Fisikawan meningkatkan peluang perjalanan ruang angkasa yang lebih cepat dari cahaya
Dua makalah terbaru – satu oleh Alexei Bobrick dan Gianni Martire dan satu lagi oleh Erik Lentz – menawarkan solusi yang tampaknya membawa warp drive lebih dekat dengan kenyataan
Bintang terdekat dengan Bumi adalah Proxima Centauri. Jaraknya sekitar 4,25 tahun cahaya, atau sekitar 25 miliar mil (40 miliar kilometer). Pesawat luar angkasa tercepat yang pernah ada, yang kini berada di luar angkasa Wahana surya Parker akan mencapai kecepatan tertinggi 450.000 mph. Hanya membutuhkan waktu 20 detik untuk pergi dari Los Angeles ke New York City dengan kecepatan tersebut, namun wahana antariksa surya memerlukan waktu sekitar 6.633 tahun untuk mencapai tata surya tetangga terdekat dengan Bumi.
Jika umat manusia ingin melakukan perjalanan antarbintang dengan mudah, manusia harus bergerak lebih cepat daripada kecepatan cahaya. Namun sejauh ini, perjalanan yang lebih cepat dari cahaya hanya mungkin dilakukan dalam fiksi ilmiah.
Dalam karya Isaac Asimov Seri fondasi, umat manusia dapat melakukan perjalanan dari planet ke planet, bintang ke bintang, atau melintasi alam semesta menggunakan penggerak lompat. Sebagai seorang anak, saya membaca cerita-cerita itu sebanyak yang saya bisa. Saya sekarang adalah fisikawan teoretis yang mempelajari nanoteknologi, namun saya masih terpesona dengan cara umat manusia suatu hari nanti dapat melakukan perjalanan di luar angkasa.
Beberapa karakter – seperti astronot di film Antar bintang Dan Thor – digunakan lubang cacing untuk melakukan perjalanan antar tata surya dalam hitungan detik. Pendekatan lain – yang familiar bagi penggemar “Star Trek” – adalah teknologi warp drive. Warp drive secara teoritis dimungkinkan jika teknologinya masih terlalu dibuat-buat. Dua makalah terbaru menjadi berita utama pada bulan Maret kapan klaim peneliti pada telah mengatasi salah satu dari banyak tantangan yang menghalangi teori warp drive dan kenyataan.
Namun bagaimana cara kerja warp drive teoretis ini? Dan akankah manusia segera melakukan lompatan ke kecepatan warp?
Kompresi dan ekspansi
Pemahaman fisikawan saat ini tentang ruangwaktu berasal dari pemahaman Albert Einstein teori relativitas umum. Relativitas Umum menyatakan bahwa ruang dan waktu menyatu dan tidak ada yang bisa bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya. Relativitas umum juga menjelaskan bagaimana massa dan energi membengkokkan ruangwaktu – benda kaku seperti bintang dan lubang hitam melengkungkan ruangwaktu di sekitarnya. Lengkungan inilah yang Anda rasakan sebagai gravitasi dan itulah sebabnya banyak pahlawan luar angkasa khawatir akan “terjebak dalam sumur gravitasi” atau “jatuh”. Penulis Fiksi Ilmiah Awal John Campbell dan Asimov melihat distorsi ini sebagai cara untuk menghindari batas kecepatan.
Bagaimana jika sebuah pesawat luar angkasa dapat memampatkan ruang di depannya sementara ruangwaktu mengembang di belakangnya? Perjalanan Bintang mengambil ide ini dan menyebutnya sebagai warp drive.
Pada tahun 1994, Miguel Alcubierre, seorang ahli fisika teoretis Meksiko, menunjukkan bahwa mengompresi ruangwaktu di depan pesawat ruang angkasa sambil memperluasnya ke belakang mungkin secara matematis dalam hukum Relativitas Umum. Jadi apa maksudnya? Bayangkan jarak antara dua titik adalah 10 meter (33 kaki). Jika Anda berdiri di titik A dan dapat menempuh jarak satu meter per detik, maka dibutuhkan waktu 10 detik untuk sampai ke titik B. Namun, katakanlah Anda dapat memampatkan jarak antara Anda dan titik B sehingga jaraknya kini hanya satu meter. Jika Anda kemudian bergerak melintasi ruangwaktu dengan kecepatan maksimum satu meter per detik, Anda akan dapat mencapai titik B dalam waktu sekitar satu detik. Secara teori, pendekatan ini tidak bertentangan dengan hukum relativitas, karena Anda tidak bergerak lebih cepat dari cahaya di ruang sekitar Anda. Alcubierre menunjukkan bahwa warp dari Perjalanan Bintang sebenarnya secara teoritis mungkin.
Proxima Centauri kami datang, kan? Sayangnya, metode kompresi ruang-waktu Alcubierre mempunyai satu masalah: memerlukan energi negatif atau massa negatif.
Masalah energi negatif
Penggerak warp Alcubierre akan bekerja dengan menciptakan gelembung ruangwaktu datar di sekitar pesawat ruang angkasa dan membengkokkan ruangwaktu di sekitar gelembung tersebut untuk mengurangi jarak. Penggerak warp memerlukan massa negatif – sejenis materi yang diteorikan – atau cincin dengan kepadatan energi negatif untuk beroperasi. Fisikawan tidak pernah mengamati massa negatif, sehingga energi negatif menjadi satu-satunya pilihan.
Untuk menciptakan energi negatif, warp drive akan menggunakan massa dalam jumlah besar untuk menciptakan ketidakseimbangan antara partikel dan antipartikel. Misalnya, jika elektron dan antielektron muncul di dekat penggerak warp, salah satu partikel akan terperangkap oleh massa dan hal ini menyebabkan ketidakseimbangan. Ketidakseimbangan ini menyebabkan kepadatan energi negatif. Penggerak warp Alcubierre akan menggunakan energi negatif ini untuk menciptakan gelembung ruangwaktu.
Namun agar warp drive dapat menghasilkan energi negatif yang cukup, Anda memerlukan banyak materi. Alcubierre memperkirakan bahwa warp drive dengan gelembung setinggi 100 meter akan mampu melakukannya membutuhkan massa seluruh alam semesta yang terlihat.
Pada tahun 1999 fisikawan Chris Van Den Broeck menunjukkan bahwa memperbesar volume di dalam gelembung tetapi menjaga luas permukaan tetap konstan secara signifikan mengurangi kebutuhan energi, kira-kira massa matahari. Sebuah kemajuan yang signifikan, namun masih jauh melampaui semua kemungkinan praktis.
Masa depan fiksi ilmiah?
Dua makalah terbaru – satu per satu Alexei Bobrick dan Gianni Martire dan pintu lain Erik Lentz – menawarkan solusi yang tampaknya membawa warp drive lebih dekat ke kenyataan.
Bobrick dan Martire menyadari bahwa dengan mengubah ruangwaktu di dalam gelembung dengan cara tertentu, mereka dapat menghilangkan kebutuhan untuk menggunakan energi negatif. Namun, solusi ini tidak menghasilkan warp drive yang bisa melaju lebih cepat dari cahaya.
(Lebih dari 100.000 pembaca mengandalkan buletin The Conversation untuk memahami dunia. Daftar hari ini.)
Secara mandiri, Lentz juga mengusulkan solusi yang tidak membutuhkan energi negatif. Dia menggunakan pendekatan geometris yang berbeda untuk menyelesaikan persamaan Relativitas Umum, dan dengan melakukan hal tersebut, dia menemukan bahwa penggerak warp tidak perlu menggunakan energi negatif. Solusi Lentz akan membuat gelembung bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya.
Penting untuk diingat bahwa perkembangan menarik ini adalah model matematika. Sebagai seorang fisikawan, saya tidak akan sepenuhnya mempercayai model sampai kita memiliki bukti eksperimental. Namun ilmu tentang warp drive mulai terlihat. Sebagai penggemar fiksi ilmiah, saya menyambut baik semua pemikiran inovatif ini. Dalam kata-kata Kapten Picard, segala sesuatunya menjadi tidak mungkin sampai hal itu tidak terjadi. – Percakapan | Rappler.com
Mario Borunda adalah seorang profesor fisika di Universitas Negeri Oklahoma.
Artikel ini diterbitkan ulang dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Membaca artikel asli.
