Apa itu mesin waktu?

20130825-163931.jpg

Mesin waktu, dari sudut pandang film-film fiksi sains, adalah sebuah kendaraan di mana pengendara (dan penumpangnya) mempunyai kemampuan untuk memanipulasi arus jalannya waktu sehingga dapat memutarbalikkan waktu menuju masa lalu atau mempercepat waktu menuju masa depan. Apakah kemampuan untuk memanipulasi arus jalannya waktu ini benar-benar bisa dilakukan? Mari kita bahas bersama. Tapi sebelumnya mari kita bedakan antara perjalanan ke masa lalu dan ke masa depan.

Apakah perjalanan menuju masa lampau itu mungkin? Apakah kita bisa memutarbalikkan waktu?

Jawaban singkatnya, tidak. Dalam bidang fisika termodinamika, kita mengenal apa yang disebut dengan entropi. Entropi, dalam skala keseharian, adalah nilai perubahan energi untuk mencapai keseimbangan temperatur dalam sebuah sistem tertutup. Contoh sederhana disebutkan dalam hukum kedua termodinamika itu sendiri: energi panas akan selalu mengisi ruangan yang bersuhu lebih rendah sehingga suhu akhir ruangan tersebut mencapai keseimbangan. Sedangkan di skala sub-atomik, entropi adalah dinamika pergerakan partikel untuk mencapai suatu keseimbangan (thermal equilibrium) yang berprinsip pada hukum kedua termodinamika. Jadi, memutarbalikkan waktu berarti juga memutarbalikkan momentum pergerakan seluruh partikel di alam semesta ini agar menempati posisi sebelumnya. Hal ini tentu bertentangan dengan hukum kedua termodinamika.

Baca lebih lanjut

Iklan

Mengapa Anda Ateis? (Jawaban boerong hantoe)

Saya dibesarkan di dalam keluarga Katolik yang bisa dibilang sangat taat dalam beragama. Saya dulu sangat relijius. Setiap Sabtu atau Minggu saya tidak pernah absen dalam mengikuti misa di gereja. Saya bahkan merasa bangga menjadi putra altar yang pernah melayani Kardinal di gereja kecil di kota kelahiran saya. Tapi itu dulu, karena sekarang suatu proses telah merubah pola pikir saya menjadi non-relijius, menjadi orang yang tidak percaya bahwa Tuhan ada. Proses menjadi tidak percaya ternyata tidak gampang dan memakan waktu yang tidak sebentar.

Desember 2012 lalu, saya mendengar cerita dari adik sepupu saya yang bersekolah di salah satu seminari di Jawa. Seminari adalah sekolah setara tingkat SMA, yang bertujuan untuk mengarahkan murid-muridnya untuk menjadi Pastor. Sekolah ini mewajibkan muridnya untuk tinggal di asrama di area sekolah dan kunjungan keluarga/orang-tua hanya dibatasi sekali setiap bulan. Adik sepupu saya bercerita bahwa ada teman satu sekolah yang baru saja meninggal. Temannya meninggal karena ada ranting pohon besar lapuk di area sekolahan yang jatuh menimpa kepalanya sampai berlubang. Tragisnya, peristiwa jatuhnya ranting pohon itu disaksikan langsung di depan mata ibunya (waktu itu bertepatan dengan kunjungan orang-tua murid). Dia juga menceritakan bahwa ibunya sempat berusaha untuk menahan kepala anaknya yang bolong sembari kakaknya yang ternyata juga murid senior di sekolah itu berteriak minta tolong.

Mendengar kisah tersebut saya tidak bisa berkomentar banyak, sangat memilukan. Tapi cerita tersebut mengingatkan kepada salah satu cerita teman saya hampir 10 tahun yang lalu. Di tahun 2004 saya kuliah di Australia dan tinggal di sebuah homestay bersama seorang teman dari Eropa. Meskipun kami tidak begitu dekat, dia bercerita banyak pengalaman yang dia alami sewaktu menjadi staff Emergency Response Team. Dia pernah berada di lokasi suatu peristiwa kecelakaan yang sangat parah di mana dia melihat seorang ibu yang harus menyaksikan anak laki-lakinya meninggal di belakang mobil karena terjepit. Pada saat itulah dia merubah pandangan hidupnya, dengan kata-katanya yang masih saya ingat:

“Tuhan tidak peduli atau tidak ada. Saya pilih yang terakhir.”

Tahun 2004 inilah yang menjadi titik di mana saya mulai ragu dan membuka banyak pertanyaan. Kenapa banyak kesengsaraan di dunia ini sedangkan orang-orang yang beragama bersyukur bahwa mereka ditolong oleh “kekuatan di atas”. Kenapa “kekuatan di atas” tersebut tidak menolong orang-orang yang lebih membutuhkan? Apakah benar apa kata teman saya, bahwa tuhan tidak peduli? Ya, itulah jawaban saya saat itu. Tuhan hanya tidak peduli, karena tanpa dia siapa yang menciptakan manusia dan alam semesta?

Proses berjalan selama beberapa tahun ke depan sampai saya menjadi sangat tertarik dengan sains. Sosok ilmuwan yang mengubah obsesi saya terhadap sains adalah Carl Sagan. Dari situlah saya mulai tertarik dengan astronomi, astrofisika, ilmu fisika pada umumnya, kosmologi, dan beberapa sains modern seperti ilmu kuantum, relativitas, fisika nuklir dan lainnya. Saya memahami bagaimana alam semesta ini terbentuk, saya mengerti secara teknis bagaimana Einstein bisa menuangkan teori relativitasnya, saya mengerti proses-proses dari inflasi kuantum 13,8 miliar tahun lalu menjadi proses evolusi yang menghasilkan sosok manusia, saya belajar untuk rendah hati dan berkata tidak tahu jika memang tidak tahu. Saya menyadari bahwa ilmu pengetahuan maju dengan pesatnya sehingga kekosongan/ketidaktahuan yang biasanya diatributkan sebagai “karya tuhan” menjadi sebuah fenomena alam yang bisa dijelaskan tanpa faktor supernatural. Saya juga menyadari bahwa moral tidak datang dari agama. Moralitas datang dari empati dan pengalaman hidup manusia, bukan dari ajaran agamanya.

Saya melirik kembali pernyataan teman saya, “Tuhan tidak peduli atau tidak ada. Saya pilih yang terakhir.”

Saya juga pilih yang terakhir.

/boo/

Apakah black hole itu? Apakah black hole benar-benar ada?

Apakah itu Lubang Hitam?

Lubang Hitam, yang juga akrab disebut Black Hole, adalah sebuah fenomena pelengkungan ruang-waktu yang sangat ekstrim sehingga tidak ada yang bisa lolos dari interaksi gravitasi yang dihasilkan, bahkan kecepatan cahaya sekalipun.

Lubang hitam terjadi disebabkan oleh beberapa faktor. Faktor yang paling umum adalah akibat dari efek gravitasi yang sangat kuat sehingga tekanan internal di skala atom tidak bisa menahan keruntuhan gravitasinya sendiri. Faktor lain penyebab lubang hitam adalah tabrakan dua atau lebih benda padat berenergi tinggi.

“Selain massa, energi juga bisa melengkungkan ruang dan waktu. Jadi lubang hitam juga bisa terbentuk tanpa harus ada materi, melainkan murni dari energi yang sangat tinggi difokuskan ke satu titik sehingga tercipta singularitas. Fenomena ini disebut dengan Kugelblitz.”

Sebuah bintang yang mendekati ajalnya, hanya mempunyai sedikit bahan bakar untuk menghasilkan energi panas yang juga berfungsi juga untuk memberikan tekanan internal melawan gravitasi. Jika fusi nuklir sudah tidak bisa terjadi, bintang sekarat tersebut tidak mampu lagi menghasilkan panas dan memberikan tekanan internal, sehingga gaya gravitasi mengambil alih dan bintang tersebut ambruk.

Nasib akhir bintang sangat bervariasi. Faktor yang mendukung variasi tersebut dipengaruhi oleh massa awal bintang tersebut. Bintang bermassa setara dengan Matahari kita akan berubah menjadi white dwarf pada saat ajalnya. Hanya bintang bermassa puluhan kali massa Matahari yang memungkinkan kematian bintang tersebut melahirkan lubang hitam.

Apakah lubang hitam itu nyata atau hanya sekedar konsep matematis saja?

Lubang hitam itu nyata. Mungkin memang terasa tidak masuk di akal untuk membayangkan sebuah planet yang dimampatkan hingga menjadi lubang hitam. Tapi ingat bahwa materi di alam semesta ini tersusun oleh atom. Sedangkan struktur dari atom sendiri didominasi oleh ruang hampa. Jika inti atom (nukleus) kita analogikan berukuran sebesar buah anggur, elektron terdekat berada di jarak sekitar 1.5 kilometer dari nukleusnya.

Di samping itu keberadaan lubang hitam sudah dikonfirmasi oleh para ilmuwan beberapa tahun terakhir ini. Bima Sakti mempunyai satu lubang hitam super-besar berada di tengah-tengah galaksi. Tata surya kita mengorbit lubang hitam ini setiap sekitar 250.000 tahun sekali.

Bagaimana penjelasan lubang hitam secara teknis?

Disclaimer: Bagian ini berisikan rumus-rumus fisika untuk menjelaskan bagaimana ilmuwan menyimpulkan fenomena lubang hitam. Anda diharapkan untuk mengerti sedikit matematika aljabar dan dasar-dasar fisika untuk menurunkan rumus-rumus di bawah.

Untuk bisa menjelaskan lebih detil bagaimana fenomena ini bisa terjadi, mari kita bahas secara lebih terperinci. Fenomena alam yang kerap kita alami sehari-hari sering melibatkan gravitasi. Contohnya adalah saat kita melempar bola ke atas, bola tersebut akan kembali jatuh ke tanah. Semakin kuat anda melempar bola keatas, semakin jauh bola tersebut bergerak sebelum akhirnya kembali jatuh ke Bumi.

Energi pergerakan yang dihasilkan dari ayunan tangan kita sewaktu melempar bola ke atas disebut sebagai energi kinetik.

E_{kinetik} = \frac{1}{2}mv^2

m — massa bola
v — kecepatan bola

Sedangkan energi yang dihasilkan bola tersebut karena berada di medan gravitasi Bumi disebut energi potensial. (catatan: energi potensial biasanya bertanda negatif karena berlawanan dengan energi kinetik).

E_{potensial} = -\frac{GMm}{r}

G — konstanta gravitasi
M — massa Bumi
m — massa bola
r — jarak antara bola dan Bumi

Pernahkah terpikirkan oleh Anda seberapa cepat anda harus melempar bola ke atas, sehingga bola tersebut tidak akan pernah jatuh kembali ke Bumi? Untuk bisa melakukan hal tersebut akumulasi energi kinetik dan energi potensial harus nol; atau dengan kata lain nilai energi kinetik dan energi potensial adalah sama.

E_{kinetik} + (- E_{potensial}) = 0
E_{kinetik} = E_{potensial}
\frac{1}{2}mv^2 = \frac{GMm}{r}
v^2 = \frac{2GM}{r}
v_{lepas} = \sqrt{\frac{2GM}{r}}

“Kecepatan lepas planet Bumi adalah 11 kilometer/detik. Kecepatan sebuah peluru saja hanya sekitar 1 kilometer/detik. Bayangkan berapa banyak bahan bakar yang harus digunakan untuk menghasilkan energi sehingga bisa menggerakkan roket hingga berkecepatan 11 kilometer/detik.”

Kita telah menurunkan rumus baru yang dinamakan kecepatan lepas (escape velocity). Kecepatan lepas adalah seberapa cepat sebuah benda harus bergerak untuk keluar dari gaya tarik gravitasi sebuah planet. Rumus ini dipergunakan oleh para astronom untuk menentukan nilai kecepatan sebuah roket agar bisa terlepas dari orbit Bumi.

Oke, mari kita kembali ke definisi lubang hitam, tapi kali ini mari kita definisikan secara teknis. Lubang hitam adalah sebuah medan gravitasi di mana kecepatan lepas benda tersebut sama dengan atau melebihi kecepatan cahaya.

v_{lepas} = \sqrt{\frac{2GM}{r}}
c = \sqrt{\frac{2GM}{r}}

c — kecepatan cahaya (300.000 kilometer/detik)

Dari rumus di atas, ilmuwan bernama Karl Schwarschild menurunkan rumus terkenal yang disebut sebagai radius Schwarschild.

c = \sqrt{\frac{2GM}{r}}
c^2 = \frac{2GM}{r}
r_{Schwarschild} = \frac{2GM}{c^2}

“Untuk mengubah planet Bumi menjadi sebuah lubang hitam, semua massa Bumi harus dimampatkan menjadi sebuah bola yang berradius 9 milimeter.”

Definisi radius Schwarschild adalah nilai radius sebuah geometri yang di mana jika semua massa sebuah benda dimampatkan ke dalam radius tersebut, benda itu akan memiliki kecepatan lepas sama atau lebih besar dari kecepatan cahaya—atau singkatnya, lubang hitam.

/boo/