Detik-Detik Kegagalan Dalam Sains

Oleh : Amelia Adam

Perkembangan pengetahuan saintifik selalu diingati sebagai detik-detik kemenangan sains dan saintis. Membayangkan wajah saintis-saintis tersohor yang dianugerahi pengiktirafan terulung seperti Hadiah Nobel bersamaan dengan tanggapan bahawa “saintis ialah sekelompok manusia yang selalu betul, berprofil tinggi dan selalu mempunyai jawapan yang tepat terhadap satu-satu soalan.” Kita sering melihat sains sebagai suatu disiplin ilmu. Hakikatnya, sains juga ialah satu proses—iaitu proses untuk mengumpulkan maklumat, mengenal pasti hubungan “sebab dan akibat” bagi satu-satu kejadian, sehinggalah penghujahan saintifik dapat dikemukakan.

Maka, adakah munasabah untuk mengatakan bahawa dalam suatu proses yang rumit untuk membuktikan kebenaran buah fikiran seseorang saintis, tiada detik-detik sukar yang dialaminya, seperti menghadapi kegagalan atau melakukan kesalahan? Persejarahan sains perlu mengangkat kisah-kisah kegagalan yang pernah dihadapi oleh saintis bukanlah untuk memalukan mereka, sebaliknya untuk menghebahkan semangat juang yang dimiliki oleh mereka ke arah memastikan idea (sama ada hukum, prinsip, teori atau hipotesis) mereka dapat menghasilkan penemuan saintifik yang bermakna, selain mengurangkan kebimbangan orang ramai yang ingin menceburi bidang sains. Andaian bahawa “sains hanya menghargai jawapan yang betul atau percubaan yang berjaya” boleh membantutkan minat seseorang untuk mempelajari atau menceburkan diri dalam penyelidikan saintifik.

Penemuan saintifik dipenuhi pelbagai kisah tentang kejayaan dan kegagalan komuniti sains. Kegagalan yang dihadapi tidak lain dan tidak bukan merupakan satu peluang bagi seseorang saintis untuk mengenal pasti kesalahan yang dilakukan, selain meneruskan budaya kerja yang baik dan bersesuaian dengan kaedah saintifik. Beberapa detik kegagalan dalam sains perlu dikenang demi menghargai kerja keras para saintis. Kemenangan sebenar dalam penyelidikan saintifik tidak bermaksud “tidak pernah gagal”, tetapi “pernah gagal dan memilih untuk terus berusaha.”

Albert Einstein dan Teori Kenisbian

Umum mengetahui bahawa Albert Einstein ialah genius dan tokoh yang ternama, malah seseorang tidak perlu menjadi pelajar sains untuk mengenalinya. Beliau telah membina sudut pandangan yang baru terhadap lima konsep yang penting dalam fizik iaitu graviti, ruang, masa, tenaga dan jirim. Einstein telah membangunkan salah satu teori saintifik yang paling berpengaruh dalam fizik iaitu Teori Kenisbian. Jika graviti “versi Newton” boleh difahami sebagai daya yang bertindak ke atas atau daya yang dikenakan terhadap suatu jasad berjisim, Einstein cenderung untuk berfikir seperti pensyarahnya, Hermann Minkowski. “Ruangan Minkowski” yang pernah diusulkan oleh ahli matematik itu merupakan suatu idea tentang bentuk dimensi keempat (4D Space) yang menggabungkan dimensi ruang (space) dan dimensi masa (time). Minkowski mempersetujui Einstein dalam banyak perkara dan telah mencadangkan penambahbaikan terhadap pemahaman pergerakan elektron oleh Hendrik Lorentz dalam Teori Kenisbian Khas Einstein.

Einstein, dalam tempoh masa sedekad (1905-1915) telah bertungkus-lumus untuk menguatkan kepercayaan masyarakat terhadap teorinya. Beliau membayangkan alam semesta ini sebagai suatu fabrik raksasa yang menempatkan pelbagai jasad atau objek samawi yang berbeza-beza dari segi saiz dan jisim. Jasad yang mempunyai jisim lebih besar akan memesongkan objek yang lebih kecil di sekelilingnya. Takrifan ini adalah jauh berbeza berbanding takrifan graviti dalam Hukum Kegravitian Semesta Newton, kerana teori kegravitian baru oleh Einstein ini cuba memperihalkan graviti yang dialami oleh sesebuah jasad sebagai akibat oleh kejadian “kelengkungan ruang-masa”.

Kelengkungan ruang-masa (sumber: sciencenews)

Seperti mana rumitnya idea Einstein itu untuk diterima oleh ahli-ahli fizik pada abad ke-20, seperti itu jualah rumitnya perjalanan ke arah membuktikan kebenarannya. Einstein perlu berhadapan dengan golongan pro-Nazi yang enggan melihat nilai saintifik teori yang dikemukakannya, sebaliknya menyalakan bara diskriminasi dengan mengaitkan keturunan ahli fizik teori itu— memang benar, Einstein berdarah Yahudi, namun wajarkah ideanya disisihkan hanya bersandarkan alasan itu? Walaupun Teori Kenisbian Am telah diterbitkan pada tahun 1915, Einstein memerlukan kira-kira empat tahun lagi bagi membuktikan kebenaran teorinya. Benarlah, jika kita ingin mencapai kejayaan, minat dan kesabaran perlu datang bersama!

Detik-detik sukar lain yang dialami Einstein termasuklah apabila pembantunya, Erwin Finlay-Freundlich telah ditahan semasa berada di Crimea (sebuah wilayah di Eropah Timur yang dikuasai Rusia) pada Ogos 1914. Beliau yang dijadualkan akan mengetuai sebuah ekspedisi untuk menyaksikan gerhana matahari di sana telah didakwa sebagai seorang “pengintip” oleh sekumpulan tentera yang berasa curiga terhadapnya. Ternyata rancangan Freundlich, seorang ahli astronomi muda untuk mengumpul dapatan saintifik di Crimea semasa meletusnya Perang Dunia Pertama ialah satu titik hitam dalam perjalanan ke arah pembuktian kebenaran Teori Kenisbian. Beliau telah dikurung di dalam tahanan selama beberapa hari sebelum akhirnya dibebaskan. Freundlich pernah mencadangkan agar Einstein mendapatkan kepingan gambar (atau apa-apa dokumen bergambar) fenomena gerhana matahari penuh yang pernah berlaku sebelum itu di Balai Cerap Hamburg (Hamburg Observatory). Namun, Einstein masih berharap agar beliau dapat menyaksikan ramalannya melalui Teori Kenisbian (iaitu kedudukan bintang di sebalik matahari akan teranjak sedikit apabila berlaku pembengkokan cahaya dalam suatu medan graviti yang disebabkan oleh bintang yang menjadi pusat Sistem Suria itu), akan dibuktikan dalam fenomena gerhana matahari penuh yang dicerap bersama rakan-rakan penyelidik yang lain.

Erwin Finlay-Freundlich (sumber: mathsitory)

Penahanan Freundlich bagaimanapun tidak mematahkan semangat Einstein, malah tidak jua menyebabkan beliau berasa takut untuk meneruskan usaha pembuktian teorinya. Kehadiran Arthur Eddington, seorang ahli astronomi British yang cukup disegani telah memberikan harapan baru kepada Einstein. Eddington telah menjadikan peristiwa gerhana matahari penuh pada 29 Mei 1919 sebagai peluang baru untuk membuktikan ramalan Einstein. Ironinya, Eddington telah membantu usaha seorang ahli fizik teori Jerman yang menyebabkan takrifan graviti oleh saintis terulung tanah airnya, Isaac Newton perlu dinilai semula!

Apollo 13: Kegagalan Yang Berjaya

Pendaratan manusia di bulan ialah satu kejayaan yang bukan sahaja menjadi buah mulut di seluruh dunia pada era 1970-an, namun kejayaan itu akan sentiasa dikenang sehingga kini. Misi Apollo 11 yang disertai Neil Armstrong bersama dua rakannya terpahat sebagai detik bersejarah dalam sains apabila angkasawan Amerika itu menjadi manusia pertama yang menjejakkan kaki di permukaan satelit semula jadi bumi pada 20 Julai 1969. Tentunya, kejayaan itu menjadi kegembiraan yang berganda apabila krew yang terlibat telah kembali ke bumi dengan selamat tanpa kehilangan nyawa. Namun, tidakkah kita ingin mengetahui tentang misi pendaratan di bulan yang “gagal tetapi berjaya”?

Krew Apollo 13, dari kiri: Fred Haise, John Swigert & James Lovell (sumber: astronomy)

Misi yang dimaksudkan itu ialah Apollo 13. Apollo 13 ialah misi ketiga yang dilancarkan bagi meneruskan seruan Presiden Amerika, John F. Kennedy untuk mendaratkan angkasawan di bulan. Apollo 13 yang dilancarkan pada April 1970, telah direncanakan untuk mendarat di bahagian utara kawah Fra Mauro (yang akhirnya menjadi lokasi pendaratan Apollo 14). Walau bagaimanapun, Apollo 13 mempunyai sebab yang berbeza untuk diingati dalam persejarahan pelaksanaan program Apollo. Misi ini telah mencapai kegagalan setelah berlaku letupan pada bahagian tangki oksigen kedua pesawat yang dinaiki mereka. Trio yang menganggotai misi tersebut iaitu John Swigert, Fred Haise dan James Lovell ditakdirkan menghadapi masalah itu semasa menempuhi 56 jam penerbangan. Letupan yang berlaku telah mengakibatkan kegagalan sistem pengoperasian pesawat untuk menjana tenaga elektrik dan membekalkan oksigen. Ungkapan popular “Houston, we’ve had a problem” (“Houston, kami mengalami masalah di sini”) oleh Swigert, yang kemudiannya diulangi Lovell telah mencetuskan kerisauan dalam kalangan petugas kawalan misi di Pusat Angkasa Houston, Texas (kini Pusat Angkasa Johnson). Mereka dilaporkan berada di jarak 330,000 km dari bumi semasa mendengar bunyi “Bang!”, suatu letupan dahsyat yang menggagalkan hasrat mereka untuk mendarat di bulan. Tumpuan baru krew Apollo 13 adalah untuk menerima isyarat bagi membolehkan mereka kembali ke bumi dengan selamat.

Seorang ahli matematik wanita, Katherine Johnson merupakan wira belakang tabir yang berperanan untuk menyelamatkan nyawa semua krew Apollo 13. Johnson telah menyediakan pengiraan bagi membolehkan “backup trajectories”, iaitu laluan alternatif yang perlu diambil oleh angkasawan apabila menghadapi kecemasan. Beliau juga telah membangunkan carta navigasi yang boleh memandu angkasawan untuk bertindak secara manual jika laluan asal telah berubah dan sistem navigasi elektronik gagal digunakan. Krew Apollo 13 telah menggunakan kedua-dua backup trajectories dan carta navigasi Johnson untuk kembali ke bumi, selain disokong beberapa idea kreatif yang cuba dilakukan dalam saat-saat yang mendebarkan.

Apollo 13 setelah “service module” mengalami kerosakan (sumber: space)

Krew Apollo 13 telah menggunakan beberapa peralatan yang terdapat dalam pesawat seperti beg plastik, kadbod dan pita pelekat untuk mengawal kandungan karbon dioksida yang terhasil melalui proses pernafasan. Langkah ini penting kerana kandungan karbon dioksida yang tinggi dapat membahayakan keadaan krew walaupun kandungan oksigen masih mencukupi bagi mereka bertiga dalam perjalanan pulang ke bumi.

Bahagian induk pesawat yang dinamakan Odyssey telah kembali memasuki atmosfera bumi dan berjaya mencapai komunikasi dengan petugas kawalan misi. Semua krew telah selamat tiba di bumi apabila modul berjaya mendarat di Lautan Pasifik pada 17 April 1970, berhampiran Samoa. Sesungguhnya, misi Apollo 13 ialah satu misi yang “gagal tetapi berjaya”—gagal untuk mendarat di bulan, tetapi berjaya kembali ke bumi dengan selamat. NASA tidak dihantui kegagalan misi ini untuk meneruskan cita-cita mereka demi menerokai dan melancarkan pendaratan di bulan. Program Artemis yang dirancang merupakan suatu siri pendaratan manusia di bulan pada abad ke-21 yang bakal menyaksikan wanita pertama menjejakkan kaki di permukaan pemantul cahaya matahari itu menjelang tahun 2024. Peristiwa malang yang menimpa misi Apollo 13 ialah satu batu loncatan kepada saintis dan jurutera yang terlibat untuk merancang alternatif terbaik bagi setiap pengoperasian pesawat angkasa. Kembalinya ketiga-tiga krew ke bumi meskipun telah kehilangan bekalan air kira-kira lima jam sebelum pendaratan ialah satu keajaiban yang dihasilkan melalui kerjasama dan kebijaksanaan saintis dari pelbagai bidang kepakaran, usia dan jantina

ARTIKEL PENULIS : Dari Bumi ke Marikh: Perseverance ‘Mata-Mata’ Terkini di Planet Merah

Neutrino: Zarah Yang Memintas Kelajuan Cahaya?

Meskipun ramai saintis yang masyhur termasuklah Albert Einstein mempercayai bahawa cahaya bergerak pada kelajuan yang malar dalam vakum, para penyelidik masih berminat untuk mengenal pasti kemungkinan bagi sesuatu zarah untuk memecahkan rekod itu. Sekitar September 2011, sekumpulan penyelidik yang di CERN yang menjalankan ekperimen OPERA (akronim bagi “Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus”) pernah menggemparkan dunia apabila melaporkan zarah asas yang dipanggil “neutrino” bergerak 60 nanosaat lebih laju berbanding kelajuan cahaya dalam vakum (iaitu 299792 km/s) semasa melalui jarak perjalanan sejauh 730 km, iaitu jarak yang memisahkan pemecut dengan pengesan zarah.

Meskipun laporan itu telah membangkitkan keterujaan dalam kalangan komuniti sains, penyelidik lain menzahirkan keraguan mereka terhadap dapatan itu yang tentunya bercanggah dengan kajian-kajian lampau. Harus diakui bahawa elemen kejutan ialah sesuatu yang dibenarkan dalam sains, namun penyelidikan saintifik adalah berpaksikan pembuktian yang meyakinkan. Justeru, eksperimen ulangan ialah jawapan terhadap keraguan ahli fizik ketika itu. Eksperimen ICARUS telah dilakukan oleh sekumpulan penyelidik yang diterajui Carlo Rubbia, seorang penerima Hadiah Nobel yang berkhidmat di CERN. Laporan pada Mac 2012 telah mendapati bahawa pergerakan neutrino tidak mengatasi kelajuan cahaya, sebaliknya sangat hampir menyamai kelajuan cahaya. Pengesan neutrino ICARUS telah menggunakan 430, 000 liter argon cecair bagi mengenal pasti kehadiran neutrino yang dihantar dari CERN.

Ringkasan eksperimen OPERA (sumber: bbc)

Dapatan ICARUS sekali gus telah menimbulkan suatu persoalan terhadap berita tular yang pernah dilaporkan OPERA: Adakah penyelidik yang menjalankan ekperimen itu telah tersilap? Ya, OPERA telah menjadi suatu “berita gembira” akibat kegagalan beberapa komponen dalam peralatan yang digunakan untuk berfungsi dengan baik, termasuklah kesalahan dalam sambungan antara kabel fiber optik yang menghubungkan isyarat dari pengukur GPS ke sistem pengukuran di makmal. Kira-kira tiga bula selepas ICARUS membuktikan bahawa neutrino masih mematuhi hukum fizik apabila zarah misteri yang sinonim dengan gelaran “zarah hantu” itu tidak memintas kelajuan cahaya, penyelidik OPERA telah melakukan pengukuran semula setelah sambungan kabel dan fungsi setiap komponen dalam peralatan yang digunakan sudah dipastikan betul. Pengukuran ulangan telah mengembalikan peminat fizik zarah untuk mempercayai status quo—iaitu neutrino bergerak hampir sama dengan kelajuan cahaya dalam vakum, bukannya lebih laju!

Beberapa penyelidik fizik zarah telah mengemukakan pandangan tentang dapatan awal OPERA. Andrew Cohen dan Sheldon Glashow berpendapat bahawa neutrino dalam eksperimen itu sepatutnya telah kehilangan tenaga dengan cepat, sehingga pergerakan zarah itu menjadi semakin perlahan, iaitu lebih perlahan berbanding kelajuan cahaya. Sementara itu, penyelidik Antonio Ereditato pula mengungkapkan “suatu keputusan yang dicapai tidak akan menjadi suatu penemuan (baru) sehingga ada orang lain yang mengesahkannya.” Kesimpulannya, sains ialah suatu lapangan ilmu yang berkembang hasil kerjasama saintis yang sentiasa terbuka untuk menerima kritikan dan memperbetul kesilapan mereka. Kegagalan dalam sains akan membuka lebih banyak pintu ke arah perbincangan dan penilaian semula suatu idea.