Sebagaimana yang dikemukakan fisika abad ke-20, sifat dasar ruang dan materi makin lama makin kabur. Para Fisikawan abad ke-18 dan ke-19 menjelaskan semua fenomena alam dalam terminologi gerak materi di dalam ruang. Bintang-bintang bergerak di dalam galaksi, planet-planet di dalam sistem tata surya, atom-atom di dalam objek dan elektron di dalam atom. Substansi atau materi terdiri dari partikel-partikel kecil yang tidak dapat dijangkau lagi yang menempati ruang dan bergerak di dalam ruang tersebut.
Ruang itu sendiri, terpisah dan berbeda dari materi, hampa, tetap dan mutlak yang merupakan panggung terbuka di mana partikel-partikel materi melakukan tarian fenomenanya. Tetapi dengan teori-teorinya, Einstein selamanya telah mengaburkan perbedaan nyata antara ruang dan materi. Dalam Teori Relativitas, ruang berubah-ubah serta bervariasi dan geometri-nya ekuivalen dengan materi. Sementara dari pandangan Teori Kuantum, elektron-elektron digambarkan dengan menggunakan wave functions, yang tidak merupakan getaran dari materi tetapi suatu media matematika informasi yang sama sekali abstrak. Gagasan sebelumnya bahwa materi dianggap sebagai substansi telah berubah menjadi sebagai pure stuff dan nonsense. Perubahan ide-ide mengenai ruang dan materi di dalam fisika mengakibatkan evolusi luar biasa mengenai metafora.

Secara Harfiah dan Metafora

Ide mengenai metafora tampaknya tidak mempunyai tempat di dalam buku-buku Ilmu Fisika. Pada pengertiannya yang paling sederhana, metafora menunjuk pada pemakaian kata atau kelompok kata bukan dengan arti yang sebenarnya, melainkan sebagai lukisan yang berdasarkan persamaan ataupun perbandingan. Penyair dan seniman sangat menyadari bahwa metafora adalah alat utama kreatifitas. Manusia sukar berfikir tanpa menggunakan analogi, perbandingan dan metafora dan metafora sangat umum digunakan di dalam sains tanpa disadari. Gagasan mengenai alam semesta atau tubuh manusia dipersamakan dengan mesin sementara otak dianggap sebagai komputer telah menjadi bagian dari bahasa sehari-hari. Bahkan konsep-konsep fisik mendasar seperti ruang, waktu, materi maupun angka mempunyai karakter metafora yang sangat penting.
Dengan mengatakan lengkungan ruang sebagai medan gravitasi, tidak dapat sangkal sebagai suatu metafora. Beberapa fisikawan dapat mengemukakan bahwa perbandingan ini menggambarkan ekuivalen matematis yang tepat. Ruang yang melengkung dan gravitasi adalah satu dan sama dalam persamaan relativitas. Metafora adalah suatu konsep ilmu bahasa (linguistik) yang tidak mempunyai tempat di dalam matematika. Tetapi jika ruang dan gravitasi adalah satu dan sama, mengapa kita harus mempersamakan keduanya? Persamaan menyiratkan ke-ekuivalen-an antara dua materi yang berbeda sementara relasi antara dua benda yang berbeda adalah apa yang dinamakan sebagai metafora. Persamaan matematika dengan efektif berfungsi sebagai metafora. Jika kita mencoba untuk memisahkan arti kata (semantik) dari matematik, maka kita tidak akan pernah dapat menafsirkan suatu persamaan ataupun suatu teori matematik. Sebagaimana halnya di dalam matematika, bahasa adalah hal yang sangat penting untuk mempraktekkan dan memajukan Ilmu Fisika.
Perbedaan nyata antara pengungkapan secara harfiah dan metafora, bahkan di dalam sains, tidak mungkin diperoleh. Esensi bagi seorang fisikawan dapat merupakan racun bagi fisikawan lainnya. Walaupun jika kita dapat memisahkan persamaan matematika dari semua muatan metafora, masih tidak mungkin kita dapat mendiskusikan, memberitakan dan, yang paling penting, menemukan sains tanpa menggunakan metafora. Semua kegiatan kreatif menerapkan penggunaan metafora. Ketidakjelasan pengungkatan harfiah dan metafora yang merupakan ciri pemikiran pemikiran abad pertengahan sebagian besar telah disangkal dan ditolak para era sains modern. Tetapi teori relativitas mengenai ruang-waktu dan teori kuantum telah mengembalikan matafora kepada suatu peranan sentral di dalam kasanah sains abad ke-20-an.

Materi sebagai Unsur Dasar

Ide mengenai kesatuan-kesatuan atau partikel-partikel yang tidak dapat dijangkau lagi sebagai unsur-unsur dasar suatu materi sudah dimulai sejak masa Yunani Kuno yaitu pada masa Democritus. Kata atom berasal dari istilah Yunani yang berarti tidak dapat dibagi. Pada awal bangkitnya era sains modern adalah Descartes sebagai pendukung utama akan ide bahwa bergeraknya suatu partikel merupakan dasar semua fenomena. Meskipun Newton menolak banyak rincian upaya Descartes ini, tetapi Newton tetap mempertahankan ide dasar dari mekanika partikel. Pada akhir abad ke-19, semua fenomena materi dianggap berasal dari gerakan partikel dan dari gelombang elektromaknetik di dalam ruang.
Meskipun atom, electron, dan kemudian neutron serta proton dianggap sebagai unsur-unsur dasar di satu saat, sejarah fisika abad ke-20 adalah sejarah yang makin melihat lebih mendalam ke dalam materi dan penemuan partikel yang makin kecil sebagai unsur-unsur dasar materi. Atom “Yang Tidak Dapat Dibagi” jauh sebelumnya telah diuraikan menjadi elektron dan nukleus. Elektron secara menakjubkan tidak dapat dipecah walaupun dengan menggunakan alat pemecah atom yang paling kuat. Oleh karena elektron masih tetap tidak dapat terbagi lagi maka unsur ini menjadi unsur mendasar di kebanyakan teori-teori fisika saat ini. Tidak demikian halnya dengan nukleus. Elemen ini dapat dipecah lagi menjadi neutron, proton dan apa yang disebut sebagai hadron family. Neutron dan proton bukanlah partikel-partikel fundamental. Kedua partikel ini pada gilirannya terbuat dari partikel yang jauh lebih kecil yang disebut quarks yang merupakan partikel terkecil yang ditemukan terkini dan agaknya merupakan kandidat bagi partikiel-partikel subnuclear yang paling mendasr.
Meskipun dengan semua pembagian dan pemecahan ini, sedikitpun belum diketahui mengenai apa yang menjadi bahan terbentuknya partikel dasar. Elektron dan quarks adalah objek yang paling kecil dan paling fundamental yang dapat dideteksi (quark hanya dapat dideteksi secara tidak langsung). Quark menempati ruang yang ribuan kali lebih kecil dari neutron dan proton dan seratus juta kali lebih kecil dari atom. Hal ini berarti bahwa sampai pada skala yang paling kecil, dengan menggunakan particle accelerators, elektron dan quark masih tetap tidak dapat dibagi dan tidak mempunyai struktur internal. Jika elektron dan quark terbuat dari ‘sesuatu yang lain’ hal ini masih terlalu kecil untuk dapat melihatnya.
Dengan menggunakan skala terkecil pengukuran saat ini, elektron dan quarks dianggap sebagai point particle yaitu partikel-partikel yang tidak mempunyai ukuran. Saat ini gagasan mengenai point particle yaitu suatu materi yang sangat kecil yang tidak mempunyai ukuran ataupun sambungan di dalam ruang, telah lama merupakan suatu angan-angan yang berguna dalam fisika, suatu metafora. Sebagai suatu realitas fisik, ini adalah hal yang tidak mungkin. Bagaimana materi dapat tidak menempati ruang sama sekali? Untuk benar-benar menjadi suatu objek yang tidak dapat terjangkau, materi harus memiliki suatu kepadatan tidak berhingga yaitu suatu ketidakmungkinan fisik. Jika suatu materi dapat tidak menempati suatu ruang, kemudian mengapa sebagian besar materi ataupun seluruh alam semesta dapat tidak menempati suatu ruang?Mengapa materi sama sekali tidak menempati ruang? Cepat atau lambat, quark dan elektron akan menunjukkan ukuran dan strukturnya jika kita menghindar dari menjelaskan mengenai alam benda dalam terminologi ketidakmungkinan fisik. Sebagai suatu gagasan matafora, suatu point particle merupakan berkah bagi fisika; sebagai realitas, ini adalah suatu yang sangat memalukan.
Bahkan jika dapat dipecahkan masalah ukuran, materi dasar apakah yang membuat partikel-partikel dasar ini (apapun mereka sebenarnya)? Apakah ada substansi di dalam partikel-partikel tersebut? Seperti diketahui bahwa teori kuantum mendiskripsikan elektron dengan menggunakan terminologi wave function, yang bukanlah merupakan materi apalagi fisik. Teori Kuantum memberikan informasi kepada (hanya bersifat statistik) mengenai lokasi suatu elektron, tetapi teori kuantum sama sekali tidak mengemukakan mengenai apa yang kita temukan ini (jikapun kita cukup beruntung menemukannya) dan terbuat dari apa benda tersebut. Dalam hal ini teori kuantum terpaksa membisu.
Jadi, jika wave functions bukanlah materi, sekurang-kurangnya function ini adalah fungsi matematika. Apakah semua hal kemudian “terbuat” dari matematika? Apakah makna pernyataan ini? Dan apakah matematika lebih baik dari metafora sebagai flesh and blood alam semesta? Matematika, seperti metafora, adalah suatu kecerdikan dari hasil fikiran manusia. Kita kagum dan gembira dengan struktur matematika alam semesta. Agaknya, segala sesuatu, dimulai dari dari kosmos sampai pada quark, menampilkan struktur atau pola matematika. Tetapi jika alam semesta terbuat dari funsi matematika, apakah kemudian alam semesta suatu produk dari fikiran manusia?
Perhaps we go too far. (Or is it physics that goes too far?)
Jika kita tidak dapat mengetahui dari benda apa materi terbuat, dapatkan kita sekurang-kurangnya mengetahui kepadatan dan ketidakterjangkauannya? Peribahasa lama mengatakan bahwa anda tidak dapat meletakkan dua benda pada waktu dan tempat yang sama. Versi teori kuantum mengenai hal ini adalah the Pauli Exclusion Principle yang mengatakan bahwa dua elektron tidak dapat bersama-sama menempati keadaan kuantum yang sama di dalam suatu atom. Oleh karena itu kedua hal dari materi yaitu kepadatan dan ketidakdapatdimampatkannyalagi serta struktur periodik dari unsur-unsur kimia tergantung pada gagasan bahwa atom ataupun molekul atau elektron adalah tidakdapatdijangkaulagi. Tetapi jika materi atau eletron tidak terbuat dari suatu substansi atau materi dasar, maka apanya yang tidak dapat dijangkau?
Kita perlu berhati-hati. Ketidakterjangkauan materi bukanlah hanya berkaitan dengan materi dasar. Tetapi juga berhubungan dengan kekakuan yaitu yang menjaga materi dari kerobohan dan membuatnya dapat menempati sejumlah tertentu dari ruang. Ada kekuatan-kekuatan diantara atom-atom yang mengeratkannya di dalam suatu tempat dan juga menjaga mereka dari terlalu berdekatan. Kekuatan-kekuatan-kekuatan ini, yang disebut sebagai atraktif dan repulsif, adalah gaya elektromagnetik di dalam alam. Kombinasi kekuatan-kekuatan atraktif dan repulsif menjaga atom-atom di dalam materi padat agar tetap dalam jarak tertentu dari atom lainnya. Oleh karena itu bentuk, kekakuan dan sambungan suatu objek diterangkan dalam terminologi gaya-gaya antar atom dan antar molekul.
Walaupun demikian, dalam hal ini timbul masalah logika. Pada diskusi mengenai gravitasi di dalam teori relativitas, diakui bahwa gaya grativitasi tidak pernah diselidiki secara langsung. Untuk mengetahui keberadaan gaya tersebut maka dilakukan pendugaan terhadap gerakan planet-planet, penembakan ke udara dan jatuhnya batu-batuan ke bumi. Hipotesa-hipotesa mengenai gaya universal gravitasi memudahkan dalam menjelaskan berbagai fenomena akibat tingkah laku galaksi sampai prinsip-prinsip Archimedes mengenai terapungnya suatu benda. Kita tidak pernah benar-benar melihat gaya gravitasi yang hanya dapat diketahui dari “buahnya.” Kenyataan ini, bersama-sama dengan ketidakmungkinan memisahkan gravitasi dari accelaration merupakan kunci Einstein dalam menciptakan Teori Relativitas Umum.
Jadi materi-materi pada dasarnya tidak ada bedanya bagi gaya elektromagnetik. Gaya-gaya diselidiki dan diukur dengan melihat akibat-akibat yang ditimbulkannya.
Pada saat jarum kompas dibelokkan, hal ini dapat terjadi karena adanya hubungan rotasi jarum tersebut dengan gaya magnit atraksi bumi. Gaya magnit ini tidak pernah dapat dilihat atau secara langsung diselidiki, tetapi diketahui hanya dengan melihat akibat-akibat yang ditimbulkannya. Semua informasi mengenai karakter dan struktur medan magnet bumi adalah hasil dari suatu kesimpulan. Sama dengan hal tersebut, dapat dikenakan mengenai kekakuan, kepadatan dan ketidakterjangkauan materi kepada kepada gaya-gaya elektromagnetik yang tidak pernah secara langsung diobservasi. Di dalam sains, hal ini tidaklah merupakan suatu masalah, karena diasumsikannya keberadaan gaya-gaya elektromagnetik menjelaskan demikian banyaknya fenomena yang berbeda yang sukar untuk dianggap sebagai suatu asumsi.

Logika Materi

Walaupun demikian, dari sudut pandang logika, timbul suatu masalah. Untuk menyatakan bahwa gaya-gaya elektromagnetik menerangkan kekakuan materi dan oleh karena itu dapat diambil kesimpulan bahwa keberadaan gaya-gaya ini dari kekakuan materi tersebut adalah suatu logical fallacy yaitu argumentasi yang berputar-putar.
Misalnya, kita dapat membuat kesimpulan adanya gaya-gaya elektromagnetik dari observasi elektron-elektron yang bertambrakan dan kemudian menggunakan gaya-gaya yang sama untuk “menjelaskan” kepadatan. Tetapi ada suatu hal yang melewati batas dalam hal ini yaitu menggunakan satu fenomena untuk menjelaskan fenomena lainnya, khususnya jika fenomena kedua menyangkut jutaan atom di dalam suatu interaksi yang jauh lebih rumit dari sekedar tambrakan antara dua elektron.
Lagipula, gaya-gaya yang diasumsikan untuk menjelaskan kekakuan materi selalu dihubungkan dengan materi itu sendiri, yang mana bentuk dan substansinya, seperti yang sudah kita ketahui, sama sekali masih misteri. Gaya-gaya dan materi saling berkaitan di dalam fisika. Kita tidak akan pernah mengetahui yang satu tanpa mengetahui yang lain. Untuk menjelaskan kekakuan materi dalam terminologi gaya-gaya internalnya adalah seperti mengatakan bahwa materi adalah padat karena materi memang padat. Gaya-gaya tersebut tidaklah secara langsung dapat diobservasi dan tidak akan pernah dapat dipisahkan dari materi itu sendiri. Gaya-gaya adalah kekayaan intrinsik materi itu sendiri. Keberadaan dan karakter materi sama membingungkannya dengan materi itu sendiri.
Kefanaan gaya-gaya sangat jelas di dalam teori relativitas. Di dalam teori ini, geometri menggantikan gravitasi. Setelah Einstein membuat teori yang lebih baik dan menyeluruh (yang tentunya juga menggunakan suatu asumsi), semua kesimpulan-kesimpulan yang diperoleh dari gerakan planet-planet dan benda-benda yang jatuh tidak dapat menyelamatkan gaya gravitasi. Jika pada tahun-tahun akhir hayatnya, Einstein berhasil me-geometri-kan gaya elektromagnetik electrom, seperti yang dilakukannya terhadap gravitasi, kita tidak akan pernah lagi membicarakan gaya elektromagnetik. Kuantum teori muncul dengan mendasarkan teori-teorinya pada gaya elektromagnetik. Elektrodinamika Kuantum dianggap sebagai teori yang paling akurat di dalam sejarah. Dan untuk sementara ini, gaya elektromagnetik masih tetap dianggap valid akan keberadaannya.
Pada akhirnya, bahkan jika gaya-gaya dapat ditempatkan pada suatu logika yang teguh, empiris, mendasar, gaya-gaya ini juga tidak akan dapat berbuat banyak. Gaya-gaya antar atom dan antar molekur sudah jelas tidak dapat menjelaskan elektron dan quark. Jika partikel-partikel dasar ini bukan points (yang mana suatu ketidakmungkinan fisik), jadi apa yang mengikat mereka bersama ataupun menjaga mereka dari kerobohan? Mengapa aliran eletrik suatu elektron tidak bergerak sendiri dan beterbangan? Jika diasumsikan ada gaya lainnya yang mengikat mereka, maka kita kembali kepada argumentasi yang berputar-putar. Gaya-gaya tidak lebih baik dalam menyelaskan kepadatan dan sambungan daripada deskripsi-deskripsi abstrak materi itu sendiri.
Mengenai materi, Fisika telah menghadiahkan kita dengan suatu deretan teori, model an metafora yang membingungkan yaitu materi Newtonian di dalam ruang, materi Einstein sebagai ruang, gravitasi sebagai acceleration, gravitasi sebagai geometry, partikel sebagai gelombang, gelombang sebagai partikel, wave function, distribusi probabilitas, dll. Perubahan pandangan mengenai materi yang bermula sebagai substansi, kemudian sebagai ruang, dan akhirnya sebagai abstraksi matematika atau informasi, menggambarkan evolusi luar biasa terjadap metafora. Konsep kita mengenai materi menjadi makin sangat halus (ethereal). Objek-objek sehari-hari seolah-olah menguap di depan mata (sekurang-kurangnya, mata hati kita). Di dalam Fisika, kita tidak lagi dapat membedakan antara ruang dan waktu.
Perubahan materi yang membingungkan ini menjadi ruang, geometry dan infomasi tidaklah unik bagi sains. In Platonic philosophy, kosmos itu sendiri adalah suatu organik secara keseluruhan, suatu makhluk hidup. Ruangnya seperti suatu kosmos ranah intelijen yang berkesadaran dan memiliki kearifan. Gerakan di ruang, perubahan dalam waktu, dan berfikir di dalam mind saling berhubungan dan saling terkait dalam suatu cara yang tidak dapat lagi kita fahami. Semua ini menggambarkan suatu metaphorical state of mind yang masih ada dalam medieval astrology tetapi kita tidak lagi mengalaminya sebagai suatu kebudayaan. Kita fikir kesadaran seperti itu sebagai hal primitif dan takhyul.
But aren’t we begging the question?