Dalam pelajaran fisika, kita sudah mengenal ada 7 besaran pokok dengan satuannya masing-masing yang distandardisasi secara internasional dengan sebutan sistem satuan internasional (SI). Sebelum 20 Mei 2019, ada 3 satuan yang didefinisikan berdasarkan konstanta fisika fundamental. Tiga satuan itu adalah detik, meter, dan kandela. Kini, empat satuan tersisa (kilogram, ampere, kelvin, dan mol) juga telah didefinisikan ulang dengan standar konstanta fisika fundamental. Apa pentingnya pendefinisian SI ini? Apa maksudnya pendefinisian berdasarkan konstanta fisika fundamental?
Sering kali kita tidak menyadari begitu banyaknya pengukuran yang sangat presisi yang memungkinkan kehidupan modern. Sebagai contoh, setiap komponen ponsel cerdas, dari chip, memori, mikrofon, hingga kamera, sangat bergantung pada serangkaian infrastruktur yang terdiri dari material, perangkat, proses, serta prinsip-prinsip ilmiah yang terukur dan teruji secara cermat. Semua itu untuk memastikan ponsel dapat melakukan panggilan, mengirim teks, atau mengakses internet. Pengukuran yang presisi telah menjadi tonggak peradaban manusia di era modern. Tanpa standar alat ukur yang jelas, peradaban kita bisa hancur seketika.
Dari sejarah, kita tahu bahwa untuk setiap besaran pokok para ilmuwan menuntut standar pengukuran yang seragam yang dapat direproduksi di manapun dengan hasil yang sama, baik di masa lampau, masa sekarang, maupun masa depan. Standar satuan ini dimulai dari sistem metrik Prancis, yang dirancang pada 1799 dengan target “untuk selamanya, untuk semua orang” karena satuan-satuannya didasarkan pada alam.
Pada awal pendefinisiannya, satu kilogram dinyatakan sebagai massa satu liter air, sementara satu meter didefinisikan sebagai sepersepuluh juta jarak dari Kutub Utara ke garis khatulistiwa. Seiring waktu, hingga akhirnya SI ditetapkan pada tahun 1960, sudah ada beberapa perubahan terhadap 7 satuan utama. Namun, ada beberapa satuan yang masih berdasarkan ukuran benda fisik seperti kilogram yang dinyatakan sebagai massa “International Prototype Kilogram” (IPK) yang dibuat dari paduan platinum dan iridium.
Satuan dalam bentuk benda fisik sebagai benda yang dapat aus tentu saja tidak mendukung slogan “untuk selamanya, untuk semua orang” sehingga satuan dari besaran pokok yang masih seperti itu harus didefinisikan ulang. Itulah yang mendorong sejumlah ilmuwan dan pemangku kebijakan dari 60 negara berkumpul di Versailles, Prancis, pada tanggal 16 November 2018 untuk menyepakati standar baru yang universal dan tak lekang oleh waktu. Prinsipnya, setiap satuan dasar SI harus berdasarkan pada properti alam yang fundamental yang konstan, tak berubah, yang dikenal sebagai konstanta fisika fundamental.
Di antara konstanta fisika fundamental adalah laju cahaya pada vakum dan konstanta Planck. Konstanta-konstanta ini sangat penting dalam berbagai hukum fisika. Dengan definisi satuan dasar yang berdasarkan pada konstanta fisika fundamental, setiap pengukuran akan terjamin bersesuaian dengan hukum fisika dan bersifat universal. Satu meter, misalnya, telah didefinisikan sejak tahun 1983 sebagai panjang lintasan yang ditempuh oleh cahaya dalam ruang hampa selama interval waktu 1/299.792.458 detik. Satuan detik dan kandela pun sebelum 20 Mei 2019 sudah ditetapkan berdasarkan konstanta fisika fundamental. Tinggal tersisa kilogram, ampere, kelvin, dan mol.
Perubahan terbesar terjadi pada satuan kilogram. Alih-alih menggunakan IPK, kilogram sekarang didefinisikan oleh konstanta Planck, h. Nilai yang disepakati untuk konstanta Planck mengandung satuan kilogram (kg), meter (m), dan detik (s) sehingga angka satu kilogram dapat diperoleh dari konstanta Planck (h = 6,62607015 × 10–34 kg m2 s–1). Ampere, sementara itu, didefinisikan oleh muatan listrik dasar, e = 1,602176 634 × 10–19, ketika dinyatakan dalam coulomb. Kelvin akan didefinisikan dengan mengambil konstanta Boltzmann k = 1,380649 × 10–23 ketika dinyatakan dalam satuan J K-1. Terakhir, mol didefinisikan oleh konstanta Avogadro (NA) yang mengandung tepat 6,02214076 × 1023 partikel. Angka ini adalah nilai numerik konstanta Avogadro, NA, ketika dinyatakan dalam satuan mol-1.
Efek langsung dari perubahan ini tampaknya tidak akan diperhatikan oleh konsumen umum di pasar. Kuantitas satu kilogram ikan filet di supermarket mungkin masih akan sama dengan yang pernah Anda beli dan simpan di kulkas sekian waktu lalu. Dampak terbesar oleh pendefinisian ulang satuan ini adalah pada produsen instrumen ilmiah. Beberapa di antaranya mungkin perlu menyesuaikan produk mereka di tahun-tahun mendatang untuk mengakomodasi metode SI yang direvisi untuk menentukan kuantitas yang lebih akurat, terutama dalam kelistrikan, seperti produk-produk yang memiliki keluaran ampere, volt, dan ohm.
Manfaat utama lain SI yang didefinisikan ulang adalah peningkatan kemampuan penskalaan dalam pengukuran. Saat kita menggunakan objek fisik untuk mengukur sesuatu, akurasi berkurang pada ukuran yang jauh lebih kecil atau lebih besar dari standar Anda. Perusahaan farmasi, misalnya, mungkin perlu mengukur bahan kimia untuk penelitian obat baru dalam jumlah yang jutaan kali lebih kecil dari kilogram standar. Definisi baru kilogram akan memungkinkan pengukuran yang jauh lebih baik dari massa miligram dan mikrogram ini.
Seperti yang telah disebutkan, 20 Mei 2019, adalah tanggal peluncuran resmi SI yang direvisi. Sekarang, semua ukuran massa, dari bulu mata hingga pesawat terbang , jika diukur dengan teknologi yang sama, dapat menghasilkan pengukuran yang lebih akurat dan presisi. Karena 20 Mei 2019 menjadi awal diberlakukannya definisi baru untuk satuan SI ini, hari itu disebut juga sebagai “Hari Metrologi Sedunia” (metrologi adalah cabang ilmu fisika yang terkait pengukuran).
Penemuan baru apa yang dimungkinkan oleh satuan SI yang direvisi? Bisakah tambahan beberapa titik desimal ke akhir pengukuran yang sudah sangat tepat membuat perbedaan signifikan? Sulit untuk menjawabnya, tetapi boleh saja kita katakan bahwa setiap kali manusia meningkatkan akurasi dan presisi pengukuran, teknologi yang lebih baik selalu muncul. Jika sejarah merupakan indikasi masa depan, SI yang telah direvisi kemungkinan akan membantu memecahkan berbagai misteri. Kita hanya perlu melakukan perubahan dan menyaksikan berbagai inovasi terungkap di masa depan.
Bahan bacaan:
- https://www.nist.gov/si-redefinition/turning-point-humanity-redefining-worlds-measurement-system
- https://physicsworld.com/a/new-definition-of-the-kilogram-comes-into-force/
- https://physicsworld.com/a/si-gets-a-makeover/
Penulis:
Ahmad Ridwan T. Nugraha, peneliti fisika, alumnus ITB dan Tohoku University.
Kontak: art.nugraha(at)gmail(dot)com.
