Ruang Raksasa Dalam Atom

Udara, air, gunung, binatang, tumbuhan, tubuh anda, kursi yang anda duduki, singkatnya segala yang anda saksikan, sentuh dan rasakan, dari yang paling berat hingga yang paling ringan tersusun atas atom-atom. Setiap halaman yang anda baca tersusun atas miyaran atom. Atom adalah partikel yang sangat kecil sehingga tidak dapat dilihat dengan menggunakan mikroskop yang paling hebat sekalipun. Diameter atom hanyalah berkisar seper satu juta milimeter.

Tidaklah mungkin bagi seseorang untuk melihat benda sekecil ini. Di bawah ini dipaparkan sebuah contoh untuk memahami dimensi atom:

Anggaplah bahwa anda memegang sebuah kunci di tangan. Sudah pasti, mustahil bagi anda untuk melihat atom-atom pada kunci tersebut. Jika anda bersikeras untuk melihat atom penyusun kunci tersebut, maka anda harus memperbesar kunci menjadi seukuran bumi. Jika anda telah berhasil melakukan pembesaran ini, maka atom-atom yang menyusun kunci tersebut akan terlihat berukuran sebesar buah cherry.

Di bawah ini satu lagi contoh agar kita dapat lebih memahami betapa kecilnya atom, dan bagaimana atom memenuhi segala tempat dan ruang yang ada.

Anggaplah kita ingin menghitung semua atom yang ada dalam sebutir garam dan anggaplah kita mampu menghitung satu milyar atom per detik. Kendatipun kita sangat terampil dalam berhitung, kita akan memerlukan lebih dari lima ratus tahun untuk menghitung jumlah keseluruhan atom yang menyusun sebutir garam yang sangat kecil ini. Subhanallaah… ini baru sebutir garam, bagaimana dengan jumlah atom yang menyusun alam semesta dan seisinya?

Kendatipun ukurannya yang teramat mungil, terdapat sebuah susunan yang sempurna, tanpa cacat, unik dan kompleks dalam atom tersebut yang kecanggihannya dapat disejajarkan dengan sistem yang kita lihat ada pada jagat raya.

Setiap atom tersusun atas sebuah inti dan sejumlah elektron yang bergerak mengikuti kulit orbital pada jarak yang sangat jauh dari inti. Di dalam inti terdapat partikel lain yang disebut proton dan netron.

Kekuatan Tersembunyi pada Inti

Inti atom terletak di bagian paling tengah dari atom dan terdiri dari proton dan netron dengan jumlah sesuai dengan sifat-sifat atom tersebut. Jari-jari inti atom berukuran sekitar seper sepuluh ribu jari-jari atom. Untuk menuliskannya dalam angka, jari-jari atom adalah 10-8 (0,00000001) cm, jari-jari inti adalah 10-12 (0,000000000001) cm. Jadi, volume inti atom adalah setara dengan seper sepuluh milyar volume atom.

Dikarenakan kita tidak dapat membayangkan benda sekecil ini, marilah kita ambil permisalan buah cherry di atas. Atom-atom akan terlihat sebesar buah cherry ketika kunci yang anda pegang diperbesar hingga mencapai ukuran bumi. Akan tetapi perbesaran ini masih sama sekali belum memungkinkan kita untuk melihat inti atom yang terlalu kecil untuk dilihat. Jika kita benar-benar ingin melihatnya maka kita harus meningkatkan perbesaran sekali lagi. Buah cherry yang mewakili ukuran atom harus diperbesar hingga menjadi sebuah bola raksasa dengan diameter dua ratus meter. Bahkan dengan perbesaran ini, inti atom tersebut berukuran tidak lebih dari sebutir debu yang teramat kecil.

Ketika kita bandingkan diameter inti atom yang berukuran 10-13 cm dan diameter atom itu sendiri, yakni 10-8 cm, maka yang kita dapatkan adalah sebagaimana berikut: jika kita asumsikan atom tersebut berbentuk bola, maka untuk mengisi bola tersebut hingga penuh, kita akan membutuhkan 1015 (1,000,000,000, 000,000) inti atom!

Ada lagi yang lebih mengherankan: kendatipun ukuran inti hanya seper sepuluh milyar ukuran atomnya, inti tersebut memiliki berat 99,95% dari keseluruhan berat atom. Dengan kata lain, hampir seluruh berat atom terpusatkan pada inti. Misalkan anda memiliki rumah dengan luas 10 milyar m2 dan anda harus meletakkan semua perabotan rumah tangga dalam kamar seluas 1 m2 di dalam rumah tersebut. Mampukah anda melakukan hal ini? Sudah pasti anda tidak mampu melakukannya. Akan tetapi inilah yang terjadi pada inti atom akibat sebuah gaya yang sangat kuat yang tidak ada duanya di alam ini. Gaya ini disebut “strong nuclear force (gaya inti kuat)”, satu di antara empat gaya fundamental yang ada di alam semesta yakni: 1. strong nuclear force (gaya inti kuat), 2. weak nuclear force (gaya inti lemah), 3. gravitational force (gaya grafitasi), dan 4. electromagnetic force (gaya elektromagnetik) .

Gaya inti kuat, yang merupakan gaya paling kuat yang ada di alam, mengikat inti atom sehingga stabil dan mencegahnya dari pecah berkeping-keping. Semua proton-proton pembentuk inti bermuatan positif dan, oleh karenanya, mereka saling tolak-menolak akibat gaya electromagnetik mereka yang sejenis. Akan tetapi, gaya inti kuat yang memiliki kekuatan 100 kali lebih besar dari gaya tolak-menolak proton ini menjadikan gaya electromagnetik tidak efektif. Hal inilah yang mampu menjadikan proton-proton pada inti terikat dan bergabung pada inti atom.

Singkat kata, terdapat dua gaya yang saling berinteraksi dalam sebuah atom yang amat kecil. Inti atom tersebut dapat terus-menerus berada dalam keadaan terikat dan stabil disebabkan karena gaya-gaya yang memiliki nilai yang akurat ini.

Ketika kita memperhatikan ukuran atom yang sangat kecil dan kemudian jumlah keseluruhan atom di jagat raya, sungguh tidak sepatutnya kita tidak mampu memahami adanya keseimbangan dan rancangan yang luar biasa pada alam ciptaan Allah ini. Sungguh jelas bahwa gaya-gaya fundamental di alam telah diciptakan Allah secara khusus dengan ilmu, hikmah dan kekuasaan yang maha besar.

Pengetahuan Tuhanku meliputi segala sesuatu. Maka apakah kamu tidak dapat mengambil pelajaran. QS. Al-An’aam, 6:80)

Ruang Kosong pada Atom

Sebagaimana telah disebutkan sebelumnya, bagian terbesar dari sebuah atom terdiri dari ruang kosong. Mungkin kita bertanya-tanya dalam hati: “Mengapa mesti ada ruang kosong ini?” Marilah kita merenung sejenak. Secara sederhana, atom terdiri atas sebuah inti yang dikelilingi oleh elektron-elektron. Antara inti dan orbit elektron ini tidak dijumpai partikel atau benda kecil apapun. Jarak mikroskopis (yang padanya tidak dijumpai partikel apapun) ini ternyata sangat besar jika dilihat dari skala atom. Kita dapat memisalkan skala ini sebagaimana berikut: jika sebutir kelereng berdiameter 1 cm mewakili elektron yang terdekat dengan inti atom, maka inti atom tersebut berada pada jarak 1 km dari kelereng ini. Di bawah ini sebuah kutipan yang memberikan gambaran yang lebih jelas kepada kita tentang dimensi ruang kosong pada atom:

Terdapat ruang kosong besar [yang mengisi ruang] antara partikel-partikel dasar [penyusun atom]. Jika saya umpamakan proton dari inti atom oksigen sebagai kepala jarum yang tergeletak di atas meja di depan saya, maka elektron yang berputar mengelilinginya akan membuat orbit lingkaran yang melalui negeri Belanda, Jerman dan Spanyol (penulis kutipan ini hidup di Perancis). Oleh karenanya, jika semua atom yang menyusun tubuh saya saling mendekatkan diri satu sama lain, hingga semua atom ini saling bersentuhan, maka anda tidak akan mampu melihat saya lagi. Anda benar-benar tidak akan pernah dapat melihat saya dengan mata telanjang. [Tubuh] saya akan [menjadi] sekecil partikel debu berukuran seper sekian ribu milimeter.

(Jean Guitton, Dieu et La Science: Vers Le Métaréalisme, Paris: Grasset, 1991, hal. 62)

Sampai di sini, kita telah memahami bahwa terdapat kemiripan antara ruang kosong pada sistem paling kecil seperti atom dengan ruang kosong pada sistem paling besar seperti alam semesta. Ketika kita arahkan penglihatan kita pada bintang-bintang, akan kita lihat ruang hampa sebagaimana ada pada atom. Terdapat ruang hampa berjarak milyaran kilometer di antara berbagai bintang dan di antara galaksi-galaksi. Namun, di kedua macam ruang hampa ini, terdapat sebuah keteraturan yang luar biasa yang sulit dipahami akal manusia.

Yang telah menciptakan tujuh langit berlapis-lapis. Kamu sekali-kali tidak melihat pada ciptaan Yang Maha Pemurah sesuatu yang tidak seimbang. Maka lihatlah berulang-ulang, adakah kamu lihat sesuatu yang tidak seimbang? Kemudian pandanglah sekali lagi niscaya penglihatanmu akan kembali kepadamu dengan tidak menemukan sesuatu cacat dan penglihatanmu itupun dalam keadaan payah. (QS. Al-Mulk, 67:3-4)

Wallaahu a’lam