Peluruhan Radioaktif

Peluruhan radioaktif adalah peristiwa berubahnya sebuah materi radioaktif menjadi materi lainnya dengan pemancaran radiasi. Banyaknya bagian yang meluruh tergantung pada waktu paruh dari materi tersebut. Sebagai contoh, sebuah bahan radioaktif misalkan seberat satu kilogram dan memiliki waktu paruh seratus tahun. Maka seratus tahun kemudian, bahan radioaktif yang asli hanya tersisa setengah kilogram saja, sedangkan setengah kilogram lainnya telah meluruh menjadi materi yang berbeda. Metode penentuan usia fosil dan batuan biasanya memanfaatkan fenomena peluruhan radioaktif berbagai isotop unsur, sehingga dapat dipakai menentukan umur benda yang berusia ratusan hingga miliaran tahun.

Fenomena peluruhan radioaktif dapat dijadikan sanggahan terhadap argumen teis mengenai sebab pertama. Argumen ini mengatakan kalau segala sesuatu pasti memiliki sebab, dan sebab utama dari semua itu adalah tuhan. Namun dalam kasus peluruhan radioaktif, sama sekali tidak ada sebab mengapa ia meluruh. Apa yang dapat kita perhitungkan adalah kemungkinannya saja.

Fisika peluruhan radioaktif telah lama dipahami. Untuk kasus peluruhan alpha, mekanisme sederhana dibaliknya adalah penerowongan mekanika kuantum lewat sebuah halangan potensial. Anda akan menemukan penjelasan sederhana dalam sebarang buku mekanika kuantum dasar; sebagai contoh buku karya Ohanian, Principles of Quantum Mechanics yang memiliki contoh bagus mengenai peluruhan alpha di halaman 89. fakta kalau proses ini adalah probabilistik, dan eksponensial tergantung pada waktu, adalah konsekuensi langsung dari mekanika kuantum. (ketergantungan wantu adalah sebuah kasus “aturan emas Fermi” – lihat, sebagai contoh, di halaman 292).
Perhitungan yang pasti mengenai tingkat peluruhan, tentu saja, sedikit lebih rumit, karena memerlukan pemahaman mendalam dalam bentuk halangan potensial. Secara prinsip, ia dapat dihitung lewat kromodinamika kuantum, namun secara praktis perhitungan ini sangat rumit untuk dilakukan di masa depan yang dekat. Ada pendekatan yang sah dan selain itu, bentuk dari halangan potensial dapat diukur secara eksperimen.
Untuk peluruhan beta, teori dasar dibaliknya berbeda, ia dimulai dengan teori elektrolemah (yang membuat Glashow, Weinberg dan Salam memenangkan hadiah nobel) bukan kromodinamika kuantum. Untuk peluruhan gamma, yang dibutuhkan juga teori elektrolemah. Dalam masing-masing kasus, fisika dibaliknya telah sangat dipahami.
Seperti telah dijelaskan diatas, proses peluruhan radioaktif diprediksi pada sifat dasar materi. Untuk menjelaskan usia isotopis tua pada bumi yang muda dengan peluruhan dipercepat, peningkatan enam hingga sepuluh kali dari besaran dalam tingkat peluruhan dibutuhkan.
Sekarang, hukum-hukum dasar fisika, sebagaimana yang kita pahami, tergantung pada sekitar 25 parameter, seperti tetapan Planck h, tetapan gravitasi Newton G, dan massa serta muatan elektron, maka perubahan dalam tingkat peluruhan radioaktif akan mesti merubah paling tidak satu tetapan ini. Gagasan kalau tetapan ini dapat berubah seiring waktu bukanlah hal baru, dan jelas tidak terbatas pada kreasionis saja. Minat pada pertanyaan ini diajukan oleh hipotesis bilangan besar Dirac. Bilangan besar yang dipertanyakan adalah perbandingan gaya listrik dan gravitasi antara dua elektron, yang sekitar 10^40; tidak ada penjelasan mengapa bilangan yang demikian besar bisa muncul dalam fisika. Dirac menekankan kalau bilangan ini hampir sama dengan usia alam semesta dalam satuan atom, dan menyarankan tahun 1937 kalau kebetulan ini dapat dipahami bila tetapan dasar –khususnya, tetapan gravitasi newton – berubah saat alam semesta bertambah usianya. Perbandingan interaksi elektromagnetik dan gravitasional kemudian menjadi demikian besar karena alam semesta itu tua. Variasi demikian berada di luar teori relativitas umum biasa, namun dapat disesuaikan dengan modifikasi sederhana pada teori ini. Model lain, termasuk teori gravitasi Brans-Dicke dan beberapa versi teori superstring, juga memprediksikan kalau tetapan-tetapan fisika dapat berubah.

Peluruhan radioaktif bersifat acak/tidak teramalkan dalam setiap atom karbon 14 (atau isotop manapun), namun semua metodologi peluruhan radioaktif (dan penentuan usia radiometrik) bertopang pada tingkat peluruhan yang “terprediksi” dalam sejumlah besar atom. Apakah kita memakai penentuan usia carbon 14 atau teknik yang bertopang pada uranium-timbal atau potassium-argon, dimana kita mendapatkan usia sampel geologis yang sangat tua, “jam” penentuan ini secara statistik akurat dan dapat diprediksi (sebuah rata-rata). Jadi, dari sudut pandang penanggalan karbon, anda tidak dapat mengatakan ada 50% kemungkinan peluruhan dalam 5730 tahun namun usia paruh carbon 14 adalah 5730 tahun (yang berarti kalau aktivitasnya berkurang 50% dalam jangka waktu tersebut). Penanggalan radiometrik bertopang pada sebuah jam yang dapat diprediksi, bukan yang dapat atau tidak dapat bekerja…
Kreasionis bumi muda berpikir kalau jumlah Helium di atmosfer terlalu kecil. Mereka mengklaim kalau tingkat helium yang diproduksi peluruhan radioaktif, mestinya ada beberapa kali jumlah helium sebagaimana yang ada sekarang bila usia bumi miliaran tahun lamanya. Ini mengabaikan fakta kalau helium adalah gas yang amat sangat ringan. Begitu ringan sehingga ia dapat lepas ke ruang angkasa. Alasan mengapa ada sedikit helium di atmosfer adalah karena ia telah lepas ke luar angkasa setelah ia diproduksi.

Referensi:
Steve Carlip, 2006. The Constancy of Constants, Part 2.
http://www.talkorigins.org/

Luke Weston 2008, Chernobyl, and radioactive decay
http://enochthered.wordpress.com/2008/01/21/anti-nuclear-quote-of-the-day-5/

Roger Rotge ,2008, Radioactive particles and time dilation
http://www.atheistnexus.org/

Unless otherwise stated, the content of this page is licensed under Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License