Lubang Hitam, Lubang Cacing, dan Mesin Waktu

Oleh Jim Al-Khalili

“Saatnya telah tiba,” kata Walrus,
“untuk membicarakan banyak hal”…
Lewis Caroll, Through the Looking Glass

…tentang atom, bintang, dan galaksi,
dan apa arti black hole;
dan apakah ruang Einstein bisa cukup
menekuk untuk jadi mesin waktu.

Buku ini diperuntukkan bagi semua orang—saya tahu setiap orang—yang penasaran mengenai konsep-konsep yang terdengar eksotis seperti black hole, lengkungan ruang, Big Bang, perjalanan waktu, dan alam semesta paralel. Dalam menulis buku ini saya bertanya pada diri sendiri apakah orang awam bisa memahami sedikit tentang beberapa ide fisika modern tanpa ingin sekali mengecek sebelumnya bahwa IQ mereka menjangkau tugas tersebut.

Subjek buku ini telah diliput di tempat lain pada banyak level berbeda. Yang paling puncak adalah teks tingkat tinggi atau karya ilmiah untuk praktisi di bidang tersebut. Ini adalah buku jampi penyihir, hanya bisa diurai oleh segelintir orang yang memiliki hak istimewa. Kemudian ada buku teks yang ditujukan kepada mahasiswa fisika. Ini juga memuat beberapa jampi, tapi tak terlalu kuat. Di bawahnya ada pasar sains populer. Buku-bukunya ditujukan kepada non-ilmuwan karena memuat sedikit matematika atau tidak sama sekali. Namun, buku tersebut hanya menarik mereka yang (a) ilmuwan atau (b) fans buku semacam itu, yang telah membaca buku-buku serupa mengenai subjek tersebut tanpa kecuali.

Jadi, saat menulis buku ini saya mengerahkan segala upaya untuk memangkas jargon ilmiah sebanyak mungkin. Belakangan ini para penulis sains populer, pada umumnya, semakin cakap dalam menjelaskan konsep-konsep kompleks memakai istilah sehari-hari. Tapi sekali-sekali kita akan memakai ‘bahasa Jargon’ sebab kita lupa bahwa ia tak mengandung makna yang sama untuk setiap orang.  

Sepuluh menit, pendek atau panjang?

Pada suatu musim panas, saat berusia sekitar sepuluh atau sebelas tahun, saya jadi tertarik dengan konsep waktu. Dari mana ia berasal? Apa kita menemukannya ataukah ia senantiasa ada? Apakah masa depan telah eksis di suatu tempat? Apakah masa lalu masih sedang dimainkan? Pertanyaan-pertanyaan yang mendalam bagi seorang anak kecil. Tapi, sebelum Anda mengira ini adalah bakat kanak-kanak saya, izinkan saya berbagi dengan Anda ide saya tentang perjalanan waktu. Saya tahu bahwa di sisi lain dunia, di suatu tempat di tengah-tengah Samudera Pasifik, terdapat garis tak nampak yang menjulur dari Kutub Utara ke Kutub Selatan yang membagi dunia ke dalam hari ini dan kemarin! Jika sebuah kapal dilabuhkan di tengah garis ini, maka di satu ujung kapal boleh jadi berpukul 09.00 Selasa pagi dan di ujung lainnya masih pukul 10.00 Senin pagi. Tentu ini merupakan contoh jelas perjalanan waktu, cuma dengan berjalan beberapa yard di sepanjang geladak!

Ok, saya tahu ada sesuatu yang mencurigakan dan saya ingat suatu malam ayah saya menjelaskan kepada saya bahwa zona-zona waktu di seluruh dunia hanyalah penemuan manusia. Contoh, bila diputuskan bahwa saat tengah malam di New York, Inggris sudah berpukul 05.00 pagi, ini hanyalah cara kita memastikan bahwa, seraya Bumi berputar, dan berbagai negara menghadap ke arah matahari, durasi siang kurang-lebih sama untuk setiap orang, jika tidak pada waktu yang sama. Saya mengikuti semua ini, tapi sedikit banyak membuat saya kecewa. Pasti konsep ‘waktu’ lebih dari sekadar itu, sesuatu yang lebih misterius. Saya berteori tentang waktu yang mengalir dengan laju berbeda-beda yang tergantung pada mood saya. Jam pasti melambat menuju akhir pelajaran sekolah dan, begitu hari ulangtahun saya mendekat, minggu dan hari hampir berhenti.

Kini giliran anak-anak saya yang sampai pada kesimpulan ini. Jika saya memberitahu mereka bahwa mereka punya waktu sepuluh menit lagi sebelum mereka harus menaruh mainan, mereka sungguh serius saat bertanya apakah itu adalah sepuluh menit pendek, menengah, atau panjang? Bagaimanapun, siapa yang bisa membantah observasi sederhana bahwa, bagi seorang anak kecil, waktu berjalan sangat lambat. Satu tahun adalah waktu yang sangat panjang bagi anak berusia lima tahun sebab angka itu menyusun seperlima hidup mereka, tapi semakin tua usia kita, semakin cepat rasanya tahun-tahun meluncur: dapatkah Anda percaya sekarang sudah Natal lagi!? Atau: benarkah sudah tiga tahun berlalu sejak saya terakhir kali berada di sini? Dan sebagainya.

Jauh dalam lubuk hati, kita merasa tahu bahwa waktu mengalir dengan laju tetap. Ketika ditanya seberapa cepat waktu mengalir, respon fasih dan lazim para ilmuwan adalah mengatakan bahwa lajunya satu detik per detik. Dalam kultur kita, kita percaya bahwa, tak peduli seberapa subjektif kita merasa tentang aliran waktu, terdapat jam kosmik yang menandai detik, menit, jam, hari, dan tahun di setiap tempat di Alam Semesta tanpa belas kasihan dan tanpa dapat ditawar dan tak ada yang bisa kita lakukan untuk mengubahnya.

Ataukah ada? Apakah waktu kosmik semacam itu betul-betul eksis? Fisika modern telah menunjukkan bahwa ia tidak eksis. Jangan khawatir, terdapat bukti amat kuat untuk mendukung ini. Sebelum saya beranjak lebih jauh, cobalah ini sebagai ukuran: kita merasa yakin bahwa perjalanan waktu ke masa depan adalah mungkin. Ilmuwan telah berhasil menjalankan banyak eksperimen yang menguji ini dan membuktikannya di luar dugaan. Jika Anda meragukan kepingan informasi yang mengagumkan ini, bahkan mungkin mengherankan, maka itu bukan akibat penutup-nutupan oleh pemerintah ala X-Files melainkan lebih karena Anda belum menjalani mata pelajaran relativitas khusus. Semua akan diungkap, saya harap, dalam buku ini.

Akal sehat

Barangkali wajar mengatakan bahwa kebanyakan orang tidak mempunyai hubungan yang baik dengan teori-teori relativitas Einstein (ya, ada dua teori). Jadi saya tak pernah terkejut oleh respon yang saya peroleh ketika memberitahu teman-teman non-ilmuwan bahwa tak ada yang bisa berjalan lebih cepat daripada cahaya. “Bagaimana kau tahu?” tanya mereka. “Hanya karena ilmuwan belum menemukan sesuatu yang bisa berjalan lebih cepat daripada cahaya bukan berarti bahwa kau tidak akan menarik kembali ucapanmu suatu hari nanti. Kau sebaiknya lebih berpikiran terbuka pada kemungkinan-kemungkinan lain yang mungkin belum terjadi padamu. Bayangkan memperlihatkan televisi kepada sebuah suku terpencil di pedalaman Amazon yang belum pernah melihatnya sebelumnya,” dan seterusnya. Saya tak sedikitpun terganggu oleh respon ini sebab sikap inilah yang saya harap dimiliki oleh pembaca buku ini. Yakni, berpikiran terbuka dan mempunyai kemampuan untuk menerima pandangan keduniaan yang baru sekalipun itu bertentangan dengan segala yang Anda yakini, atau apa yang biasa Anda sebut akal sehat.

Albert Einstein pernah dikutip mengatakan bahwa akal sehat hanyalah prasangka yang kita peroleh pada usia delapan belas. Jadi, bagi suku Amazon yang belum pernah melihat televisi sebelumnya, akan bertentangan dengan akal sehat mereka bahwa kotak semacam itu bisa berbicara kepada mereka dan mempertunjukkan kepada mereka seluruh dunia di dalamnya. (Ok, saya berasumsi mereka mempunyai listrik dan pembangkit listrik!) Tapi saya yakin Anda akan sependapat bahwa setelah kita menghabiskan cukup waktu dengan suku ini untuk menjelaskan gelombang radio dan elektronik modern dan segala hal lain yang membuat televisi bekerja, maka mereka akan dengan segan harus menyesuaikan pandangan keduniaan mereka sehingga informasi baru ini tak lagi bertentangan dengan akal sehat mereka.

Di permulaan abad 20, beberapa teori ilmiah baru dikembangkan dan terbukti benar sampai sekarang. Di antara mereka ada yang bertanggung jawab atas seluruh sains dan teknologi modern. Fakta bahwa kita mempunyai jam digital, komputer, televisi, microwave, pemutar CD, dan hampir semua alat modern lain merupakan saksi bahwa teori-teori ini, jika bukan seluruh cerita, sangat benar dalam cara mereka menggambarkan dunia di sekeliling kita. Teori-teori yang dibicarakan ini adalah relativitas dan mekanika quantum. Saya harus menjelaskan bahwa teori sukses adalah teori yang bisa memprediksi apa yang akan terjadi di bawah keadaaan tertentu: jika saya melakukan ini, maka, menurut teori saya, akan terjadi itu. Jika saya menjalankan sebuah eksperimen dan menemukan bahwa prediksi teorinya benar, maka ini adalah bukti yang mendukung teori. Tapi teori tidak sama dengan hukum.

Hukum gravitasi menyatakan bahwa semua objek di Alam Semesta ditarik ke satu sama lain oleh sebuah gaya yang tergantung pada seberapa masif mereka dan seberapa jauh mereka terpisah. Ini tidak diragukan, dan seraya kita tahu bahwa itu perlu dimodifikasi manakala kita berurusan dengan objek-objek amat masif seperti black hole, kita mempercayainya seutuhnya manakala menggambarkan cara objek yang jatuh berperilaku terhadap Bumi. Namun, sebuah teori hanya bagus selama teori yang lebih baik tidak maju dan menyangkalnya. Kita tak pernah bisa membuktikan sebuah teori, hanya bisa menyangkalnya, dan teori sukses adalah teori yang tahan terhadap ujian waktu. Berlawanan dengan pandangan banyak non-ilmuwan, kebanyakan ilmuwan lebih suka membuktikan bahwa sebuah teori ilmiah itu salah, semakin terhormat semakin bagus untuk disangkal. Jadi, karena teori-teori seperti mekanika quantum dan relativitas Einstein telah bertahan selama sebagian besar abad ini, meski terdapat upaya tetap fisikawan untuk membuktikannya salah atau setidaknya menemukan celah atau kelemahan, kita harus mengakui bahwa kedua teori tersebut barangkali benar, atau setidaknya berada di jalur yang benar.

Kembali ke masa depan

Maaf, saya menyimpang dari cerita. Saya harus kembali ke hal menarik soal bahwa perjalanan waktu adalah memungkinkan. Nanti dalam buku ini saya akan menjelaskan lebih dalam apa itu teori relativitas. Sementara itu, berikut adalah contoh ajaran relativitas kepada kita. Jika Anda bepergian dalam sebuah roket yang bisa berjalan begitu cepat mendekati kecepatan cahaya, dan Anda mengitari Galaksi selama, katakanlah, empat tahun, maka saat pulang ke Bumi, Anda akan sedikit terguncang. Jika kalender di roket Anda menyatakan Anda berangkat Januari 2000 dan pulang Januari 2004, maka, tergantung kecepatan persis Anda dan seberapa berliku jalur Anda melintasi bintang-bintang, Anda mungkin menemukan bahwa menurut Bumi, tahun kepulangan Anda adalah 2040 dan semua orang di Bumi telah bertambah tua 40 tahun! Mereka akan sama-sama terguncang melihat betapa Anda masih tampak muda mengingat betapa lamanya Anda, menurut mereka, telah pergi.

Jadi jam roket Anda, yang bepergian dengan kecepatan amat tinggi, mengukur empat tahun, sedangkan jam Bumi telah menghitung empat puluh tahun. Bagaimana ini bisa terjadi? Bisakah waktu betul-betul melambat di dalam roket Anda akibat kecepatan tingginya? Bila demikian, ini artinya, praktisnya, Anda telah melompat 36 tahun ke masa depan!

Walaupun saya akan kembali membahas ini nanti, ide waktu yang melambat saat Anda bepergian pada kecepatan tinggi adalah sesuatu yang betul-betul telah dicek dan dikonfimasikan berkali-kali dalam eksperimen berlainan sampai derajat akurasi amat tinggi. Contoh, ilmuwan telah menyinkronkan dua jam atom berpresisi tinggi, kemudian menempatkan salah satunya di sebuah pesawat jet dan yang lainnya di sebuah laboratorium di Bumi. Setelah jet pulang, kedua jam dicek lagi. Ditemukan bahwa jam yang bepergian tertinggal sepecahan detik di belakang rekannya yang tinggal di rumah. Meski kecepatan sedang seribu kilometer per jam (kecepatan terbang jet) adalah kecil dibanding kecepatan cahaya (jutaan kali lebih cepat), selisih kecil, jika tidak disebut mengesankan, antara catatan kedua jam tersebut riil. Jam-jam tersebut begitu akurat sehingga kita tidak meragukan catatannya atau kesimpulan yang kita tarik darinya.

Pembaca yang tidak tahu sesuatu tentang teori relativitas mungkin ingin membantah pada poin ini bahwa contoh di atas tidak sesederhana kedengarannya. Itu benar, tapi seluk-beluk hal yang dikenal sebagai paradoks jam ini harus menunggu sampai saya membahas relativitas khusus di Bab 6. Untuk sekarang, cukup menjaga pembahasan pada level pernyataan sederhana, tapi tepat sempurna, bahwa kecepatan tinggi memperkenankan perjalanan waktu ke masa depan.

Bagaimana dengan perjalanan waktu ke masa lalu? Dalam banyak hal, ini lebih mempesona lagi. Tapi ternyata juga jauh lebih sulit. Mungkin mengejutkan Anda bahwa pergi ke masa depan lebih mudah daripada ke masa lalu. Anda mungkin berpikir bahwa gagasan pergi ke masa depan lebih menggelikan. Masa lalu mungkin tak dapat diakses, tapi setidaknya ada di luar sana; ia telah terjadi. Masa depan, di sisi lain, masih harus terjadi. Bagaimana Anda bisa pergi ke waktu yang belum terjadi?

Yang lebih buruk lagi, jika Anda percaya bahwa Anda mempunyai suatu kendali atas takdir Anda, maka semestinya terdapat versi masa depan dalam jumlah tak terhingga. Lantas apa yang mengatur versi mana yang akan Anda datangi? Tentu saja, mendatangi masa depan lewat perjalanan antariksa kecepatan tinggi tidak berarti bahwa masa depan sudah ada di luar sana menanti Anda. Itu hanya berarti Anda meninggalkan kerangka waktu orang lain dan memasuki kerangka waktu di mana waktu bergerak lebih lambat. Saat Anda berada dalam kondisi ini, waktu di luar berdetak lebih cepat dan masa depan menghampar dengan kecepatan tinggi. Saat Anda bergabung kembali dengan kerangka waktu asli Anda, Anda telah mencapai masa depan secara lebih cepat dibanding orang lain. Ini sedikit mirip dengan bangun dari koma setelah berlalu beberapa tahun dan berpikir bahwa Anda koma selama beberapa jam saja. Perbedaannya tentu saja adalah bahwa Anda akan terguncang saat pertama kali Anda memandang cermin dan melihat betapa Anda telah jauh menua, sedangkan dalam kasus perjalanan high speed, jam tubuh Anda dan segala sesuatu di roket betul-betul berada dalam kerangka waktu berbeda. Yang betul-betul aneh adalah bahwa Anda tidak melihat sesuatu yang berbeda saat Anda bergerak pada kecepatan ini. Bagi Anda, waktu berjalan pada laju normalnya di roket dan jika Anda bisa melihat ke luar jendela, Anda akan, paradoksnya, melihat waktu di luar berjalan lebih lambat!

Namun, ada pengecualian untuk ini. Sekali Anda mencapai masa depan, Anda terpaku di sana dan tak bisa pulang ke masa kini yang Anda tinggalkan. Tanggal keberangkatan Anda dengan roket kini berada di masa lalu Anda dan perjalanan waktu ke masa lalu agak menjadi persoalan. Tapi menyebutnya sebagai persoalan tidaklah sama dengan menyatakannya mustahil.

Bertemu diri Anda sendiri

Ada begitu banyak contoh mengherankan tentang betapa menggelikannya jika perjalanan waktu ke masa lalu dapat dilakukan sampai-sampai saya bisa mengisi seluruh buku ini dengan contoh tersebut. Contoh, bagaimana jika perjalanan waktu ke masa lalu dapat dilakukan dan Anda memutuskan mengunjungi diri Anda saat lebih muda di waktu persis sebelum Anda menginvestasikan tabungan Anda dalam bisnis patungan yang Anda tahu akan gagal. Jika Anda berhasil meyakinkan diri muda Anda agar tidak melaksanakannya, maka kiranya hidup Anda akan berbeda. Pada saat Anda mencapai usia di mana Anda pergi ke masa lalu untuk menasehati diri Anda agar membatalkan keputusan, tidak akan ada kebutuhan untuk berbuat demikian sebab Anda tak pernah melakukan investasi. Jadi Anda tidak pergi ke masa lalu. Tapi pada saat yang sama Anda harus mempunyai ingatan tidak menginvetasikan uang lantaran diberitahu oleh diri tua Anda yang mengunjungi Anda dari masa depan. Anda sekarang hidup di sebuah dunia di mana Anda membuat keputusan untuk tidak berinvestasi. Apakah ini gara-gara Anda bertemu diri tua Anda yang menasehati agar tidak melakukannya? Bila demikian, bagaimana Anda bisa menjadi orang tersebut yang merasa perlu pergi ke masa lalu untuk memperingatkan Anda terhadap sesuatu yang akhirnya tidak Anda lakukan?

Jika Anda sama sekali bingung dengan apa yang baru Anda baca, jangan khawatir, memang semestinya demikian. Itulah poin utuh sebuah paradoks. Berikut adalah, secara sekilas, kemungkinan solusi. Jika Anda pergi ke masa lalu untuk memperingatkan diri Anda agar tidak melakukan sesuatu, maka kedua hal tersebut adalah benar. Pertama, fakta bahwa Anda akan pergi ke masa lalu untuk menghentikan sesuatu yang telah terjadi mengandung arti bahwa Anda pasti gagal dalam upaya tersebut lantaran itu memang terjadi. Bagaimanapun, hanya ada satu versi sejarah. Kedua, Anda mesti mengingat sebuah waktu di masa lalu saat Anda dikunjungi oleh diri tua Anda dan Anda tahu bahwa itu adalah upaya sia-sia dan karenanya tahu bahwa itu tak layak dicoba. Di sinilah penjelasan ini mogok. Jika Anda tahu tidak ada baiknya pergi ke masa lalu untuk memperingatkan diri Anda dan kemudian memutuskan tidak pergi, lantas siapa yang pergi? Anda harus pergi ke masa lalu sebab Anda ingat pernah bertemu diri tua Anda yang mencoba meyakinkan Anda agar tidak masuk dalam bisnis patungan. Ini berarti Anda tidak punya kebebasan untuk memilih tindakan. Jadi, apa yang terjadi? Apakah suatu Penguasa Waktu muncul dan memaksa Anda memasuki mesin waktu yang memperingatkan Anda tentang konsekuensi mengerikan terhadap struktur ruangwaktu jika Anda tidak memasukinya?

Meski terdapat persoalan semacam itu, Anda mungkin tertarik untuk mengetahui bahwa perjalanan waktu ke masa lalu ternyata diperkenankan oleh teori relativitas umum Einstein, sebuah penemuan yang dibuat setengah abad silam. Dan karena relativitas umum saat ini merupakan teori terbaik kita mengenai sifat waktu, kita harus mempertimbangkan prediksi-prediksinya secara serius sampai kita bisa menemukan alasan bagus, barangkali berdasarkan pemahaman lebih mendalam akan teori tersebut, untuk mengesampingkan mereka. Karenanya, Anda mungkin bertanya-tanya mengapa sampai sekarang tak ada seorang pun yang mampu mengkonstruksi mesin waktu? Dalam buku ini saya menjelaskan alasannya, menyinggung beberapa topik paling mempesona dalam fisika.

Beberapa hal yang telah kita temukan mengenai Alam Semesta kita begitu mengagumkan dan luar biasa sampai-sampai saya berharap Anda akan merasa tertipu karena belum mengetahuinya hingga sekarang. Itulah yang saya harap Anda dapatkan dari buku ini; berbagi perasaan penasaran yang saya miliki tentang kosmos. Memberi Anda suatu amunisi ilmiah keras untuk membuat teman-teman pesta makan malam Anda terkesan ketika diskusi perjalanan waktu dimulai.

Terjemahan SeSa Media