Generasi sel surya mendatang dapat menggunakan potongan-potongan kecil dari bahan semikonduktor yang disebut quantum dots. Perangkat ini berukuran sangat kecil (1 sampai 1.000 nanometer) sehingga hanya beberapa elektron bebas dapat berada di dalamnya. Karena tempat sempit ini, sebuah Quantum dots berperilaku seperti sebuah atom buatan yang didalamnya elektron hanya dapat hanya berada pada tingkat energi spesifik. Tingkat ini mendefiniskan secara spesifik panjang gelombang cahaya yang akan diserap oleh quantum dots. "Quantum dots memiliki sejumlah sifat tidak biasa dibandingkan dengan bulk semiconductor," kata Arthur Nozik dari National Renewable Energy Laboratory, bagian dari US Department of Energy. Dia dan rekan-rekannya sedang melihat bagaimana sebuah partikel cahaya tunggal (atau photon) dapat memasukki sebuah titik dan membangkitkan beberapa elektron, daripada biasanya. Peneliti lain mencari cara menyempurnakan panjang gelombang di mana sebuah titik menyerap cahaya dengan membuatnya lebih besar atau lebih kecil. Produsen Solar cell mungkin suatu hari nanti bisa mencampurkan titik-titik dengan ukuran yang berbeda untuk menyerap sinar matahari dangan berbagai panjang gelombang.

Quantum Wires
Sebuah kawat Quantum seperti halnya Quantum dots membentang di sepanjang satu arah. Dalam kasus-kasus tertentu, saluran sempit ini - 10.000 kali lebih tipis dari rambut manusia - bisa sangat baik dalam mengalirkan listrik, karena elektron cenderung bergerak secara lebih teratur sepanjang Quantum Wires. Salah satu cara untuk membuat kawat kuantum adalah dengan nanotube karbon, yang gulungan kecil dari lembaran karbon yang terikat secara hexagonal. Ditemukan pada tahun 1991, nanotube ini mulai muncul di semua jenis aplikasi, termasuk sebagai penyimpanan energi yang lebih baik. Sebagaimana telah ditunjukkan oleh salah satu grup MIT, adalah mungkin untuk membuat kapasitor souped-up dari karbon nanotube. Para peneliti menumbuhkan nanotube berdekatan untuk meningkatkan luas permukaan di dalam kapasitor. Yang dihasilkan adalah "ultra capacitor" yang dapat menyimpan sebanyak 50 persen listrik lebih banyak dibangdingkan dengan Baterai biasa. Ini mungkin ideal di dalam mobil listrik, sebagai kapasitor lebih tahan lama dan proses pengisian dan pengosongan listriknya lebih cepat daripada baterai.

Superconductor
Meskipun quantum wire merupakan konduktor yang baik, terdapat bahan lain yang mengunggulinya. Superconductor adalah bahan-bahan di mana elektron dapat secara berpasangan untuk membawa arus. Pasangan ini tidak biasa karena biasanya elektron akan saling tolak, tapi fisika quantum dapat mengatasi hal ini dan, dengan demikian, mengurangi hambatan listrik dalam superconductor hingga mendekati ke nol ohm. Hambatan adalah hal yang membuat kawat menjadi panas ketika membawa listrik. Perusahaan listrik biasanya kehilangan sekitar 7 persen dari energi mereka menjadi panas yang disebabkan oleh hambatan dalam transmisi kabel. Kabel superconductor memang dapat membantu mengurangi pemborosan. Masalahnya, superconductor hanya bekerja pada suhu yang sangat dingin. Sebagai contoh, sistem kabel superconductor terpanjang untuk transmisi daya yang dipasang pada awal tahun 2009 sepanjang setengah mil di Long Island, harus dikelilingi oleh cairan nitrogen agar tetap pada suhu minus 330 derajat Fahrenheit (minus 200 derajat Celcius).

Light Emitting Diode (LED)
Light Emitting Diode bekerja secara berkebalikan dengan solar cell. Arus listrik yang mengalir melalui dioda akan menyebabkan elektron melompat melintasi penghalang antara dua jenis bahan semikonduktor. Elektron yang melompat kemudian jatuh ke keadaan energi yang lebih rendah, kemudian memancarkan photon. Karena panjang gelombang cahaya yang dipancarkan berada pada pita yang amat sempit, tidak banyak energi yang terbuang sebagai sinar inframerah, seperti halnya yang terjadi pada bola lampu pijar. Efisiensi LED bahkan lebih baik daripada compact fluorescent. LED sekarang sedang dibuat menjadi lampu penuh yang dapat menggantikan bola lampu normal. walaupun lebih mahal, biaya tambahan LED dapat diimbangi oleh tagihan listrik lebih rendah.

Dalam usaha menghemat energi, Aplikasi fisika Quantum sedikit banyak dapat membantu kita di masa depan.