Home Sains Melebihi Kecepatan Cahaya

Melebihi Kecepatan Cahaya

Melebihi Kecepatan Cahaya

 
Mungkin, melaju dengan kecepatan cahaya merupakan harapan dan keinginan umat manusia, baik pada masa kini ataupun kelak dimasa depan. Siapa sih yang nggak mau menjelajah dan explore alam semesta yang maha luas ini?. 
 
Banyaknya pertanyaan mengenai alam semesta ini membuat para ilmuwan dan ahli mencari tau dengan cara bereksperimen, melakukan observasi, dan bila sampel/bukti sudah dianggap cukup, akan dijadikan sebagai hipotesis. Keinginan kuat manusia dalam mengungkap rahasia alam semesta pasti membuahkan petunjuk, petunjuk itu pastinya melalui sains.
 
Berbicara mengenai kecepatan cahaya, saya teringat Millennium Falcon, pesawat luar angkasa yang ada di film ataupun game Star Wars. "Nggak kebayang ya kalau di masa depan nanti, fiksi bakal jadi kenyataan". Pastinya teknologi sudah sangat maju dan mungkin pekerjaan dan aktivitas manusia menjadi sangat mudah dan terkontrol oleh teknologi. 
 
 GIF Millennium Falcon, Star Wars - Credit : Tennor
 
Misalnya saja, untuk mengeskplorasi exoplanet atau mengunjungi galaksi terdekat (tetangga kita) dan nggak perlu waktu lama untuk melakukannya, yang kita tau sekarang Voyager I dan II adalah pesawat tanpa awak yang misinya mencari sampel atau data di planet yang lingkupnya di tata surya kita. Misi lain dari Voyager adalah ruang antarbintang, artinya kedua wahana antariksa tersebut akan keluar dari tata surya kita.

Angan-angan tadi mungkin bisa dijadikan sebuah semangat agar manusia bisa bekerja dengan sungguh-sungguh, disiplin, menghargai waktu, dan hal-hal positif lainnya. Bila kembali ke realita, yang jadi masalah itu tidak ada yang lebih cepat selain kecepatan cahaya.
 
Seperti yang kita ketahui, bahwa tidak ada satu objek normal bumi yang bisa bergerak sama persis atau melebihi kecepatan cahaya. Untuk bergerak menyamai kecepatan cahaya pun masih sangat tidak mungkin rasanya, apalagi melebihinya. Dalam fisika modern, tepatnya pada teori relativitas khusus (postulat Einstein) yang kurang lebih berbunyi :
  • Hukum-hukum fisika berlaku sama pada kerangka acuan inersia.
  • Kecepatan cahaya [c] dalam ruang vakum selalu sama / konstan untuk semua pengamat dan tidak bergantung pada gerak sumber cahaya atau pengamatnya.
Postulat pertama dikemukakan akibat tidak adanya acuan universal sebagai acuan mutlak. Postulat kedua memiliki implikasi mengenai kecepatan, waktu, panjang, dan massa benda yang bersifat relatif.
 
Postulat kedua ini juga menjelaskan mengenai sifat gelombang, salah satu gelombang yang dimaksud adalah bunyi. Sesuai dengan Efek Doppler, kita tau bahwa kecepatan bunyi itu tidak bergantung pada gerak sumber bunyi, sesuai dengan pelajaran fisika di sekolah baik saat SMP atau SMA, cepat rambat bunyi di udara adalah 340 m/s dan tidak akan berubah baik ketika kita diam ataupun bergerak.

Kita bahas lagi "Apakah kita bisa menembus kecepatan cahaya?". Dalam teori relativitas, "untuk saat ini" kita belum dibolehkan untuk melebihi kecepatan cahaya, kenapa?. Kita perhatikan rumus energi kinetik relativistik berikut :
Energi Kinetik Relativistik - pinned in pinterest.com
 
Akibat dari rumus diatas, benda bermassa tidak akan bisa menyamai ataupun melebihi kecepatan cahaya. Kalau "hampir" menyamai kecepatan cahaya masih memungkinkan, hampir disini bisa saja ditulis 98% bahkan 99,99% dari kecepatan cahaya. 
Karena  maka . Dengan demikian, sebesar apapun energi yang diberikan kepada suatu benda untuk menyamai, bahkan untuk melebihi kecepatan cahaya tidak akan cukup. Karena dibutuhkan energi yang tak berhingga untuk mencapainya. Hanya partikel yang tidak bermassa yang bisa mencapai atau menyamai kecepatan cahaya, tidak lain dan tidak bukan adalah foton itu sendiri.

Bila saja "diandaikan" kita bisa menembus atau bergerak sama seperti kecepatan cahaya, akan terjadi beberapa fenomena yang akan kita alami secara tidak langsung. Dalam teori relativitas, kita pasti mengenal rumus berikut :

m' = massa benda bergerak [kg]
mo = massa benda diam [kg]
v = kecepatan relatif benda [m/s]
c = kecepatan cahaya dalam vakum [m/s]

Dari rumus diatas, bisa dikatakan bahwa semakin cepat kita bergerak maka semakin besar massa menurut orang yang diam. Menurut  kita (orang yang bergerak) tidak terjadi apa-apa, massa kita juga tetap kok. Namun, menurut orang yang diam ketika kita bergerak dengan kecepatan tersebut, massa kita naik menjadi lebih besar. 
 
Jadi, bisa dibilang relatif. Karena alasan ini juga benda bermassa tidak dapat menyamai kecepatan cahaya, karena semakin cepat suatu benda bergerak, makin besar pula massa (lebih besar dari massa benda diam) dan energi yang dibutuhkan.

Selain massa relativistik diatas, ada juga fenomena relativitas yang lain. Namanya Time Dilation.

Dilatasi Waktu - credit : IOPscience
 
Secara tidak langsung, kita boleh bilang bahwa dilatasi waktu itu memendekkan ruang dan memperpanjang waktu. Sekali lagi, ini juga bergantung pada gerak relatif. Menurut orang yang tidak bergerak relatif terhadap jam, "yang dia sadari" jam bergerak lebih lambat. 
 
Berbeda dengan orang yang diam relatif terhadap jam, dia merasa waktu begitu cepat. Semisal, jika waktu yang teramati oleh pengamat [x] menyatakan t', maka waktu yang teramati oleh pengamat [y] dinyatakan t0, jadi keduanya memiliki selang waktu tersendiri. Dan bisa dirumuskan dalam :

t' = waktu dalam acuan pengamat yang bergerak [s]
to = waktu dalam acuan pengamat yang diam [s]

Twin Paradox - credit : moviesandscience.com
 
Banyak yang tau, salah satu contoh dari percobaan dilatasi waktu diatas adalah 'Paradoks si Kembar' atau Twin Paradox. Kita asumsikan ada dua kembar identik, dengan inisial A dan B, salah satu dari mereka ditunjuk oleh NASA untuk menjalankan misi di luar angkasa. Ternyata si A lah yang terpilih, dan si B akan tetap berada di bumi. Pesawat yang dinaiki oleh A memiliki kecepatan 0,8c, hari-hari berikutnya setelah berada luar angkasa, si A ini selalu menghitung dan mendapatkan total seluruh hari yang telah dia lalui tanpa si B sebanyak 730 hari (2 tahun) dan memutuskan untuk kembali ke bumi. Maka menurut si B berapa tahun perjalanan yang dilalui oleh si A?. Jawabannya adalahhh.. 1,2 tahun.

Untuk efek terakhir yang pasti terjadi dalam teori relativitas milik Einstein, yaitu Kontraksi Panjang.

Kontraksi Panjang - Uploaded in Quora
 
Kontraksi panjang adalah penyusutan panjang suatu benda yang terjadi akibat gerak relatif pengamat, panjang benda yang diamati pengamat yang bergerak lebih kecil dari pada pengamat yang diam, dan juga penyusutan panjang tersebut karena benda tersebut bergerak mendekati kecepatan cahaya. 
 
Dalam fenomena sehari-hari, mungkin 3 fenomena relativistik di atas jarang ditemui di kehidupan sehari-hari. Untuk membayangkan kontraksi panjang ini bisa dianalogikan sebuah kereta, anggap saja kereta Shanghai Maglev seperti gambar diatas. Perlu diketahui rumus kontraksi panjangnya :

L' = panjang benda bergerak [m]
Lo = panjang benda diam [m]

Dalam kontraksi panjang, nilai L' selalu lebih kecil dari Lo (L' < Lo). Dengan demikian, benda tersebut benar-benar mengalami kontraksi panjang menurut pengamat yang bergerak relatif. Kita misalkan sebuah kereta Maglev memiliki panjang 150m dan ketika diukur diam, berapa panjang kereta dengan kecepatan 0,6c yang melintas menurut pengamat yang diam di stasiun?.


Mungkin, salah satu cara yang bisa dilakukan untuk menembus kecepatan cahaya adalah menggunakan Warp Drive dan juga Wormhole. Bukan untuk menembus kecepatan cahaya saja, keduanya bisa dijadikan sebagai kendaraan antariksa di masa depan kelak, sehingga umat manusia bisa terus mengembara, menjelajah, dan memanfaatkannya untuk keberlangsungan spesiesnya.

Warp Drive - credit : brainstromingbox.org
 
Warp Drive adalah sistem propulsi teoritis untuk mencapai kecepatan yang melebihi kecepatan cahaya. Dengan menggunakan persamaan medan Einstein dan Alcubierre matrix. Sebagian besar energi dipakai untuk memadatkan ruang-waktu di depan pesawat dan meluaskan ruang-waktu di belakang pesawat yang seolah-olah menciptakan ilusi bahwa pesawat tersebut bergerak melebihi kecepatan cahaya dan tidak melanggar batas kecepatan cosmic. 
 
Hasilnya, pesawat tersebut akan berpindah tempat dari keadaan semula. Namun, warp drive ini membutuhkan energi sebanyak massa planet Jupiter.

Perlu dipastikan sebelum menggunakan warp drive ini jalur harus sudah 'bersih' dari benda-benda langit, seperti asteroid, planet, bintang, dll. Kalau tidak, bisa dipastikan kita memiliki kemungkinan kecil untuk terus melanjutkan hidup. 
 
Dengan memperhitungkan posisi benda-benda langit, kita mungkin tidak akan mengalami kendala dalam perjalanan, mengingat kecepatan warp drive ini sangat tinggi. Meskipun demikian, untuk mengamati objek langit ini juga gampang-gampang susah, mengingat cahaya juga memiliki kecepatan [c]. Bisa dibayangkan, cahaya dari matahari aja perlu waktu 8 menit untuk mencapai bumi, artinya cahaya yang baru saja kita lihat itu adalah cahaya 8 menit yang lalu. 
 
Bisa dimisalkan kita ingin mengamati benda langit yang jaraknya sangat jauh dari bumi, pastinya kecepatan cahaya juga perlu waktu untuk mencapai kita. Bisa saja cahaya yang kita lihat itu adalah cahaya 10 tahun yang lalu.

Wormhole - image : scientificamerican.com
 
Wormhole atau lubang cacing adalah suatu teori yang menyebutkan bahwa kita bisa mempersingkat atau memangkas ruang dengan membuat ruang yang baru, dan bisa dibilang wormhole ini sebagai sebuah jalan pintas (shortcut) antara satu titik ruang-waktu ke titik ruang-waktu lainnya. Kenapa disebut jalan pintas?. Seperti yang kita tau bahwa ruang-waktu itu melengkung, misalnya saja kita ingin ke pusat galaksi dan posisi kita berada di bumi, kita tidak perlu melakukan perjalanan yang jauh dengan mengikuti permukaan semesta, hasilnya kita bisa mengambil 'jalan lurus' untuk mencapainya.

Bagaimana cara kita menciptakan wormhole?. Dalam mekanika kuantum, ada kemungkinan bahwa wormhole bisa tercipta melalui probabilitas dan muncul secara acak, yaitu melalui quantum foam. Diprediksi bahwa wormhole ini muncul pada skala mikroskopis sekitar 10-33cm, namun karena alam semesta terus mengembang mungkin saja ukurannya menjadi lebih besar, meski demikian perlu dipikirkan cara untuk memasukkan sebuah pesawat kedalam wormhole. 
 
Masalah lain timbul selain karena ukurannya yang kecil, yaitu stabilitas atau keseimbangan wormhole. Seperti yang kita lihat dalam film, istilahnya wormhole itu memiliki durasi ketika terbuka, bila habis otomatis akan runtuh atau tertutup kembali. Dalam penelitian yang dilakukan oleh ilmuwan, ditemukan bahwa wormhole yang mengandung exotic matter (massa negatif) akan memiliki stabilitas yang lebih baik, tapi kita masih belum memumpuni dalam dalam teknologi membuat exotic matter ini.
More From Author