Andai bisa melaju secepat Cahaya

Batas kecepatan di kebanyakan jalan raya sekitar 90 sampai 100 km/jam. Walaupun tidak ada rambu yang dipasang, sepertinya ada batas kecepatan di ruang hampa antariksa yaitu sekitar 1.077.600.000 km/jam.

Ini adalah kecepatan cahaya. Ilmuwan biasanya mengukur memakai detik, yaitu cahaya bergerak 300.000 km/detik. Cahaya terbuat dari foton-foton dan itulah yang melesat dengan kecepatan yang tak terbayangkan itu.

Walaupun para ilmuwan menyebut foton sebagai "partikel" (efek dualisme), sebenarnya itu adalah partikel yang sangat unik. Foton tidak memiliki massa diam, jadi mereka tidak memiliki bobot dalam pemahaman biasa (konsep massa saat ini begitu kompleks untuk dibahas pada artikel lain). Sulit untuk membayangkan sesuatu yang murni merupakan suatu energi dan tidak memiliki substansi nyata seperti foton (menurut teori fisika modern, massa sebagai substansi nyata hanyalah representasi dari energi). 

Seberapa cepat foton tersebut? Mari kita bandingkan. Misalnya penjelajah angkasa Pioneer, ketika meninggalkan tata surya dalam perjalanannya menempuh jarak di ruang antar bintang, Pioneer melaju sekitar 60 km per detik. Ini sebanding dengan menempuh jarak Lombok Barat ke Lombok Timur hanya dalam 1,5 detik, atau menempuh Surabaya-Jakarta hanya dengan waktu 17 detik. Tetapi bandingkan dengan kelajuan foton 300.000 km per detik, maka bahkan kecepatan Pioneer tidak dapat dikatakan merayap dari sudut pandang foton.

Atau bayangkan kemegahan Matahari, dimana matahari, bumi, dan planet lainnya di tata surya berputar di galaksi Bima Sakti seperti komedi putar dengan kecepatan sekitar 250 km per detik, atau 900.000 km per jam. Meski begitu, kecepatan ini masih belum 1 persen dari kecepatan cahaya (foton).

Tetapi hal aneh terjadi apabila benda-benda biasa benar-benar bisa demikian cepat. Saat sebuah benda mendekati kecepatan cahaya, pengamat di luar akan melihat panjang dan massa benda berubah. Bahkan waktu mulai berubah. Hal ini merupakan akibat dari teori relativitas Einstein.

Sebuah pesawat antariksa yang melesat dengan kecepatan 270.000 km per detik (sekitar 90 persen kecepatan cahaya) akan tampak menciut menjadi kurang dari separuh panjang awalnya. Saat pesawat makin cepat, itu akan tampak lebih menciut lagi sampai pada kecepatan cahaya akan tidak memiliki panjang sama sekali.

Astronot di dalamnya akan melihat pesawat mereka sendiri normal seperti biasa. Namun, memandang keluar dari kaca depan pesawat akan melihat pemandangan di depan mereka menjadi pipih. Pada 90 persen kecepatan cahaya, pesawat yang sama akan memiliki massa yang bertambah luar biasa, menjadi lebih dari 3 kali lebih berat. Sekali lagi, tidak seorang pun di dalam pesawat akan menyadari adanya perbedaan. Saat kecepatan meningkat yang diikuti peningkatan massa, sampai pada kecepatan cahaya, massa menjadi besar dan tidak terbatas. Efek ini telah terkonfirmasi pada percobaan dengan partikel-partikel elementer, dimana massa partikel elementer meningkat saat mereka memaksanya makin cepat.

Akhirnya, ada efek yang sama anehnya pada waktu. Jika mereka dapat dengan suatu cara melihat jam di pesawat, pengamat di luar akan melihat jam melambat. Tetapi dari dalam pesawat, waktu seperti berlalu normal. Pada kecepatan cahaya, pengamat luar akan melihat jam di pesawat diam sama sekali.

Saat ini, semua hal tersebut mungkin akan terasa aneh, tetapi seiring perkembangan teknologi dan ilmu pengetahuan, suatu hari hal yang aneh ini akan terasa normal bahkan menjadi bagian dari hidup kita, sebagaimana andaikan pada tahun 1500an kita memikirkan kemungkinan bercakap-cakap dalam jarak ribuan kilometer sambil melihat wajah masing-masing seperti video call saat ini.

Read More

Perjalanan Menembus Waktu

Mungkinkah kita melakukan perjalanan ke zaman kerajaan Majapahit untuk memotret wajah asli Gadjah Mada yang terkenal, lalu pergi ke tangga 17 April 2019, menginap semalam dan kembali pulang memberitahukan siapa presiden terpilih (hasil hitung cepat) Indonesia tahun 2019?

Walaupun mungkin kita tidak pernah dapat membeli mesin waktu, sejenis perjalanan menembus waktu ke masa depan secara teknis tidak mustahil. Itu melibatkan proses pergerakan yang luar biasa cepat, mendekati 300.000 km per detik (dengan kecepatan itu, kita akan mampu mengelilingi bumi 7 kali dalam 1 detik). 

300.000 km per detik adalah kelajuan cahaya yang nampaknya merupakan batas kecepatan yang sudah ada dari awal terbentuknya alam semesta. Yang menarik adalah, saat kamu mendekati kelajuan cahaya, waktu mulai melambat. Ahli-ahli fisika senagn berteori mengenai apa yang akan terjadi pada dua anak kembar, satu pergi dengan pesawat antariksa yang melaju kencang, yang lain tetap tinggal di bumi.

Kisahnya kurang lebih seperti ini...

Nova dan Novi adalah saudara kembar. Keduanya saat ini berumur 30 tahun. Nova adalah seorang astronot dan fisikawan. Novi adalah seorang fisikawan yang berprofesi sebagai Wartawan Sains. Nova baru saja mendapatkan kesempatan sekali seumur hidup, menjadi anggota awak pesawat pertama yang akan mengunjungi tata surya lain. Novi akan meliput kisah itu untuk media tertentu. 

Bintang dan planet-planet yang akan dikunjungi berjarak 96 triliyun km, atau 10 tahun cahaya (Satu tahun cahaya adalah jarak yang ditempuh cahaya dalam waktu 1 tahun, sektar 9,6 triliyun km). Pesawat Nova akan melaju dengan kecepatan 90% kecepatan cahaya. Jadi, dihitung dari Bumi, dibutuhkan waktu kurang lebih 22 tahun untuk perjalanan bolak-balik ke tata surya tersebut dan kembali ke Bumi. 

Saat tahun-tahun berlalu, Novi akhirnya menikah, memiliki 2 orang anak, hidup merawat keluarga kecilnya sembari terus mencari kabar perjalanan saudaranya. Lain halnya dengan Nova, kisahnya sungguh berbeda. Saat pesawatnya melaju tanpa suara melintasi ruang angkasa dengan kecepatan luar biasa, jam di dalam pesawat bergerak lebih lambat dibandingkan di rumah. Namun, jam itu tidak perlu dicocokkan. Waktu sendiri memang melambat bagi pesawat dan awaknya. Tidak akan ada perbedaan yang dirasakan oleh awak pesawat. Satu menit rasanya ya satu menit, bukan satu jam. Tetapi dengan berlalunya menit demi menit, Nova dan rekan astronotnya semakin tidak selaras dengan waktu di Bumi.

Setelah misi sukses, awak kembali ke Bumi. Saat mereka mendekati tata surya kita, jam kapal menunjukkan hampir 10 tahun telah berlalu. Nova merayakan ulang tahun ke 10 di dalam kapal saat kapal ruang angkasa itu memasuki pluto, umurnya kini 40 tahun.

Namun setelah di bumi, akibat efek perlambatan waktu, Novi telah berumur 52 tahun. Waktu bumi mencatat perjalanan pesawat 22 tahun, meskipun waktu pesawat menunjukkan perjalanan mereka hanya 10 tahun. Si kembar pun terlihat tidak sama lagi. Perbedaan umur mereka saat ini adalah 12 tahun. 

Nova melihat perjalanan antariksa sebagai mata air awet muda (seperti di kisah Jack Sparrow) dan merasa tertinggal. Nova mengalami kebingungan. Dalam 10 tahun perjalanan yang ia rasakan, ia telah melampaui waktu bumi 12 tahun ke masa depan. Presiden telah berganti 4 kali (yang menurutnya seharusnya baru 2 kali pergantian pemerintahan). Namun inilah mesin waktu yang secara teknis mungkin terjadi, sebuah gagasan menuju massa depan tanpa manipulasi yang sangat fiktif seperti kisah Doraemon.

Gagasan perjalanan menembus waktu ini didasarkan pada Teori Relativitas Khusus Albert Einstein, yang menjelaskan bagaimana waktu, jarak, dan bahkan massa dipengaruhi oleh gerak. Perjalanan yang dilakukan denga kecepatan yang lebih dekat lagi dengan kecepatan cahaya akan mendorong sang pengelama lebih jauh lagi ke masa depan. Walaupun mungkin ada masalah-masalah ang tidak terpecahkan dalam waktu membangun pesawat secepat itu.

Bahkan pada teori Relativitas Umumnya, Einstein meramalkan bahwa peningkatan gravitasi juga memperlambat waktu. Jadi beberapa orang berspekulasi bahwa kita dapat menggunakan struktur alamiah alam semesta dnegna gravitasinya yang sangat besar, seperti lubang hitam, untuk melontarkan pengelana ke masanya yang lain.

Baca artikel Populer dan Sains Fiksi disini.

Read More

Alpha : Kisah Pemburu dan Serigala

Kehidupan memang penuh misteri, yang selalu ingin diungkap oleh manusia. Manusia yang kerdil dari sisi ruang dan waktu di alam ini tidak menyurutkan semangat pengungkapan rahasia alam. Manusia dapat melakukan semua itu melalui pikiran dan pengetahuan, berlandaskan sains untuk mencoba memahami segala misteri ciptaanNYA.

Salah satu kehidupan yang ada di alam semesta ini adalah kehidupan Bumi. Hanya kehidupan di bumi ini yang seumur hidup kita tempati dan ketahui. Kita tidak pernah tahu apakah di lautan semesta ini terdapat bentuk kehidupan lain. Setidaknya sampai teknologi dan sains berkembang dalam beberapa abad mendatang.

Kehidupan di bumi seperti yang ada sekarang tidak terlepas dari proses yang sangat panjang, selama 4,5 milyar tahun umur bumi. Bentuk kehidupan sekarang ini hanyalah sebagaian kecil dari proses evolusi kehidupan yang pernah terjadi. Bukti-bukti berupa fosil kehidupan purba memberikan petunjuk bentuk kehidupan pendahulu kita. Semua itu mengalami seleksi alam dan berevolusi menyesuaikan dengan keadaan satu-satunya tempat tinggal kita ini, sampai ke bentuk yang sekarang.

Pandangan seleksi alam yang pernah saya tulis sebelumnya (baca : Seleksi Buatan) mendapat berbagai reaksi. Salah satunya mengenai perubahan serigala menjadi jinak. Hal ini memunculkan perdebatan yang sangat seru. Sejalan dengan itu, gambaran seleksi buatan ini muncul dalam suatu film sci-fi berjudul Alpha. 

Film Alpha berlatar akhir zaman es, sekitar 20.000 tahun silam. Alpha berkisah tentang Keda (Kodi Smit-McPhee), yang diajak ayahnya, Tau (Jóhannes Haukur Jóhannesson), sang kepala suku, untuk berburu. Tau mengajak Keda untuk berburu persediaan makanan sebelum musim dingin tiba meski Rho (Natassia Malthe), istri Tau, menganggap putranya belum siap. Benar saja. Keda terlihat masih kagok dalam mengikuti perburuan. Ia tak mampu membunuh babi hutan yang berhasil ditangkap.

Suatu kali, kelompok yang dipimpin Tau diserang sekumpulan bison. Keda terjatuh ke jurang. Dilihat dari posisi jatuhnya, kerabat Tau meminta Tau menganggap Keda sudah meninggal. Tau dengan berat hati menggelar upacara kematian Keda. Di sini petualangan Keda dimulai.

Keda yang masih 'amatir', harus berjuang menyelamatkan diri baik dari alam maupun binatang buas. Keda nyaris tewas diserang sekawanan serigala. Keda berhasil melukai salah satu serigala. Namun bukannya dibunuh, Keda malah menyelamatkannya. Film kemudian berlanjut mengisahkan hubungan unik Keda dan serigala.

Serigala itu diobati oleh Keda dan berhasil menjinakkannya. Aplha pun menjadi pengikut setia dari Keda dalam perjalanan ekstrim nan panjang menuju desa Keda. Perjalanan diselmuti drama yang melibatkan kerjasama yang apik dalam mencari makanan dan perburuan.

Tanpa Keda ketahui, Alpha ternyata melahirkan beberapa anak sesampainya di desa. Disinilah gambar menarik ditampilkan. Semua anak serigala menjadi peliharaan desa tersebut, dan film diakhiri adegan setiap pemburu memiliki seekor serigala di sampingnya.

Film ini terlihat sederhana, namun menggambarkan bagaimana secara visual serigala mampu menjadi teman manusia. Dan jika ini terjadi 20.000 tahun yang lalu, maka keturunan serigala-serigala itu tentu tidak menutup kemungkinan akan menjadi hewan-hewan kesayangan kita dirumah masing-masing seperti saat ini.

Read More

Sains dan Fiksi = Sains Fiksi?

Suatu hari, apakah mungkin manusia berjalan menembus tembok? Membangun pesawat luar angkasa yang dapat melakukan perjalanan lebih cepat daripada kecepatan cahaya?

Suatu hari bisakah manusia membaca pikian orang lain? Bisakah manusia menjadi tembus pandang? Bisakah manusia memindahkan objek dengan kekuatan pikiran?

Saya sendiri masih terpesona dengan pertanyaan-pertanyaan ini. Seperti banyak fisikawan, saya terpesona oleh kemungkinan perjalanan waktu, senjata meriam, medan kekuatan, alam semesta paralel, dan sejenisnya. Selain itu, saya mendapat banyak pertanyaan tentang hal-hal tersebut. Sihir, fantasi, fiksi ilmiah adalah taman bermain raksasa untuk imajinasi pikiran.

Saya sering berhkayal bisa kembali ke masa lalu, memperbaiki kesalahan dan menjadi orang yang sempurna. Saya senang dengan pikiran satu hari bisa ikut ke luar angkasa, menjelajahi dunia selain bumi kita.

Ketahuilah bahwa sekarang saya sedang melakukan itu. Melalui imajinasi pikiran dan sains, semua itu menjanjikan. Sebelum terwujud dalam hal nyata, semua hal di alam ini tercipta pertama kali dalam alam gagasan. Dalam sains, banyak hal yang dirasa tidak mungkin menjadi mungkin. Penjelasannya ada, hanya saatnya belum sampai pada wujud nyata.

Astronom agung Edwin Hubble terpesona oleh karya-karya Jules Verne. Sebagai hasil dari membaca karya Verne, Hubble meninggalkan karir yang menjanjikan di bidang hukum dan tidak menaati ayahnya. Keinginannya memulai karir di bidang sains. Dia akhirnya menjadi astronom yang terhebat di abad ke-20. Carl Sagan, ahli astronomi ternama dan pengarang buku terlaris, mendapati imajinasinya tenggelam karena membaca Novel John Carter of Mars karya Edgar Rice Burroughs. Seperti John Carter, dia bermimpi satu hari menjelajahi pasir Mars. Artinya, semua dapat terjadi jika kita mampu melakukannya pertama kali di dalam pikiran kita. Memiliki khayalan jauh ke depan, keluar dari apa yang biasa terjadi.

Saya lahir jauh ketika Albert Einstein meninggal, tetapi saya ingat orang-orang membicarakan tentang namanya. Einstein menjadi suatu kata untuk memberikan kesan pintar, hebat, dan luar biasa. Einstein banyak dikenal dengan karyanya tentang relativitas (walaupun hadiah nobel yang didapatkannya pada teori efek fotolistrik). Satu hal yang menjadi catatan yang saya temukan tentangnya adalah adanya naskah yang belum terselesaikan. Naskah yang menunjukkan keinginannya menyatukan hukum fisika menjadi satu teori.

Doraemon adalah komik fiksi yang sering saya baca. Yang menarik komik ini adalah adanya alat-alat masa depan yang canggih. Bahkan yang menjadi impian orang adalah mesin waktu yang digunakan doraemon dan nobita menjelajah ke masa depan maupun ke masa lalu. Awalnya saya menganggap itu semua fiksi. Tetapi, kita mulai merasakan saat ini jika alat-alat canggih sudah banyak bermunculan. Bahkan saat saya mulai mempelajari teori Einstein, saya mulai memiliki harapan bahwa mesin waktu itu benar-benar ada, walau dengan beberapa batasan (suatu hari akan saya jelaskan maksudnya).

Intinya, suatu hal besar muncul dari pemikiran yang jauh ke depan. Pemikiran yang kadang terkesan absurd, aneh, dan terkesan fiksi. Nah, saya ajak kamu semua untuk ikut dalam keajaiban sains itu. Melihat sesuatu yang ada di film fiksi menjadi hal yang dapat terwujud, dijelaskan oleh sains dan peluang keberhasilannya menjadi kenyataan..

Read More