Seberapa Akuratkah Lubang Hitam "Interstellar" Dalam Pandangan Sains? (Part 4: Ekstraksi Energi)

Apa Itu Ekstraksi Energi?

Salah satu yang menurut saya paling brilian dari film ini adalah bahwa Interstellar melibatkan suatu proses yang disebut Proses Penrose. Formula Einstein yang sangat terkenal, E=m*c^2, mengatakan bahwa tiap objek bermassa mempunyai energi yang secara prinsip dapat diekstrak. Apa yang dimaksud dengan “diekstrak”? 

Ekstraksi energi adalah proses yang mengubah objek yang bermassa menjadi energi. Mungkin salah satu contoh yang familiar adalah bom nuklir. Saat bom nuklir diledakkan, seluruh massa yang terkandung dalam bom tersebut akan dikonversi menjadi energi yang begitu dahsyat yang dapat meluluhlantakkan sebuah kota hanya dalam hitungan detik melalui reaksi nuklir. Reaksi nuklir inilah yang disebut ekstraksi energi.

Sekarang, bayangkan sebuah kucing dengan massa 5 kg. Menurut formula Einstein, massa kucing tersebut dapat diubah menjadi energi sebesar 450 ribu triliun Joule, setara dengan energi yang digunakan untuk menghidupi kota dengan 1 juta penduduk selama 28 tahun. Dengan kata lain, seekor kucing, saya ulangi, seekor kucing, dapat menghidupi kota Batam (dengan 1 juta penduduk; Kemendagri, 2015) selama 28 tahun.

Namun yang disayangkan, energi yang bisa diambil/diekstrak dari kucing tersebut tidak lebih besar dari 1% total energinya (efisiensinya kurang dari 1%) dengan menggunakan proses ekstraksi energi yang kita kenal, seperti reaksi nuklir atau reaksi kimia. Untuk kucing dengan massa 5 kg, itu setara dengan energi yang “hanya” 4500 triliun Joule (cukup untuk menghidupi kota Batam selama 3,5 bulan). 

Namun, bukan berarti kita tidak bisa menemukan proses ekstraksi energi yang efisien. Hal yang mengejutkan adalah bahwa ternyata lubang hitam yang berotasi secara prinsip dapat mengekstrak energi dengan efisiensi hingga 50%. Angka tersebut sangatlah besar mengingat kebanyakan proses ekstraksi yang kita kenal efisiensinya tidak pernah lebih dari ~5-10%. Sehingga, para fisikawan dan astronom mencoba untuk mengembangkan teori tentang bagaimana proses ekstraksi energi dari lubang hitam dapat dilakukan. 

Salah satu dari proses tersebut adalah yang diperlihatkan di Interstellar saat Cooper (diperankan oleh aktor Matthew McConaughey) dan Brand (diperankan oleh aktris Anna Hathaway) melakukan manuver orbit di sekitar lubang hitam untuk menuju ke Planet Edmund. Proses ekstraksi yang digunakan saat adegan tersebut disebut proses Penrose.

Lubang Hitam yang Efisien

Adegannya berlangsung seperti berikut: kru Endurance (pesawat induk yang digunakan di Interstellar) yang tersisa, Cooper dan Brand serta dua robot yang membantu mereka, TARS dan CASE, akan melanjutkan misi mereka menuju ke Planet Edmund. Yang menjadi masalah adalah bahan bakar Endurance tidak cukup untuk melakukan perjalanan tersebut. Untuk mengatasinya, Cooper menyarankan untuk melakukan apa yang disebut gravity slingshot, yaitu manuver yang memanfaatkan gravitasi suatu objek untuk menambah kecepatan pesawat/satelit tanpa menghabiskan bahan bakar. Brand setuju dan mereka pun bersiap melakukan manuvernya. Namun, tanpa diketahui oleh Brand, ditengah-tengah manuver, Cooper melepaskan diri dari Endurance, begitu pula dengan TARS, menggunakan pesawat yang lebih kecil yang disebut Ranger dan Lander. Hal ini dilakukan Cooper untuk memastikan bahwa Endurance dapat lolos dari gravitasi Gargantua dan Brand dapat selamat sampai ke Planet Edmund. Mengapa bisa begitu? 

Sebenarnya Cooper sudah menjelaskannya dalam film. Hukum Newton ketiga; setiap aksi pasti terdapat reaksi. Namun, jika ingin ditilik lebih lanjut, Cooper melakukan apa yang disebut Proses Penrose. Persis sama dengan yang diperlihatkan pada adegan tersebut, langkah-langkah Proses Penrose pada prinsipnya adalah sebagai berikut:

• Dua objek dengan massa yang sama berada di jarak yang sangat jauh dari lubang hitam,
• Keduanya dipindahkan ke negative energy region (wilayah yang jika sebuah objek berada di dalamnya, objek tersebut akan mengorbit lubang hitam) di sekitar lubang hitam,
• Salah satu objek terperangkap gravitasi lubang hitam, lalu objek tersebut mendapatkan energi dari potensial gravitasi lubang hitam, sehingga sebagian energi sebelumnya dilepaskan ke objek satunya agar hukum kekekalan energi tetap dipatuhi,
• Objek satunya mendapatkan energi tambahan dari objek yang terperangkap dan akhirnya melepaskan diri kembali menuju tempat semula dengan energi yang lebih besar dari sebelumnya.

Dengan kata lain, objek yang lolos tersebut telah mengekstrak energi yang dimiliki lubang hitam dari rotasinya. 

Dalam adegan, objek yang terperangkap gravitasi adalah Cooper dan TARS, sementara yang lolos adalah Brand dan CASE. Saat Cooper dan TARS jatuh ke Gargantua, energi lubang hitam tersebut ditransfer ke Brand dan CASE dan dimanfaatkan pesawatnya untuk lolos dari gravitasi Gargantua.

Secara prinsip, proses ini memang terlihat sederhana, namun pada kenyataannya tidak begitu. Faktanya, Proses Penrose ini belum dipahami dengan baik dan belum dapat dibuktikan kebenarannya sehingga dibutuhkan pengembangan teori lebih lanjut. Yang menakjubkan adalah, dengan menggunakan kondisi yang ideal seperti di atas, efisiensi proses ekstraksi dengan Proses Penrose secara teori dapat mencapai 27%. 

Tidak heran Cooper lebih memilih untuk “berjudi” demi menyelematkan Brand agar dapat menyelesaikan misi mereka. Saya takjub melihat bagaimana sebuah film berani untuk menggunakan suatu teori sains yang sangat tidak familiar dengan masyarakat awam tanpa kehilangan akurasi terhadap teori tersebut.

Lalu, mungkin sebagian orang bertanya, mengapa Cooper ataupun TARS dapat selamat saat memasuki Gargantua yang memiliki gravitasi begitu besar? Menurut sains, tidak ada manusia yang bisa selamat jika terperangkap gravitasi lubang hitam, namun Interstellar mempunyai “alibi”nya sendiri. 

Saat Cooper memasuki dimensi ke-5 di dalam Gargantua, Cooper sadar bahwa yang membuat semua ini adalah manusia di masa depan. “Manusia masa depan” ini entah bagaimana dapat menemukan cara untuk memperlakukan waktu seperti ruang – dapat dijelajahi. Manusia inilah yang menjaga Cooper dan TARS tetap hidup saat memasuki Gargantua. Tapi, mari kita tilik dari aspek sains tanpa ada campur tangan “manusia masa depan”. Pada part selanjutnya, kita akan melakukan perjalanan menuju lubang hitam. Jadi, stay tuned ya!