Black Holes, Wormholes And Time Machines - Jim Al-Khalili [#8]

Ruang karet

Di Bab 1 saya berargumen bahwa ruang dilarang dianggap sebagai sekadar ‘tempat untuk menaruh sesuatu’, melainkan bahwa ia mempunyai atribut geometrisnya sendiri. Atribut-atribut ini berubah dengan kehadiran massa. Untuk memvisualisasikan bagaimana ruang sanggup melengkung akrab objek masif, kita akan gunakan trik membuang salah satu dimensi ruang dan memikirkan lagi lengkungan dunia2D.

Gambar 2.2. Karena benda masif ibarat bintang atau
planet menciptakan lekukan di ruang, jalur objek kecil yang
melintas di dekatnya akan dilengkungkan oleh ‘lubang’ itu.
Kelengkungan inilah yang kita atributkan pada gaya tarik
gravitasi.

Cara terbaik untuk memahami apa yang terjadi pada ruang ketika kita memasukkan objek masif yaitu membayangkan ruang (2D) ibarat tilam karet. Bayangkan menggelindingkan bola kecil melintasi trampolin. Ia niscaya menyeberang dalam garis lurus. Sekarang, bagaimana kalau Anda berdiri membisu di tengah-tengah trampolin dan menyuruh seseorang menggelindingkan bola itu lagi? Anda akan menciptakan lekukan yang mengakibatkan materi trampolin sedikit membungkuk. Jika jalur yang diambil bola cukup akrab dengan lekukan ini, ia akan mengikuti lengkungannya dan terbelokkan untuk bergerak ke arah berbeda (gambar 2.2). Dipandang dari atas, akan terlihat seperti Anda mengerahkan sebuah gaya misterius terhadap bola yang menyebabkannya tertarik menuju Anda dan menjauhi jalur lurusnya semula. Beginilah kita membayangkan materi melengkungkan ruang di sekelilingnya. Lengkungan mengakibatkan objek lain mengikuti jalur yang berbeda dari jalur yang akan mereka tempuh bila tak ada lengkungan. Yang terjadi pada trampolin yaitu bola mengikuti jalur geodesik. Jalur ini lebih disukai bagi bola; jalur yang paling masuk akal ingin ia ambil mengingat adanya lengkungan materi trampolin yang dijumpainya. Dengan demikian, jalur geodesik yaitu jarak terpendek antara dua titik. Makara bila Anda ditanya, berapa jarak terpendek di antara dua titik, jangan jawab garis lurus. Geodesik hanya menjadi garis lurus manakala ruangnya flat. Andai bola bergerak lebih lambat di sepanjang jalur yang orisinil di atas trampolin, maka ia akan terperangkap dalam lubang dan akan bergerak spiral menuju kaki Anda.

Dalam teladan di atas, materi trampolin merepresentasikan ruang 2D sehingga analoginya longgar lantaran semua objek di ruang imajiner ini harus bertempat di dua-dimensi, sedangkan bola yaitu objek tiga dimensi yang menggelinding di atas permukaan. Demikian pula, lekukan yang Anda buat dengan berdiri di atas trampolin sebenarnya diakibatkan oleh gravitasi Bumi yang menarik Anda ke bawah, padahal saya meminta Anda membayangkan massa Anda sendirilah yang melengkungkan permukaan 2D. Kenyataannya, lantaran Anda yaitu objek 3D di ruang 3D, yang sebenarnya Anda lakukan yaitu melengkungkan ruang riil di sekeliling Anda. Namun, dampak ini begitu kecil sehingga tak pernah sanggup diukur. Meski demikian, memang benar bahwa setiap kali Anda menjalani diet, bukan cuma perut lebih flat yang ingin Anda capai—sesuatu yang kian sulit bagi saya dalam tahun-tahun belakangan—tapi juga ruang di sekeliling Anda akan sedikit lebih flat lantaran Anda mengalami penurunan massa!

Jadi kini kita sanggup memahami interpretasi gravitasi Einstein. Semua benda materil melengkungkan ruang di sekelilingnya, yang besarannya tergantung pada seberapa masif mereka, dan ruang melengkung ini kemudian memandu semua benda yang bergerak di situ, menciptakan mereka berjalan sepanjang jalur geodesik. Jalur-jalur demikian sanggup dipahami bila Anda mempertimbangkan jalur penerbangan yang diambil sebuah pesawat.

Beberapa tahun kemudian saya terbang dari London ke Tokyo untuk menghadiri konferensi fisika. Saya menatap atlas dunia milik saya untuk menerima citra samar negara-negara yang akan dilalui. Saya lupa bahwa peta yaitu proyeksi flat permukaan Bumi yang melengkung. Makara walaupun jarak terdekat antara dua titik pada peta (katakanlah London dan Tokyo) terlihat ibarat garis lurus di permukaan kertas, guna menemukan jarak terpendek sungguhan kita harus melihat globe. Untuk melaksanakan ini tempatkan salah satu ujung gelang karet di London dan ujung lainnya di Tokyo. Gelang akan selalu mengikuti garis geodesik lantaran ini yaitu jarak terpendek di antara kedua titik. Jalur lain akan lebih panjang dan gelang harus lebih meregang. Karena punya kecenderungan alami untuk meminimalisir panjangnya, ia akan selalu mencari rute yang mensyaratkan peregangan paling sedikit. Nah, kita lihat jalur penerbangan—dengan perkiraan pilot ingin meminimalisir konsumsi materi bakar dan tidak tersimpangkan dari geodesik akhir cuaca jelek atau ruang udara terlarang milik sebuah negara—akan melintasi sebuah tempat jauh di utara London dan Tokyo, sebuah jalur yang terlihat melengkung bila Anda menggambarnya pada peta flat.

Sekarang sesudah saya perkenalkan citra gravitasi Einstein, kita sanggup berlanjut untuk menyelidiki beberapa konsekuensinya yang lebih mempesona, contohnya lubang di ruang yang ke dalamnya segala sesuatu sanggup jatuh dan lenyap selamanya: black hole. Anda akan mendapati bahwa objek-objek sefantastik itu ternyata fakta sains bukan fiksi sains lantaran atsronom kini hampir yakin black hole betul-betul eksis di ruang angkasa.

Untuk melapangkan jalan pembahasan black hole, pertama-tama kita harus pelajari sedikit bagaimana ia sanggup terbentuk. Agar ini sanggup terjadi, ruang perlu dilengkungkan dengan besaran luar biasa. Butuh sesuatu yang amat padat memang. Bumi keseluruhan pun tidak cukup—yang, ngomong-ngomong, menyingkirkan kemungkinan bahwa Segitiga Bermuda yaitu suatu jenis lubang di ruang yang menelan kapal dan pesawat yang tak menaruh curiga, lantaran lubang seukuran itu mensyaratkan massa yang jauh lebih besar dari planet ini, dan kita sanggup dengan gampang menetapkan massa Bumi dari caranya mengorbit Matahari.

Yang kita butuhkan untuk pelengkungan ruang yang serius yaitu sesuatu berukuran besar, ibarat bintang.

Kelap, kelip

Perasaan apa yang bangun ketika Anda menatap langit di malam tak berawan? Apa Anda terpesona oleh keluasan angkasa? Pernahkah Anda bertanya-tanya apa yang terjadi di atas sana, di antara peniti cahaya gemerlapan yang kita sebut bintang itu, yang jumlahnya begitu mengesankan tapi masing-masing tampak begitu remeh? Praktis sekali melupakan apa sebenarnya mereka: ceret api raksasa, jutaan kali lebih besar daripada Bumi. Bintang-bintang begitu jauh sehingga perlu bertahun-tahun bagi roket tercepat kita untuk mencapai tetangga terdekat sekalipun. Tapi ada sebuah bintang yang sanggup dicapai roket kita dalam hitungan bulan.

Bintang terdekat dengan Bumi yaitu seorang mitra lama. Tanpanya kita tidak akan ada di sini. Matahari kita menopang hampir semua kehidupan di Bumi dengan kehangatan dan cahayanya. Panas yang dihasilkan di dalamnya dan memancar keluar untuk memandikan planet-planetnya yaitu sesuatu yang kita semua akui. Penulis Douglas Adams meringkas ketidakacuhan kita secara luar biasa:

“Beberapa miliar triliun ton nukleus hidrogen superpanas yang meledak terbit perlahan-lahan di atas cakrawala dan berusaha terlihat kecil, dingin, dan sedikit lembab.”

Bintang mempunyai banyak warna dan ukuran berlainan dan Matahari kita agak rata-rata. Ia berumur sedang dan agak kecil. Seorang astrofisikawan akan memberitahu Anda bahwa Matahari yaitu bintang kerdil G2 kuning sekuens utama. Terdengar sangat mengesankan, bukan? Hampir sedikit mempersulit. Anda sanggup cukup membayangkan keangkuhan antargalaksi ketika alien tamu dari bintang kelas A putih besar ibarat Vega atau Sirius menatap ke bawah pendengaran mereka ke arah kita (hidung mereka berada di atas kepala). Tapi dalam bidang perbintangan, berukuran kecil mempunyai laba tersendiri.

Semua bintang mempunyai umur impian hidup tertentu yang sanggup bervariasi dari sejuta hingga miliaran tahun. Itu semua tergantung pada apa yang terjadi di cuilan dalam mereka dan ini karenanya tergantung pada massa mereka, yakni ukuran berapa banyak materi yang mereka kandung. Makara apa yang terjadi di cuilan dalam sebuah bintang? Kita kini tahu, semua bintang yaitu ibarat periuk masak kosmik. Sebagian besar atom yang menyusun badan Anda disintesiskan di dalam suatu bintang, jauh sebelum Matahari dan tata surya kita terbentuk; sebuah bintang yang tak lagi eksis. Saya sadar, rasanya kita menyimpang dari dongeng utama wacana bagaimana black hole tercipta, tapi siklus hidup bintang sangat krusial terhadap dongeng ini. Bintang-bintang mengalami beberapa fase yang sungguh berbeda selama hidup mereka, masing-masing fase lebih mempesona daripada sebelumnya.