The views of space and time which I wish to lay before you have sprung from the soil of experimental physics, and therein lies their strength. They are radical. Henceforth, space by itself, and time by itself are doomed to fade away into mere shadows, and only a kind of union of the two will preserve an independent reality.
Pandangan tentang ruang dan waktu yang ingin aku paparkan kepada kalian telah muncul dari landasan fisika ekperimental, dan di sana terletak kekuatannya. Mereka adalah radikal. Oleh sebab itu, ruang itu sendiri, dan waktu itu sendiri ditakdirkan untuk memudar menjadi hanyalah bayang-bayang, dan hanya satu jenis penyatuan dari keduanya yang akan mempertahankan suatu realitas independen.
~ Hermann Minkowski dalam “Space and Time”
Kehidupan manusia tidak terlepas dari waktu. Sejak kita dilahirkan sampai meninggal, sejak bangun tidur sampai kembali tidur lagi, kita selalu berkutat dengannya. Bahkan impian dan cita-cita yang kita kejar dibatasi oleh sang waktu juga. Karena waktu sangat penting dalam kehidupan sehari-hari kita, banyak orang telah mempelajari dan menyelidikinya, mencari makna dan berusaha memecahkan misteri sang waktu, dalam berbagai bidang ilmu, dari agama, filsafat, psikologi sampai sains modern. Nah, dalam artikel ini kita akan membahas tentang waktu dalam berbagai aspek dan fenomenanya dari pemahaman sains, termasuk juga tentang kemungkinan perjalanan waktu seperti yang dikisahkan dalam fiksi-fiksi ilmiah.
Apakah Waktu Itu?
Jika diajukan pertanyaan "Apakah waktu itu?", tentu saja semua orang dapat dengan mudah menjawabnya berdasarkan pemahamannya. Misalnya dalam pemahaman sehari-hari, waktu adalah sesuatu yang diukur dengan detik, menit, jam, tanggal, bulan, dan tahun. Kamus Besar Bahasa Indonesia memberikan 7 definisi waktu, yang salah satunya adalah "seluruh rangkaian saat ketika proses, perbuatan, atau keadaan berada atau berlangsung."
Dari sumber berbahasa Inggris, Oxford Dictionary mendefinisikan waktu (time) sebagai "the indefinite continued progress of existence and events in the past, present and future regarded as a whole" (progres berkelanjutan yang tidak terbatas dari keberadaan dan kejadian pada masa lampau, masa sekarang dan masa depan yang dianggap sebagai satu kesatuan). Kemudian, McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology mendefinisikan waktu sebagai "the dimension of the physical universe that orders the sequence of events at a given place" (dimensi alam semesta fisik yang mengurutkan urutan kejadian pada suatu tempat yang diberikan).
Dari sekian banyak definisi yang diberikan dalam berbagai kamus dan ensiklopedia, dapat disimpulkan bahwa:
Waktu adalah suatu dimensi di mana kejadian-kejadian dapat diurutkan dari masa lampau melalui masa sekarang menuju masa depan dan juga ukuran durasi kejadian-kejadian dan interval di antara kejadian-kejadian.
Dengan demikian, waktu adalah sesuatu yang abstrak, yang tidak dapat dilihat, didengar ataupun dirasakan. Namun, ia juga bukan hanya sekedar dimensi, kuantitas, ataupun konsep; ia memiliki banyak aspek dan mewakili berbagai hal yang berbeda bagi orang-orang yang berbeda dalam situasi yang berbeda-beda.
Sesuai dengan definisi waktu di atas, waktu memiliki 3 unsur penting, yaitu masa lampau, masa sekarang (saat ini), dan masa depan. Masa lampau adalah kejadian-kejadian yang terjadi sebelum titik yang ditentukan dalam waktu, yang biasanya sudah tetap dan tidak bisa diubah. Masa lampau dapat diakses melalui ingatan atau, sejak ditemukannya tulisan, catatan sejarah. Studi tentang masa lampau, terutama yang berkaitan dengan kehidupan manusia, disebut ilmu sejarah.
Masa sekarang adalah waktu yang berhubungan dengan kejadian yang diketahui secara langsung dan untuk pertama kalinya (bukan sebagai ingatan masa lampau ataupun spekulasi masa depan). Ia disebut juga "saat ini", yaitu periode waktu di antara masa lampau dan masa depan. Berapa lama saat ini berlangsung bergantung pada konteks dan bisa bervariasi dari momen yang sangat kecil dan berdurasi tidak sampai satu hari sampai bahkan satu masa yang panjang.
Masa depan adalah periode waktu yang tidak tentu setelah momen saat ini. Ia adalah bagian garis waktu yang diproyeksikan yang diharapkan terjadi dan dapat dianggap berpotensi tidak terbatas dalam jangkauannya, ataupun terbatas dan tertentu. Bagi beberapa orang, masa depan adalah pasti dan telah ditakdirkan, sedangkan bagi kebanyakan orang lainnya, masa depan tidak diketahui dan terbuka dalam berbagai kemungkinan yang berbeda-beda. Studi yang mendalilkan masa depan yang mungkin terjadi disebut futurologi.
Waktu merupakan satu-satunya kuantitas non-fisik yang dipelajari dalam sains, terutama fisika, tidak hanya sebagai besaran pokok yang dapat diukur (seperti halnya panjang dan massa), tetapi juga sebagai salah satu dimensi yang membentuk struktur alam semesta (ruang-waktu). Sebagai besaran, waktu diukur dengan jam dan kalender untuk menandai kapan mulai dan berakhirnya suatu kejadian dan urutan kejadian sebelum atau sesudah kejadian lainnya. Jam merupakan peralatan mekanis yang digunakan untuk mengukur lamanya waktu berjalan (biasanya untuk menghitung durasi yang pendek, kurang dari 1 hari), sedangkan kalender merupakan abstraksi matematika untuk menghitung periode waktu yang lebih panjang (lebih dari 1 hari).
Berdasarkan cara kerjanya, terdapat beberapa jenis jam, seperti jam matahari atau jam bayangan (menggunakan bayangan dari cahaya matahari), jam air (menggunakan aliran air), jam pasir (menggunakan butiran pasir), jam lilin (menggunakan lilin atau dupa yang dibakar), jam mekanis (menggunakan ayunan bandul dan gerakan mekanis lainnya), sampai jam atom (menggunakan getaran atom). Sedangkan kalender dibuat berdasarkan siklus astronomi, yaitu pergerakan bumi terhadap matahari dan bulan terhadap bumi. Bumi mengelilingi matahari selama sekitar 365 hari dan ini dihitung sebagai satu tahun; bumi berputar pada porosnya selama 24 jam dan ini dijadikan standar pengukuran satu hari. Ketika bumi telah selesai mengelilingi matahari satu kali, bulan telah mengitari bumi sekitar 12 kali dan bulan sendiri mengelilingi bumi selama sekitar 29 hari; inilah yang dijadikan standar pengukuran bulan kalender.
Terdapat 3 jenis kalender berdasarkan acuan siklus astronomi yang digunakan, yaitu kalender solar (berdasarkan pergerakan bumi mengelilingi matahari, contohnya kalender Masehi yang digunakan secara internasional), kalender lunar (berdasarkan pergerakan bulan mengelilingi bumi, contohnya kalender Islam), dan kalender luni-solar (berdasarkan kombinasi pergerakan bumi mengelilingi matahari dan bulan mengelilingi bumi, contohnya kalender Cina)
Dalam standar SI (sistem internasional), besaran waktu diukur dalam satuan detik yang awalnya didefinisikan sebagai 1/86.400 hari solar rata-rata (yaitu 24 jam x 60 menit x 60 detik = 86.400 detik). Karena rotasi bumi perlahan-lahan melambat dan definisi hari solar ikut berubah, maka setelah penemuan jam atom, 1 detik didefinisikan sebagai "durasi dari 9.192.631.770 periode radiasi yang berhubungan dengan transisi antara dua level hyperfine dari keadaan dasar atom Cesium 133".
Apakah Waktu Berjalan Sama Cepatnya di Seluruh Alam Semesta?
Sekarang kita telah memahami definisi waktu dan aspek-aspeknya sebagai besaran fisika, namun timbul pertanyaan: "Apakah waktu adalah sama di seluruh alam semesta?" atau secara lebih spesifik: "Apakah dua buah jam yang identik, satu di bumi dan satu lagi di galaksi Andromeda (yang berjarak 2,5 juta tahun cahaya dari bumi), akan berdetak dengan kecepatan yang sama?" Pertanyaan ini telah ditanyakan para ilmuwan sejak abad ke-16 yang diawali dengan penemuan Galileo dan Newton tentang waktu absolut. Waktu absolut ini menjadi fondasi pengukuran fisika yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari, yang kita sebut sebagai fisika klasik.
Menurut fisika klasik, waktu bersifat absolut, yaitu ia eksis secara independen dari para pengamatnya, berjalan dengan kecepatan yang konsisten di seluruh alam semesta, dapat diukur tetapi tidak dapat dilihat, dan hanya dapat dipahami secara matematis. Dalam fisika klasik, waktu terpisah dari ruang dan tidak saling mempengaruhi, bahkan kejadian fisik tidak dapat mempengaruhi ruang dan waktu. Newton mengatakan:
Waktu yang absolut, sejati, dan matematis, terhadap dirinya sendirinya, dan dari sifat alaminya sendiri mengalir secara sama tanpa menghiraukan apa pun di luarnya.
Jadi, menurut fisika klasik, waktu berjalan sama cepatnya di seluruh alam semesta; jam yang berada di bumi berdetak sama cepatnya dengan jam yang berada di galaksi Andromeda. Bahkan jika alam semesta kosong dari segala materi dan energi, waktu akan tetap berjalan dengan sama. Konsepsi waktu absolut ini sesuai dengan hasil pengamatan sehari-hari.
Namun pada awal abad ke-20, Einstein menyatakan dalam teori relativitasnya bahwa kecepatan cahaya adalah absolut, tidak berbeda, dan tidak ada yang dapat melampauinya. Walaupun sumber cahaya bergerak dengan kecepatan tertentu, cahaya yang dipancarkannya akan tetap bergerak dengan kecepatan konstan (yaitu c = 3 x 108 m/s). Tentu saja ini bertentangan dengan konsep sehari-hari, misalnya jika pada kereta api yang bergerak dengan kecepatan tertentu (v kereta), kita melempar bola dengan kecepatan tertentu (v bola) searah dengan arah gerak kereta api, maka kecepatan bola yang diamati oleh pengamat di luar kereta adalah v kereta + v bola. Namun, jika seseorang menghidupkan lampu senter pada kereta api tersebut dan mengarahkannya searah dengan arah gerak kereta, maka kecepatan cahaya yang terukur tidak akan bertambah menjadi v kereta + c, melainkan tetap sebesar c. Ini artinya ruang dan waktu tidak absolut, melainkan fleksible untuk mengakomodasi kecepatan cahaya, yaitu dimensi ruang berubah lebih pendek dan dimensi waktu berubah menjadi lebih lambat sedemikian sehingga cahaya bergerak dengan kecepatan yang konstan bagi semua pengamat. Penemuan Einstein ini melahirkan apa yang kita sebut fisika relativistik, yang diterapkan jika suatu objek bergerak mendekati kecepatan cahaya.
Bagaimanakah Waktu Bersifat Relatif?
Menurut teori relativitas khusus Einstein, waktu bersifat relatif, yaitu bergantung pada gerakan relatif: waktu berjalan berbeda-beda bagi para pengamat berbeda yang bergerak dengan kecepatan yang berbeda. Pada kecepatan mendekati kecepatan cahaya, waktu akan berjalan lebih lambat; efek ini disebut dilatasi waktu. Jadi, dua buah jam yang telah disinkronkan akan berdetak dengan kecepatan yang berbeda jika bergerak relatif satu sama lain. Efek yang berhubungan pada dimensi ruang yang disebut kontraksi panjang menyebabkan suatu objek yang bergerak mendekati kecepatan cahaya menjadi lebih pendek ukurannya.
Sesungguhnya, efek relativitas ini juga terjadi pada kecepatan yang jauh lebih kecil dalam kehidupan sehari-hari, namun perubahan perlambatan waktu yang terjadi sangat kecil sehingga dapat diabaikan dan menjadi bersesuaian dengan hasil prediksi fisika klasik. Namun, jika suatu objek dipercepat mendekati kecepatan cahaya, fisika klasik tidak berlaku dan efek relativitas harus diperhitungkan. Jika suatu pesawat antariksa dapat bergerak dengan kecepatan 99% kecepatan cahaya (0,99c), pengamat di luar pesawat itu akan melihat jam pada pesawat berdetak dua kali lebih lambat dan astronot di dalamnya bergerak dengan lambat. Pada kecepatan 99,5% kecepatan cahaya, pengamat akan melihat jam tersebut berdetak 10 kali lebih lambat; pada 99,9% faktor perlambatannya menjadi 22 kali. pada 99,99% menjadi 224 kali, dan pada 99,9999% menjadi 707 kali. Pada alat pemercepat partikel terbesar yang telah diciptakan para ilmuwan saat ini, kita telah dapat membuat waktu melambat 100.000 kali.
Dengan demikian, efek relativitas dapat digunakan sebagai salah satu kemungkinan cara untuk melakukan perjalanan waktu ke masa depan (akan dibahas lebih lanjut di bagian bawah). Misalkan, terdapat dua orang saudara kembar yang salah seorang di antaranya mengadakan perjalanan ke sistem bintang terdekat, Alpha Centauri, yang berjarak sekitar 4 tahun cahaya dari bumi dengan kecepatan 0,8c (80% kecepatan cahaya), sedangkan saudaranya tinggal di bumi. Bagi si kembar yang menetap di bumi, perjalanan yang dilakukan si kembar yang bergerak memakan waktu 4/0,8 = 5 tahun untuk mencapai bintang tersebut. Bagi si kembar yang bergerak, jarak perjalanan yang ditempuh mengalami kontraksi panjang menjadi hanya 2,4 tahun cahaya sehingga waktu perjalanannya menjadi lebih cepat, yaitu 3 tahun untuk mencapai tujuannya. Dengan demikian, 5 tahun perjalanan yang diamati oleh pengamat yang diam di bumi berlangsung hanya 3 tahun bagi si kembar yang bergerak. Jika setelah mencapai tujuannya, ia langsung kembali ke bumi, maka perjalanan bolak-balik tersebut memakan waktu 6 tahun baginya, tetapi telah berlangsung 10 tahun bagi pengamat di bumi. Akibatnya, ketika kembali ke bumi, ia mendapatkan saudara kembarnya telah berusia 10 - 6 = 4 tahun lebih tua. Kejadian ini disebut paradoks kembar.
Dapatkah suatu objek mencapai kecepatan cahaya sehingga waktu sepenuhnya berhenti? Menurut teori relavitas khusus, ketika suatu objek dipercepat mendekati kecepatan cahaya, massanya (yang disebut massa relativistik) akan bertambah mendekati tak terhingga. Dengan demikian, sesuai dengan rumus ekivalensi massa-energi (E = mc2), energi yang dibutuhkan untuk mempercepat suatu objek hingga mencapai kecepatan cahaya adalah tidak terhingga sehingga tidak mungkin ada objek yang bisa dipercepat mencapai kecepatan cahaya. Hanya partikel cahaya (foton) yang telah memiliki kecepatan cahaya sejak awalnya tanpa perlu dipercepat.
Bagaimanakah Gravitasi Mempengaruhi Waktu?
Menurut fisika klasik, gravitasi merupakan gaya tarik-menarik antara dua benda yang memiliki massa. Newton telah menemukan bahwa gravitasi antara dua benda berbanding lurus dengan massa masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan jaraknya, yang kita kenal sebagai hukum gravitasi universal. Jadi, dalam fisika klasik, gravitasi sama sekali tidak bergantung pada waktu dan tidak mempengaruhi waktu karena gaya gravitasi antara dua benda terjadi seketika tanpa jeda waktu.
Setelah Einstein menemukan teori relativitas khusus, ia memperluas jangkauan teorinya pada gravitasi yang kemudian melahirkan teori relavitas umum. Einstein menemukan bahwa gravitasi sesungguhnya bukanlah suatu gaya dan tidak dapat dibedakan dari percepatan, suatu prinsip yang disebut prinsip ekivalensi. Dengan percobaan pikiran hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut: jika terdapat seorang astronot di dalam sebuah kabin pesawat luar angkasa yang dipercepat ke atas dengan percepatan 9,8 m/s2 (sama dengan percepatan yang diakibatkan gravitasi di permukaan bumi), maka ketika ia menjatuhkan sebuah benda ke lantai kabin pesawat, ia akan menemukan benda tersebut jatuh dengan percepatan sebesar 9,8 m/s2 tidak berbeda dengan hasil yang didapatkan ketika ia menjatuhkan benda itu di permukaan bumi. Demikian juga, jika ia menjatuhkan sebuah bola besi dan sebuah gumpalan kapas dari ketinggian yang sama dan pada saat yang bersamaan, maka keduanya akan jatuh menyentuh lantai kabin bersamaan persis jika hal tersebut dilakukan di permukaan bumi dengan adanya gravitasi bumi (dengan mengabaikan hambatan udara).
Karena efek ini, objek yang lebih dekat dengan pusat bumi mengalami waktu yang lebih lambat daripada objek yang lebih jauh, namun efek ini dapat diabaikan dalam pengukuran fisika sehari-hari karena sangat kecil sekali perbedaannya, misalnya orang yang tinggal di lantai atas suatu apartemen hanya lebih tua sekitar satu mikrodetik sepanjang usianya dibandingkan dengan kembarannya yang tinggal di lantai bawah. Bahkan dalam kurun waktu milyaran tahun usia bumi, inti bumi berusia hanya 2,5 tahun lebih muda dibandingkan permukaan bumi. Namun efek ini mempengaruhi kehidupan modern kita ketika kita menggunakan GPS (Global Positioning System): satelit yang digunakan oleh sistem GPS yang berada pada orbit geo-sinkron (memiliki periode rotasi sama dengan rotasi bumi) harus menyesuaikan jamnya memperhitungkan perbedaan waktu akibat kecilnya gravitasi yang dialaminya dibandingkan di permukaan bumi, yaitu sekitar 38 mikrodetik sehari. Jika tidak disesuaikan waktunya, akurasi GPS diperkirakan akan berbeda 10 km!
Sebuah bintang massif (bermassa lebih dari 25 kali massa matahari) pada masa akhir siklus hidupnya akan kehilangan bahan bakarnya untuk meneruskan reaksi termonuklir dalam intinya sehingga meledak sebagai supernova dan mengalami keruntuhan gravitasi menjadi sebuah lubang hitam. Lubang hitam merupakan sebuah singularitas (titik yang sangat kecil) dengan massa yang sangat besar sehingga ruang-waktu di sekitarnya melengkung begitu besarnya (dengan kata lain, gravitasinya sangat besar) dan mengakibatkan cahaya tidak dapat lolos darinya. Dengan demikian, jika kita berada di dekat lubang hitam, waktu akan berjalan sangat lambat bahkan berhenti ketika kita berada pada horizon peristiwa, yaitu daerah di sekitar singularitas lubang hitam di mana cahaya tidak bisa lolos dari lubang hitam tersebut (karena kecepatan lolosnya sama dengan kecepatan cahaya).
Jadi, berdasarkan teori relativitas khusus maupun umum, sebuah jam yang berada di galaksi Andromeda akan mengukur waktu yang berbeda dengan jam identik yang berada di bumi bergantung pada kecepatan gerak relatif galaksi tersebut terhadap bumi dan gravitasi yang dialami jam itu di galaksi tersebut. Tidak ada kerangka acuan khusus yang bisa ditetapkan di alam semesta untuk menetapkan waktu absolut yang sama bagi semua bagian di alam semesta karena semua bagian alam semesta ini bergerak relatif satu sama lainnya dan juga dipengaruhi oleh gravitasi yang berbeda-beda bergantung pada jumlah massanya.
Dapatkah Kita Berjalan Mundur dalam Waktu?
Dalam kehidupn sehari-hari kita dapat bergerak maju dan mundur dalam dimensi ruang (berpindah tempat), namun kita hanya dapat berjalan maju dalam waktu, yaitu dari masa lampau menuju masa sekarang dan masa depan; tidak bisa kebalikannya. Pengamatan sehari-hari bahwa waktu memiliki arah maju dan tidak bisa mundur ini disebut panah waktu. Walaupun panah waktu bersifat asimetris (hanya bersifat satu arah), hukum fisika bersifat simetris, yang artinya tidak peduli apakah waktu berjalan maju atau mundur, hampir semua hukum fisika berlaku sama dalam setiap peristiwa tersebut. Misalkan, kita melihat sebutir telur jatuh dari atas meja ke lantai dan pecah berkeping-keping; jika kita dapat membalikkan kejadiannya dan menyaksikan pecahan telur tersebut menjadi utuh lalu kembali ke atas meja, maka kejadian ini juga tidak melanggar hukum fisika. Namun demikian, kejadian kedua tidak bisa terjadi begitu saja seperti kejadian pertama karena waktu tidak bisa berjalan mundur.
Mengapa waktu tidak bisa berjalan mundur? Ini salah satu misteri terbesar dalam sains yang masih dicari jawabannya oleh para ilmuwan. Salah satu penjelasan yang banyak diterima para ilmuwan berasal dari hukum kedua termodinamika yang menyatakan bahwa entropi sebuah sistem tertutup tidak pernah berkurang (atau dengan kata lain, selalu meningkat atau setidaknya tetap). Dalam termodinamika (cabang ilmu fisika yang mempelajari tentang panas dan hubungannya dengan energi mekanis), entropi merupakan ukuran kekacauan partikel-partikel penyusun suatu sistem akibat pergerakannya, atau dengan bahasa yang lebih sederhana, entropi menggambarkan kecenderungan benda-benda (materi dan energi) untuk menyebar.
Misalkan, terdapat sebuah kotak tertutup dengan sekumpulan partikel gas yang berada di salah satu sudutnya. Pada kondisi awal partikel-partikel gas berada di sudut kotak dan ini dikatakan sebagai entropi minimum (keadaan teratur) sistem kotak tersebut. Setelah beberapa lama partikel-partikel gas tersebut akan menyebar ke seluruh bagian kotak dan memenuhi isi kotak. Ini dikatakan entropinya bertambah, yaitu tingkat kekacauannya bertambah karena partikel-partikel gas cenderung bergerak ke segala arah untuk memenuhi seluruh bagian dalam kotak. Secara alamiah, sistem tertutup selalu berperilaku seperti kotak berisi gas tersebut dan untuk mengembalikannya ke kondisi awal diperlukan sejumlah usaha atau energi tertentu sehingga dikatakan proses ini bersifat satu arah dan tidak berkebalikannya (irreversible). Hal yang sama juga berlaku pada kejadian pecahnya telur di atas.
Dalam suatu sistem termodinamika yang tidak tertutup, entropi dapat berkurang seiring waktu, misalnya kotak terbuka yang berisi kumpulan partikel gas akan berkurang entropinya karena partikel-partikel gas tersebut akan menyebar ke luar kotak dan meninggalkan kotak. Bahkan, pembentukan bintang dan planet-planet dari kumpulan awan gas dan debu (nebula) juga mengurangi entropi dari sistem tersebut karena dalam proses ini partikel-partikel nebula terkumpul oleh tarikan gravitasi, alih-alih menyebar. Namun berkurangnya entropi pada sistem yang terbuka ini mengakibatkan entropi lingkungan sekitarnya meningkat sehingga total entropi sistem dan lingkungannya meningkat atau tetap sesuai dengan hukum kedua termodinamika. Demikian juga, jika dipandang dari keseluruhan sistem alam semesta, entropi alam semesta telah bertambah sejak awal pembentukannya dari sebuah singularitas Big Bang yang mengembang menjadi alam semesta seperti sekarang.
Karena entropi selalu meningkat seiring waktu, maka waktu selalu berjalan maju dan kita dapat membedakan masa lampau dengan masa sekarang atau masa depan dengan mengukur entropi. Dengan alasan yang sama juga kita hanya dapat mengingat masa lampau yang telah berlalu dari ingatan atau catatan sejarah dan tidak bisa mengetahui masa depan yang akan terjadi. Bayangkan jika terjadi sebaliknya: kita mengingat suatu kejadian lalu kejadian tersebut terjadi dan kemudian ingatan tersebut menghilang. Kemungkinan terjadinya hal aneh tersebut sangat kecil pada otak kita sama kecilnya seperti kemungkinan terjadinya pecahan telur yang kembali menjadi sebutir telur yang utuh.
Walaupun hukum kedua termodinamika dapat menjelaskan mengapa panah waktu bersifat satu arah, tetapi masih terdapat misteri lainnya, seperti mengapa alam semesta pada awalnya memiliki entropi yang rendah, apakah entropi alam semesta akan terus bertambah, dan seterusnya. Namun, hal ini yang merupakan salah satu objek penyelidikan para ilmuwan dalam kosmologi modern tidak menjadi fokus pembahasan kita pada artikel ini.
Mungkinkah Kita Mengadakan Perjalanan Waktu?
Telah dijelaskan di atas bahwa waktu bersifat asimetris sehingga kita tidak mungkin berjalan mundur dalam waktu atau pergi ke masa lampau secara alamiah (melalui proses fisika sehari-hari), namun ini bukan berarti perjalanan waktu itu tidak mungkin secara sains. Dengan memanfaatkan teori relativitas khusus, kita dapat mengadakan perjalanan waktu ke masa depan dengan bergerak mendekati kecepatan cahaya seperti pada kasus paradoks kembar di atas. Hanya saja cara ini membutuhkan teknologi yang cukup canggih untuk membangun sebuah pesawat antariksa yang bisa menempuh kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Saat ini kecepatan tercepat yang telah ditempuh oleh wahana antariksa buatan manusia adalah 265.000 km/jam yang dicapai oleh pesawat tanpa awak Juno ketika melewati planet Jupiter pada tanggal 4 Juli 2016 setelah lima tahun perjalanan. Walaupun sangat cepat dalam ukuran sehari-hari, kecepatan tersebut hanya sekitar 0,025% dari kecepatan cahaya.
Cara lainnya untuk mengadakan perjalanan ke masa depan adalah dengan mengorbit sebuah lubang hitam seperti yang dibahas di atas. Ini juga perjalanan waktu ke masa depan seperti yang terjadi dalam film fiksi ilmiah berjudul Interstellar. Namun, jarak lubang hitam terdekat dengan bumi, yaitu V616 Monocerotis, adalah sangat jauh (3.500 tahun cahaya) sehingga membutuhkan teknologi pesawat antariksa yang canggih untuk melakukan perjalanan antarbintang. Selain itu, mengorbit lubang hitam harus dilakukan dengan kecepatan yang sangat tinggi dan harus tepat karena jika kecepatannya terlalu lambat, maka pesawat kita akan terbang berpilin masuk ke dalam lubang hitam dan akibatnya fatal (semua objek yang masuk ke dalam lubang hitam akan mengalami spaghettisasi, yaitu hancur bagaikan spaghetti menjadi partikel-partikel elementer penyusunnya); jika kecepatannya berlebihan, maka kita akan terlempar ke luar angkasa; jika kecepatannya sedang, yaitu tidak berlebihan juga tidak terlalu lambat, maka pesawat kita akan mengorbit lubang hitam dalam pola yang rumit yang disebut orbit rosetta. Hanya pada kecepatan yang tepatlah baru kemudian pesawat kita dapat mengorbit lubang hitam dengan orbit melingkar, namun demikian karena kuatnya tarikan gravitasi di daerah di dekat lubang hitam, sedikit saja pesawat kita bergerak dari orbitnya dapat menyebabkan pesawat kita terlempar ke luar angkasa atau masuk ke dalam lubang hitam.
Walaupun kita berhasil mengatasi rintangan teknologi dan bahaya antariksa, perjalanan waktu melalui kedua cara di atas hanyalah perjalanan waktu yang dipercepat ke masa depan dengan memanfaatkan perlambatan waktu (dilatasi waktu) yang diakibatkan oleh kecepatan gerak relatif kita terhadap bumi atau gravitasi yang sangat kuat. Selain itu, perjalanan waktu jenis ini hanya bisa satu arah di mana setelah melakukannya kita tidak bisa kembali ke masa ketika kita mulai melakukan perjalanan waktu. Dengan demikian, ini bukan perjalanan waktu yang sesungguhnya.
Oleh sebab itu, para ilmuwan menghipotesiskan berbagai kemungkinan cara untuk melakukan perjalanan waktu yang bisa bolak-balik (ke masa depan maupun ke masa lampau). Misalnya, Miguel Alcubierre pada tahun 1994 menghipotesiskan suatu sistem di mana sebuah pesawat antariksa dapat menyusutkan ruang di depannya dan memperluas ruang di belakangnya sehingga menghasilkan perjalanan yang lebih cepat daripada cahaya tanpa menyalahi batasan kecepatan cahaya. Dengan terdistorinya dimensi ruang akan mempengaruhi dimensi waktu juga karena keduanya ada satu kesatuan, sehingga cara ini juga dapat digunakan untuk perjalanan waktu ke masa depan atau masa lampau. Teknologi ini disebut warpdrive, yang populer digunakan dalam fiksi-fiksi ilmiah, namun salah satu hambatan untuk membangun teknologi ini adalah besarnya energi yang dibutuhkan untuk menyusutkan dan memperluas ruang-waktu yang bisa mencapai keseluruhan massa alam semesta yang teramati. Walaupun demikian, pada tahun 2012 para ilmuwan NASA sedang meneliti kemungkinan teknologi warpdrive yang menggunakan energi yang lebih kecil.
Kemungkinan cara lainnya adalah dengan menggunakan lubang cacing. Lubang cacing merupakan jembatan yang menghubungkan dua titik yang berbeda dalam ruang-waktu, yang memungkinkan jalan pintas yang mempersingkat perjalanan jarak dan waktu. Einstein dan Nathan Rosen menggunakan teori relativitas umum untuk mengembangkan teori lubang cacing ini sehingga ia disebut juga sebagai “jembatan Einstein-Rosen”. Walaupun teori relativitas umum memprediksi keberadaan lubang cacing, namun belum ditemukan buktinya secara eksperimen. Salah satu solusi relativitas umum adalah lubang cacing memiliki jalan masuk melalui lubang hitam di mana objek yang masuk ke dalamnya akan keluar melalui lubang putih di tempat lain pada masa waktu yang berbeda, bahkan alam semesta lain. Namun demikian, lubang hitam yang terbentuk secara alami dari keruntuhan sebuah bintang tidak terbukti menjadi lubang cacing. Selain itu, ukuran lubang cacing diprediksikan jauh lebih kecil daripada atom dan tidak stabil (terbentuk kemudian lenyap dalam sekejap). Dibutuhkan energi yang sangat besar untuk membuat sebuah lubang cacing yang stabil dan dapat dilintasi oleh manusia. Upaya menstabilkan lubang cacing juga menyebabkan lubang cacing runtuh menjadi lubang hitam, kecuali kita menggunakan materi eksotis yang memiliki energi negatif, yang juga belum terbukti keberadaannya. Stephen Hawking juga menyatakan radiasi umpan balik yang terjadi bisa menghancurkan lubang cacing sehingga tidak bisa digunakan sebagai mesin waktu.
Alternatif cara perjalanan waktu lainnya berasal dari kemungkinan adanya partikel yang bergerak lebih cepat daripada cahaya, yang disebut tachyon. Walaupun teori relativitas khusus tidak memungkinkan suatu objek dipercepat dari keadaan diam menjadi berkecepatan cahaya seperti yang telah dibahas di atas, namun ia tidak meniadakan kemungkinan adanya partikel yang selalu memiliki kecepatan melebihi cahaya sejak awalnya. Partikel demikian akan berjalan mundur dalam waktu (ia akan muncul sebelum ia ditembakkan) sehingga dapat digunakan untuk mengirim objek atau pesan ke masa lampau. Namun demikian, partikel tachyon memiliki massa imajiner (yaitu kuadrat nilai massanya sama dengan bilangan negatif) yang hanya bermakna secara matematis dan keberadaan partikel ini masih belum dapat dibuktikan.
Jadi, walaupun secara teori adalah mungkin untuk melakukan perjalanan waktu menuju masa depan atau masa lampau, namun secara eksperimen belum ada bukti yang memungkinkan hal tersebut terjadi karena keterbatasan teknologi kita saat ini. Walaupun demikian, para ilmuwan masih sedang meneliti kemungkinan teknologi perjalanan waktu tersebut. Mungkin beberapa abad mendatang, kemungkinan teoritis ini bisa menjadi kenyataan. Siapa tahu?
Dan, untuk saat ini biarlah sang waktu tetap menjadi misteri yang menghantui pikiran para ilmuwan yang berusaha mengungkapkanya....
Catatan Akhir
Ketika penulis sedang merampungkan tulisan ini, kita mendapat berita dukacita: salah seorang fisikawan terbesar sepanjang abad, yang juga meneliti tentang misteri sang waktu, Stephen Hawking, meninggal dunia pada hari Rabu kemarin tanggal 14 Maret 2018, tepat pada hari ulang tahun Einstein.
Berbagai bintang dapat lahir dan bersatu dalam alam semesta tetapi tiada yang dapat mengambil tempat dari bintang paling terang yang dimiliki bumi, Stephen Hawking. Ilmuwan terbesar yang pernah ada telah meninggalkan kita selamanya. Kita berharap pengetahuan dan kebijaksanaanya masih membimbing umat manusia di alam semesta yang penuh misteri ini. Engkau akan selalu dikenang.
RIP Stephen Hawking (8 Januari 1942-14 Maret 2018).
Sumber:
The Fundamentals of the Modern Physics oleh Dr. Peter J. Nolan
http://www.exactlywhatistime.com/physics-of-time/
https://www.physicsoftheuniverse.com/topics_relativity.html
http://www.bbc.com/earth/story/20150309-why-does-time-only-run-forwards
https://en.wikipedia.org/wiki/Warp_drive
https://www.space.com/20881-wormholes.html
Baca konten-konten menarik Kompasiana langsung dari smartphone kamu. Follow channel WhatsApp Kompasiana sekarang di sini: https://whatsapp.com/channel/0029VaYjYaL4Spk7WflFYJ2H
