Konsep jisim adalah salah satu pilar fundamental dalam pemahaman kita tentang alam semesta. Dari partikel subatomik yang tak terlihat hingga galaksi-galaksi raksasa yang berkelompok dalam ruang kosmik, jisim memainkan peran sentral dalam membentuk realitas fisik yang kita alami dan amati. Dalam bahasa sehari-hari, jisim seringkali disamakan dengan berat, namun dalam fisika, kedua konsep ini memiliki perbedaan krusial. Jisim adalah ukuran kelembaman suatu benda, yaitu resistansinya terhadap perubahan gerak, sekaligus sumber gaya gravitasi. Sementara itu, berat adalah gaya gravitasi yang bekerja pada jisim tersebut.
Artikel ini akan membawa kita dalam perjalanan mendalam untuk menjelajahi berbagai aspek jisim: dari definisinya dalam fisika klasik dan modern, asal-usulnya di tingkat partikel, perannya dalam membentuk struktur alam semesta, hingga tantangan dan misteri yang masih menyelimuti pemahaman kita tentangnya. Kita akan menyelami teori-teori besar yang membentuk pandangan kita tentang jisim, seperti hukum gerak Newton, teori relativitas Einstein, hingga penemuan partikel Higgs yang memberikan kita wawasan baru tentang bagaimana partikel fundamental memperoleh jisimnya. Mari kita mulai eksplorasi terhadap salah satu properti paling esensial dari materi ini, yang sesungguhnya adalah fondasi dari segala sesuatu yang berjisim di alam raya.
Dalam kerangka fisika klasik, terutama yang dirumuskan oleh Sir Isaac Newton pada abad ke-17, jisim diperkenalkan sebagai properti intrinsik materi. Newton mendefinisikan jisim dalam dua cara yang berbeda namun saling terkait: sebagai jisim inersia dan jisim gravitasi.
Jisim inersia adalah ukuran resistansi suatu objek terhadap perubahan geraknya. Ini adalah properti yang dijelaskan dalam Hukum Gerak Kedua Newton, F = ma, di mana F adalah gaya bersih yang bekerja pada objek, m adalah jisim inersia objek, dan a adalah percepatannya. Semakin besar jisim inersia suatu benda, semakin besar gaya yang dibutuhkan untuk mengubah keadaan geraknya, baik untuk mempercepat, memperlambat, atau mengubah arahnya. Sebagai contoh, mendorong mobil jauh lebih sulit daripada mendorong sepeda, karena mobil memiliki jisim inersia yang jauh lebih besar.
Konsep ini sangat intuitif dalam pengalaman sehari-hari. Kita tahu bahwa objek yang lebih "berat" (dalam pengertian sehari-hari yang terkait dengan jisim) lebih sulit untuk digerakkan dari keadaan diam, dan juga lebih sulit untuk dihentikan jika sedang bergerak. Kualitas ini, yaitu keengganan untuk berubah, adalah inti dari apa yang dimaksud dengan jisim inersia. Tanpa jisim inersia, benda akan langsung bergerak dengan kecepatan tak terbatas bahkan dengan gaya sekecil apa pun, sebuah skenario yang jelas tidak sesuai dengan realitas kita.
Di sisi lain, jisim gravitasi adalah properti yang menentukan kekuatan gaya gravitasi yang dihasilkan oleh suatu objek, dan juga kekuatan gaya gravitasi yang dialami objek tersebut akibat keberadaan jisim lain. Ini dijelaskan dalam Hukum Gravitasi Universal Newton, F = G(m1m2/r²), di mana F adalah gaya gravitasi antara dua objek, G adalah konstanta gravitasi universal, m1 dan m2 adalah jisim gravitasi kedua objek, dan r adalah jarak antara pusat massa mereka.
Intinya, jisim gravitasi adalah apa yang menarik benda lain ke arahnya. Sebuah objek dengan jisim gravitasi yang lebih besar akan menghasilkan tarikan gravitasi yang lebih kuat. Bumi, misalnya, memiliki jisim gravitasi yang sangat besar, itulah sebabnya kita semua tertarik ke permukaannya. Bulan juga memiliki jisim gravitasi, meskipun lebih kecil, yang menyebabkan pasang surut air laut di Bumi.
Salah satu fakta paling menarik dalam fisika klasik adalah observasi bahwa jisim inersia dan jisim gravitasi selalu sama persis. Fenomena ini dikenal sebagai Prinsip Ekuivalensi Lemah. Percobaan-percobaan presisi tinggi telah berulang kali mengkonfirmasi kesetaraan ini dengan tingkat akurasi yang luar biasa. Newton sendiri telah mencatat ini, dan Einstein kemudian menjadikannya batu penjuru Teori Relativitas Umumnya. Kesetaraan ini berarti bahwa semua benda, terlepas dari komposisinya, akan jatuh dengan percepatan yang sama di medan gravitasi yang sama jika hambatan udara diabaikan. Sebuah bola bowling dan bulu akan jatuh bersamaan di dalam ruang hampa, sebuah demonstrasi klasik dari prinsip ini.
"Jisim adalah properti yang menentukan seberapa banyak materi yang terkandung dalam suatu objek, mengukur resistansinya terhadap perubahan gerak dan kemampuannya untuk berinteraksi secara gravitasi."
Dalam fisika klasik, jisim dianggap sebagai kuantitas yang kekal dan tidak dapat diubah. Hukum Kekekalan Jisim menyatakan bahwa jisim total dalam sistem tertutup akan tetap konstan, terlepas dari transformasi fisika atau kimia yang terjadi di dalamnya. Konsep ini bertahan selama berabad-abad hingga munculnya revolusi fisika modern yang dipelopori oleh Albert Einstein.
Abad ke-20 membawa perubahan drastis dalam pemahaman kita tentang jisim, terutama melalui karya Albert Einstein dan perkembangan mekanika kuantum. Konsep jisim yang sebelumnya dianggap mutlak dan kekal, kini menjadi lebih dinamis dan terhubung dengan energi serta struktur fundamental alam semesta.
Pada tahun 1905, Albert Einstein menerbitkan Teori Relativitas Khususnya, yang mengubah secara radikal pemahaman kita tentang ruang, waktu, dan jisim. Salah satu implikasi paling terkenal dari teori ini adalah persamaan E = mc². Persamaan ini menyatakan bahwa jisim dan energi sebenarnya adalah dua manifestasi dari entitas yang sama. Mereka dapat diubah satu sama lain: sejumlah kecil jisim dapat dilepaskan sebagai energi yang sangat besar (seperti dalam reaksi nuklir), dan sebaliknya, energi dapat diubah menjadi jisim.
Dalam konteks relativitas khusus, jisim yang kita bicarakan biasanya adalah jisim diam (rest mass), yaitu jisim suatu objek ketika ia dalam keadaan diam relatif terhadap pengamat. Namun, ketika suatu objek bergerak mendekati kecepatan cahaya, jisim efektifnya (sering disebut jisim relativistik, meskipun istilah ini kurang disukai oleh fisikawan modern) akan tampak meningkat bagi pengamat yang diam. Ini berarti semakin cepat suatu objek bergerak, semakin banyak energi yang dibutuhkan untuk mempercepatnya lebih lanjut, seolah-olah jisimnya meningkat. Fenomena ini merupakan salah satu alasan mengapa tidak ada objek berjisim yang dapat mencapai atau melebihi kecepatan cahaya.
Implikasi E = mc² sangat mendalam. Ini menjelaskan bagaimana matahari menghasilkan energinya melalui fusi nuklir, di mana sebagian kecil jisim hidrogen diubah menjadi energi. Ini juga menjadi dasar pengembangan bom atom dan energi nuklir. Jisim tidak lagi sekadar kuantitas materi, melainkan sebuah bentuk energi yang terpadatkan, sebuah gudang energi yang luar biasa.
Pada tahun 1915, Einstein memperluas teorinya menjadi Teori Relativitas Umum, yang merevolusi pemahaman kita tentang gravitasi. Berbeda dengan pandangan Newton yang menganggap gravitasi sebagai gaya yang menarik antara dua jisim, Einstein mengemukakan bahwa gravitasi adalah manifestasi dari kelengkungan ruang-waktu yang disebabkan oleh keberadaan jisim dan energi. Objek-objek berjisim besar, seperti planet dan bintang, membengkokkan struktur ruang-waktu di sekitarnya, dan kelengkungan inilah yang mengarahkan gerakan objek lain. Bayangkan selembar kain yang direntangkan, lalu letakkan bola bowling di tengahnya; kain itu akan melengkung. Jika kemudian Anda menggelindingkan kelereng di sekitar bola bowling, jalur kelereng akan mengikuti kelengkungan kain tersebut, bukan karena ada gaya yang menariknya, tetapi karena geometri ruang itu sendiri telah berubah.
Dalam konteks ini, jisim tidak hanya "menarik" tetapi secara aktif "membentuk" arsitektur alam semesta. Ini menjelaskan fenomena seperti pembelokan cahaya bintang saat melewati dekat matahari (gravitational lensing), pergeseran orbit Merkurius yang tidak dapat dijelaskan oleh fisika Newton, dan keberadaan gelombang gravitasi. Jisim menjadi aktor utama dalam drama kosmik, tidak hanya sebagai penarik pasif tetapi sebagai pembentuk aktif lanskap ruang dan waktu.
Dalam model standar fisika partikel, sebagian besar partikel fundamental awalnya diperkirakan tidak memiliki jisim. Ini menimbulkan pertanyaan mendasar: bagaimana partikel-partikel seperti elektron dan kuark, yang membentuk semua materi yang kita kenal, mendapatkan jisimnya? Jawabannya datang melalui konsep mekanisme Higgs.
Mekanisme Higgs mengemukakan adanya medan energi yang meresapi seluruh alam semesta, yang dikenal sebagai Medan Higgs. Partikel-partikel fundamental berinteraksi dengan medan ini, dan tingkat interaksi ini menentukan seberapa besar jisim yang mereka peroleh. Bayangkan Medan Higgs sebagai kolam yang dipenuhi sirup: partikel yang berinteraksi kuat dengan "sirup" ini akan bergerak lebih lambat, seolah-olah memiliki jisim yang lebih besar, sementara partikel yang berinteraksi lemah akan bergerak lebih cepat, seolah-olah memiliki jisim yang lebih kecil. Partikel-partikel yang tidak berinteraksi sama sekali dengan Medan Higgs, seperti foton (partikel cahaya), tetap tidak berjisim.
Partikel yang terkait dengan Medan Higgs adalah Boson Higgs. Penemuan Boson Higgs pada tahun 2012 di Large Hadron Collider (LHC) di CERN adalah salah satu pencapaian terbesar fisika partikel modern. Penemuan ini memvalidasi keberadaan Medan Higgs dan memberikan penjelasan fundamental tentang asal-usul jisim partikel, mengisi celah kunci dalam Model Standar. Namun, penting untuk dicatat bahwa mekanisme Higgs hanya menjelaskan jisim partikel fundamental. Sebagian besar jisim objek sehari-hari (misalnya, jisim Anda) sebenarnya berasal dari energi pengikat (binding energy) kuat yang mengikat kuark-kuark di dalam proton dan neutron, bukan langsung dari jisim diam kuark-kuark itu sendiri.
Jadi, fisika modern telah mengubah pandangan kita tentang jisim dari properti statis menjadi properti yang dinamis, terkait erat dengan energi, kelengkungan ruang-waktu, dan interaksi dengan medan fundamental yang meresapi alam semesta.
Untuk memahami bagaimana segala sesuatu yang berjisim terbentuk, kita harus menyelami struktur materi hingga tingkat fundamental. Dari partikel-partikel subatomik hingga atom dan molekul yang kompleks, setiap tingkatan memiliki peran dalam membentuk jisim objek yang kita lihat dan rasakan.
Menurut Model Standar Fisika Partikel, semua materi yang kita kenal terdiri dari dua kategori partikel fundamental: kuark dan lepton.
Selain kuark dan lepton, ada juga partikel pembawa gaya (boson), seperti foton (pembawa gaya elektromagnetik) yang tidak berjisim, dan gluon (pembawa gaya nuklir kuat) yang juga tidak berjisim. Boson W dan Z, pembawa gaya nuklir lemah, memiliki jisim yang signifikan, dan ini dijelaskan oleh mekanisme Higgs.
Partikel-partikel fundamental ini kemudian bergabung untuk membentuk struktur yang lebih kompleks. Proton dan neutron berkumpul membentuk inti atom. Inti atom ini, yang memiliki muatan positif, kemudian menarik elektron (lepton) yang bermuatan negatif untuk mengorbitnya, membentuk atom. Jisim atom sebagian besar terkonsentrasi di intinya, karena proton dan neutron jauh lebih berjisim daripada elektron.
Berbagai jenis atom, yang dibedakan oleh jumlah proton (nomor atom) dalam intinya, membentuk unsur kimia yang kita kenal, seperti hidrogen, helium, karbon, oksigen, dan sebagainya. Tabel Periodik Unsur adalah katalog dari semua jenis atom yang diketahui, masing-masing dengan karakteristik jisimnya sendiri.
Atom-atom ini kemudian dapat bergabung satu sama lain melalui ikatan kimia untuk membentuk molekul. Misalnya, dua atom hidrogen dan satu atom oksigen bergabung membentuk molekul air (H₂O). Jisim molekul adalah jumlah jisim atom-atom penyusunnya. Dari molekul sederhana seperti air, hingga molekul organik kompleks seperti protein dan DNA yang merupakan penyusun dasar kehidupan, semua memiliki jisim yang merupakan agregat dari jisim partikel-partikel di dalamnya.
Pada tingkat ini, kita melihat bagaimana jisim tidak hanya berasal dari partikel fundamental itu sendiri, tetapi juga dari energi yang mengikat partikel-partikel ini menjadi struktur yang lebih besar. Peran energi pengikat dalam menyumbang jisim adalah demonstrasi langsung dari ekuivalensi jisim-energi Einstein.
Jisim adalah arsitek utama alam semesta. Dari struktur galaksi yang megah hingga evolusi bintang, semua fenomena kosmik yang spektakuler didominasi oleh distribusi dan interaksi objek-objek yang berjisim.
Bintang adalah salah satu objek paling berjisim dan terang di alam semesta. Mereka terbentuk dari awan gas dan debu raksasa yang runtuh di bawah tarikan gravitasi mereka sendiri. Semakin banyak jisim yang terkumpul, semakin besar gravitasi yang bekerja, menarik lebih banyak materi ke intinya. Ketika inti mencapai kepadatan dan suhu yang cukup tinggi, reaksi fusi nuklir dimulai, mengubah hidrogen menjadi helium dan melepaskan energi yang sangat besar. Energi inilah yang melawan keruntuhan gravitasi, menjaga bintang tetap stabil.
Jisim awal sebuah bintang adalah faktor penentu utama dalam seluruh siklus hidupnya, dari kelahirannya hingga kematiannya.
Galaksi adalah kumpulan bintang, gas, debu, dan materi gelap yang sangat berjisim, diikat bersama oleh gravitasi. Galaksi-galaksi dapat memiliki jisim mulai dari jutaan hingga triliunan kali jisim Matahari. Tata surya kita, termasuk Matahari dan planet-planetnya, adalah bagian dari Galaksi Bima Sakti, sebuah galaksi spiral yang sangat berjisim. Distribusi jisim di dalam galaksi, terutama di cakramnya, menentukan bentuk dan dinamikanya.
Galaksi-galaksi sendiri tidak tersebar secara acak di alam semesta, melainkan membentuk struktur skala besar yang disebut gugus galaksi (clusters) dan supergugus (superclusters), dipisahkan oleh kekosongan (voids) yang luas. Jaringan kosmik ini, yang menyerupai jaring laba-laba raksasa, dibentuk oleh tarikan gravitasi dari konsentrasi jisim yang sangat besar selama miliaran tahun evolusi alam semesta. Konsentrasi jisim yang lebih tinggi menarik lebih banyak jisim, memperkuat struktur ini seiring waktu.
Salah satu objek paling ekstrem di alam semesta yang berjisim adalah lubang hitam. Lubang hitam adalah wilayah di ruang-waktu di mana gravitasi begitu kuat sehingga tidak ada apa pun, bahkan cahaya sekalipun, yang dapat lolos. Ini terjadi ketika sejumlah besar jisim dikompresi ke dalam volume yang sangat kecil, menciptakan singularitas gravitasi. Ada beberapa jenis lubang hitam:
Keberadaan lubang hitam telah dikonfirmasi melalui berbagai observasi, termasuk deteksi gelombang gravitasi dari penggabungan lubang hitam, dan pencitraan langsung lubang hitam supermasif di pusat galaksi M87. Mereka adalah bukti paling dramatis dari kemampuan jisim untuk membengkokkan ruang-waktu hingga batas ekstrem.
Meskipun kita telah membuat kemajuan luar biasa dalam memahami jisim, alam semesta masih menyimpan misteri besar terkait dengan properti fundamental ini: keberadaan materi gelap dan energi gelap. Keduanya merupakan komponen dominan alam semesta yang tidak dapat kita lihat atau rasakan secara langsung, namun memiliki pengaruh gravitasi yang sangat besar.
Pada tahun 1930-an, astronom Fritz Zwicky mengamati bahwa galaksi-galaksi di dalam gugus Coma bergerak terlalu cepat untuk tetap terikat secara gravitasi oleh jisim yang terlihat saja. Ini adalah salah satu petunjuk pertama adanya "jisim yang hilang". Sejak itu, bukti keberadaan materi gelap telah menumpuk secara masif dari berbagai observasi:
Diperkirakan bahwa materi gelap menyusun sekitar 27% dari total jisim-energi alam semesta, jauh lebih banyak daripada materi barionik (materi "normal" yang kita kenal) yang hanya sekitar 5%. Meskipun pengaruh gravitasi materi gelap sangat jelas, komposisinya tetap menjadi misteri. Kandidat utama untuk materi gelap adalah partikel-partikel hipotetis yang disebut WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), yang tidak berinteraksi dengan cahaya atau gaya elektromagnetik lainnya, membuatnya sangat sulit dideteksi. Pencarian WIMPs adalah salah satu bidang penelitian paling aktif di fisika partikel dan kosmologi.
Jika materi gelap adalah misteri yang berkaitan dengan jisim, maka energi gelap adalah misteri yang berkaitan dengan ekspansi alam semesta. Pada akhir 1990-an, pengamatan supernova tipe Ia menunjukkan bahwa alam semesta tidak hanya mengembang, tetapi ekspansi ini semakin cepat. Ini adalah penemuan yang mengejutkan, karena gravitasi dari semua jisim di alam semesta seharusnya memperlambat ekspansi, bukan mempercepatnya.
Untuk menjelaskan percepatan ekspansi ini, para ilmuwan mengemukakan keberadaan energi gelap, sebuah bentuk energi hipotetis yang meresapi seluruh ruang dan memiliki tekanan negatif. Tekanan negatif inilah yang bertindak sebagai "antigravitasi" pada skala kosmik, mendorong alam semesta untuk mengembang lebih cepat. Energi gelap diperkirakan menyusun sekitar 68% dari total jisim-energi alam semesta, menjadikannya komponen dominan dari alam semesta kita.
Berbeda dengan materi gelap yang memiliki jisim dan berinteraksi secara gravitasi (meskipun lemah), energi gelap tampaknya tidak memiliki jisim dalam pengertian tradisional dan tidak mengumpul. Ia tersebar secara merata di seluruh alam semesta. Meskipun konsepnya sangat baru dan belum sepenuhnya dipahami, energi gelap adalah elemen penting dalam model kosmologis standar saat ini, yang dikenal sebagai model Lambda-CDM (Lambda-Cold Dark Matter).
Materi gelap dan energi gelap secara kolektif menyusun sekitar 95% dari total jisim-energi alam semesta. Ini berarti bahwa seluruh materi "normal" yang membentuk bintang, planet, dan kita sendiri, hanya menyumbang sekitar 5%. Misteri yang menyelimuti materi gelap dan energi gelap adalah salah satu tantangan terbesar fisika modern, menunjukkan betapa banyak yang masih harus kita pelajari tentang jisim dan alam semesta yang berjisim ini.
Memahami jisim juga berarti mampu mengukurnya secara akurat. Sepanjang sejarah, manusia telah mengembangkan berbagai metode dan satuan untuk mengukur properti fundamental ini, mulai dari timbangan sederhana hingga teknik ilmiah yang sangat presisi.
Sistem Satuan Internasional (SI) menggunakan kilogram (kg) sebagai satuan dasar untuk jisim. Kilogram awalnya didefinisikan berdasarkan prototipe fisik (International Prototype Kilogram atau IPK), tetapi sejak 2019, definisinya telah direvisi berdasarkan konstanta fisika fundamental, yaitu konstanta Planck. Ini menjadikan definisi kilogram lebih stabil dan dapat direproduksi di mana saja.
Satuan lain yang umum digunakan meliputi:
Metode pengukuran jisim bervariasi tergantung pada skala objek yang diukur dan presisi yang dibutuhkan.
Untuk objek makroskopis di Bumi, jisim paling sering diukur menggunakan timbangan atau neraca. Alat-alat ini sebenarnya mengukur berat (gaya gravitasi) suatu objek dan kemudian menampilkannya dalam satuan jisim.
Di tingkat atom dan molekul, spektrometri massa adalah teknik kunci untuk mengukur jisim. Dalam spektrometer massa, sampel diionisasi dan dipercepat, kemudian dilewatkan melalui medan listrik atau magnet. Partikel-partikel yang berbeda dengan rasio jisim terhadap muatan (m/z) yang berbeda akan dibelokkan dengan jumlah yang berbeda, memungkinkan identifikasi dan kuantifikasi jisim partikel.
Untuk objek kosmik seperti planet, bintang, dan galaksi, jisim tidak dapat ditimbang secara langsung. Sebaliknya, jisim mereka disimpulkan dari efek gravitasi yang mereka timbulkan.
Untuk partikel subatomik yang sangat kecil, metode yang lebih canggih digunakan. Jisim partikel fundamental sering ditentukan melalui analisis energi dan momentum dalam tabrakan partikel berenergi tinggi, seperti yang terjadi di akselerator partikel (contoh paling terkenal adalah penemuan Boson Higgs di LHC). Jisim neutrino, yang sangat kecil, adalah hasil dari eksperimen yang sangat sensitif yang mengamati osilasi neutrino.
Setiap metode pengukuran jisim ini memiliki prinsip fisika yang mendasarinya dan dirancang untuk rentang skala yang spesifik, menunjukkan kompleksitas dan universalitas konsep jisim dalam seluruh spektrum fenomena fisika.
Meskipun seringkali kita menganggap jisim sebagai konsep abstrak dalam fisika, properti ini memiliki dampak yang sangat nyata dan fundamental dalam kehidupan kita sehari-hari dan dalam kemajuan teknologi. Segala sesuatu yang kita sentuh, rasakan, dan gunakan dalam dunia nyata adalah objek yang berjisim, dan interaksi jisim-lah yang membentuk realitas fisik kita.
Setiap kali kita mengangkat benda, melempar bola, mengemudikan mobil, atau bahkan sekadar berjalan, kita berinteraksi dengan jisim.
Jisim juga fundamental untuk kehidupan. Setiap makhluk hidup, dari bakteri mikroskopis hingga paus biru raksasa, adalah entitas berjisim yang terdiri dari atom dan molekul.
Hampir setiap teknologi modern memanfaatkan atau memperhitungkan jisim.
Dari gravitasi yang membuat kita tetap berpijak, hingga mekanisme partikel yang memungkinkan teknologi informasi, jisim adalah benang merah yang mengikat segala aspek keberadaan fisik kita. Pemahaman yang mendalam tentang jisim telah menjadi kunci untuk inovasi dan eksplorasi, memungkinkan kita untuk memahami dan membentuk dunia di sekitar kita.
Meskipun kita telah menempuh perjalanan panjang dalam memahami jisim, properti fundamental ini masih menyimpan misteri dan pertanyaan-pertanyaan besar yang mendorong batas-batas penelitian ilmiah. Jisim adalah pintu gerbang menuju pemahaman yang lebih dalam tentang alam semesta, dan penelitian di bidang ini terus menjadi salah satu area paling menarik dan menantang dalam fisika dan kosmologi.
Salah satu tantangan terbesar dalam fisika adalah menyatukan dua pilar utama fisika modern: Teori Relativitas Umum Einstein (yang menjelaskan gravitasi dan alam semesta berskala besar) dan Mekanika Kuantum (yang menjelaskan dunia partikel subatomik). Teori Relativitas Umum bekerja sangat baik untuk objek berjisim besar, sementara Mekanika Kuantum sangat sukses dalam menggambarkan interaksi partikel berjisim kecil. Namun, kedua teori ini tidak kompatibel satu sama lain dalam kondisi ekstrem, seperti di dalam lubang hitam atau di alam semesta sangat awal (Big Bang).
Pencarian Teori Gravitasi Kuantum (seperti teori string atau gravitasi kuantum loop) adalah upaya untuk membangun kerangka tunggal yang dapat menjelaskan gravitasi di semua skala, dari partikel fundamental hingga seluruh alam semesta. Ini akan memberikan pemahaman yang lebih utuh tentang bagaimana jisim menghasilkan gravitasi pada tingkat kuantum, dan mungkin mengungkapkan dimensi baru atau struktur dasar ruang-waktu yang belum kita ketahui.
Seperti yang telah dibahas, materi gelap menyusun sebagian besar jisim di alam semesta, namun sifatnya masih menjadi misteri. Eksperimen terus-menerus dilakukan di seluruh dunia, baik di laboratorium bawah tanah (untuk melindungi dari radiasi kosmik) maupun di akselerator partikel, untuk mencoba mendeteksi partikel materi gelap secara langsung. Penemuan partikel materi gelap akan menjadi terobosan besar, tidak hanya dalam kosmologi tetapi juga dalam fisika partikel, karena akan memperkenalkan partikel fundamental baru di luar Model Standar.
Memahami sifat asli materi gelap akan memberikan wawasan mendalam tentang asal-usul jisim, evolusi galaksi, dan takdir akhir alam semesta. Apakah materi gelap terdiri dari satu jenis partikel, ataukah ada "dunia gelap" yang lebih kompleks dengan partikel dan gaya interaksi yang berbeda?
Energi gelap bahkan lebih misterius daripada materi gelap. Tidak seperti materi gelap yang diasumsikan memiliki jisim dan berinteraksi secara gravitasi, energi gelap tampaknya tersebar merata dan menyebabkan percepatan ekspansi. Model paling sederhana untuk energi gelap adalah konstanta kosmologis (energi hampa), sebuah ide yang diperkenalkan oleh Einstein sendiri namun kemudian ia sesali sebagai "kesalahan terbesar". Namun, nilai konstanta kosmologis yang diprediksi oleh teori medan kuantum jauh lebih besar daripada yang diamati, sebuah masalah yang dikenal sebagai "masalah konstanta kosmologis".
Para ilmuwan sedang mencari penjelasan alternatif untuk energi gelap, seperti "esensi kelima" (quintessence) atau modifikasi gravitasi di skala kosmik. Memecahkan misteri energi gelap akan mengubah pemahaman kita tentang fisika fundamental dan evolusi alam semesta pada skala terbesar.
Jisim neutrino adalah contoh lain dari bagaimana pertanyaan tentang jisim dapat membuka jendela ke fisika baru. Model Standar asli mengasumsikan neutrino tidak berjisim. Namun, penemuan osilasi neutrino membuktikan bahwa mereka memang memiliki jisim, meskipun sangat kecil. Asal-usul jisim neutrino tidak dapat dijelaskan oleh mekanisme Higgs Model Standar dan menunjukkan adanya fisika di luar Model Standar. Ini mungkin melibatkan keberadaan neutrino steril atau mekanisme jisim baru yang belum ditemukan.
Penelitian tentang jisim partikel-partikel lain, termasuk upaya untuk mengukur jisim-jisim dengan presisi yang lebih tinggi, juga terus berlangsung dan dapat mengungkapkan petunjuk penting tentang alam semesta di tingkat fundamental.
Masa depan alam semesta kita sangat bergantung pada distribusi dan sifat jisim dan energi gelap.
Dari mencari partikel materi gelap yang sulit dipahami, mengembangkan teori gravitasi kuantum yang menyatukan semua gaya, hingga memecahkan teka-teki energi gelap yang mendorong ekspansi alam semesta, studi tentang jisim akan terus menjadi landasan eksplorasi ilmiah. Jisim bukan sekadar angka atau ukuran; ia adalah manifestasi dari interaksi fundamental yang membentuk realitas kita, dan memahami semua aspeknya adalah perjalanan abadi menuju pengetahuan yang lebih dalam tentang alam semesta yang kita huni.
Perjalanan kita menjelajahi konsep jisim telah membawa kita dari definisi klasik Newton hingga kompleksitas fisika kuantum dan misteri kosmologi modern. Kita telah melihat bagaimana jisim, yang awalnya dipahami sebagai ukuran materi yang kekal, kini diakui sebagai properti dinamis yang terjalin erat dengan energi, ruang-waktu, dan interaksi fundamental alam semesta. Dari jisim inersia yang menolak perubahan gerak hingga jisim gravitasi yang membentuk kelengkungan ruang-waktu, jisim adalah fondasi yang tak tergantikan dari keberadaan fisik.
Di tingkat mikroskopis, jisim partikel fundamental seperti elektron dan kuark, serta boson W dan Z, memperoleh karakteristiknya melalui interaksi dengan Medan Higgs yang meresapi seluruh ruang. Energi pengikat kuat di dalam proton dan neutron berkontribusi secara signifikan pada jisim atom dan molekul yang membentuk segala sesuatu di sekitar kita. Pada skala kosmik, jisim adalah arsitek utama. Ia memicu kelahiran dan kematian bintang, membentuk struktur galaksi, dan mengatur dinamika seluruh gugus galaksi. Objek ekstrem seperti lubang hitam menjadi bukti nyata kekuatan luar biasa dari jisim yang terkompresi.
Namun, pemahaman kita tentang jisim masih jauh dari lengkap. Mayoritas jisim-energi alam semesta, yaitu materi gelap dan energi gelap, masih menjadi misteri yang belum terpecahkan. Keberadaan mereka adalah pengingat bahwa alam semesta jauh lebih kompleks dan misterius daripada yang dapat kita amati secara langsung. Tantangan untuk mengungkap sifat asli materi gelap dan energi gelap, mengembangkan teori gravitasi kuantum yang menyatukan semua kekuatan fundamental, serta memahami asal-usul jisim neutrino, adalah dorongan utama bagi ilmu pengetahuan di masa kini dan masa depan.
Dalam kehidupan sehari-hari dan kemajuan teknologi, jisim adalah konsep yang tidak dapat diabaikan. Dari rekayasa struktur dan transportasi hingga studi biologis dan diagnostik medis, prinsip-prinsip yang melibatkan jisim menjadi dasar bagi inovasi dan pemahaman kita tentang dunia. Singkatnya, segala sesuatu yang berjisim adalah bagian dari jaringan interaksi yang tak terhingga, membentuk realitas yang kita alami.
Jisim, dengan segala kompleksitas dan misterinya, adalah jantung realitas fisik. Ia adalah properti yang memungkinkan adanya alam semesta yang kaya akan struktur, interaksi, dan kehidupan. Penjelajahan kita tentang jisim tidak hanya memperdalam pengetahuan ilmiah, tetapi juga memperkaya apresiasi kita terhadap keindahan dan keteraturan kosmos yang agung. Pencarian untuk memahami jisim secara lebih menyeluruh adalah janji untuk mengungkap rahasia terdalam alam semesta.