Sangat menyenangkan untuk memikirkan tentang konstanta fisika fundamental. Ini adalah nilai-nilai khusus yang digunakan dalam model alam semesta fisik kita. Mereka mencakup hal-hal seperti kecepatan cahaya, konstanta gravitasi, dan konstanta Planck, dan mereka “fundamental” dalam arti bahwa kita tidak bisa menurunkannya secara teoritis, kita hanya bisa mengukurnya.
Kita menggunakan ini dalam menyelesaikan masalah fisika sepanjang waktu, jadi mudah untuk menganggapnya biasa saja. Tapi mengapa ada angka-angka seperti itu di alam, dan mengapa mereka kebetulan memiliki nilai-nilai spesifik itu? Karena, dengar, jika mereka sedikit berbeda, alam semesta mungkin tidak bisa mendukung kehidupan. Apakah ada “pembuat jam kosmis” yang mengatur parameter ini? Isaac Newton berpikir begitu.
Salah satu yang paling dasar dari angka-angka ini adalah konstanta listrik, k. Ini adalah nilai yang memungkinkan kita menghitung gaya antara muatan listrik. Itu hal besar ketika kamu mempertimbangkan bahwa semua materi terbuat dari hanya tiga hal—elektron, neutron, dan proton, dua di antaranya memiliki muatan listrik. Interaksi antara elektronlah yang membentuk molekul untuk menciptakan dirimu dan segalanya di sekitarmu. Kalau tidak, semuanya hanya akan menjadi sup tak berbentuk.
Tapi bagaimana kita tahu nilai konstanta listrik? Juga, apa hubungannya dengan konstanta fundamental lainnya? Dan apakah ini benar-benar fundamental? Mari kita telusuri.
Hukum dan Konstanta Coulomb
Ketika kita mengatakan sesuatu memiliki muatan listrik, artinya jumlah proton dan elektronnya tidak sama. Jika pengering pakaianmu melepaskan beberapa elektron dari kaos kaki, mereka jadi bermuatan positif. Jika mereka mendapat elektron, mereka akan bermuatan negatif. (Catatan: Kamu tidak bisa mengambil proton, karena mereka ada di inti atom. Itu akan melibatkan reaksi nuklir, yang tidak diinginkan siapa pun.)
Jika kamu punya dua benda dengan muatan berlawanan, mereka tarik-menarik. Jika muatannya sama, mereka tolak-menolak. Ini demo yang bisa kamu lakukan sendiri: Ambil sepotong selotip bening dan tempelkan di meja yang halus. Lalu letakkan potongan kedua di atasnya, dan lepas keduanya bersama. Sekarang, jika kamu memisahkannya, satu akan positif dan satu negatif; dekatkan mereka dan mereka akan melengkung saling mendekat.
Jika kamu ulangi prosesnya, kamu akan punya dua selotip positif dan dua negatif. Dekatkan dua dengan muatan yang sama, dan kamu akan lihat mereka saling menolak, seperti di gambar ini: