TEMBERANG GRAVITASI DAN MASA

.

Sejak dari pendidikan dasar semasa sekolah rendah hinggalah pendidikan lanjutan di kolej-kolej dan universiti-universiti, kita mengenal gravitasi hanya setakat sesuatu yang mampu tarik-menarik  terjadi di antara semua partikel  yang mempunyai jisim di alam semesta. Tidak pernah dijelaskan oleh sesiapa pun setakat ini secara spesifik dan ilmiah apakah gravitasi itu? Apa yang menyebabkan gravitasi?

Rata-rata para ilmuan masakini pun masih bingung dibuatnya dan termasuk misteri terbesar dalam dunia sains khususnya astronomi. Walaupun gravitasi telah dipelajari sejak zaman Newton lagi, namun bidang ini masih sedikit sekali diketahui daripada segi ilmu pengetahuan moden hari ini, dan menimbulkan misteri bagi seluruh dunia ilmuan selama berabad-abad lamanya.

Gravitasi tidak boleh dijelaskan oleh model piawaian fizikal. Awalnya, para pembuat teori yakin bahawa gravitasi mungkin ada kaitannya dengan partikel kecil yang tak berjisim bernama graviton yang menimbulkan kesan gravitasi. Namun, masih tidak dapat dibuktikan walaupun dikatakan teknologi kita pada zaman moden ini begitu hebat sekali.

“Gravitasi sama sekali berbeza dengan daya atau tenaga lain yang boleh dijelaskan dalam model piawai, kerana gravitasi tidak memiliki sebarang piawai. Saat anda mengerjakan perhitungan interaksi gravitasi kecil dalam bidang fizik kuantum, maka anda akan mendapat jawapan yang pelik dan tidak masuk akal. “Hukum Matematik sama sekali tak boleh bekerja dengan betul dalam fizik kuantum”… kata Mark Jackson, pakar fizik kuantum dari Fermilab di Illinois AS. “Pakar-pakar fizik lain pun akan pasti kata begitu”… sambung beliau lagi.

Gravity_elevatorNamun pada hari Khamis (11/02/2016) lalu, akhirnya ilmuan di pusat penelitian LIGO iaitu singkatan dari Laser Interferometer Gravitational – Wave Observatory, secara rasmi mengumumkan penemuan adanya gravitational waves atau“gelombang gravitasi” pertama yang dapat dikesan oleh umat manusia.

Betul ke ni? Boleh percaya ke?

Seluruh ilmuan, terutama para ahli fizik dan astronomi pun bersorak. Penemuan ini dianggap sangat penting, bahkan sejajar dengan penemuan “Partikel Tuhan” atau Particle of God atau Higgs Boson beberapa tahun lalu.

Bahkan, kalau Albert Einstein masih hidup, mungkin dia akan rasa sangat bahagia kerana salah satu ramalannya terbukti benar. Lalu timbul pertanyaan mendasar yang masih aneh, apakah lumrahnya gelombang gravitasi itu?

Penemuan terbesar abad ini yang sangat penting

Apakah Anda masih ingat saat “Partikel Tuhan” atau Higgs Boson ditemukan beberapa tahun lalu? Penemuan gelombang gravitasi sama pentingnya dengan penemuan partikel Tuhan (Ada masa nanti aku tulis ler sikit pasal Partikel Tuhan ni yer. Aku rasa mungkin ramai jugak yang tak pernah dengar kot pasal ni).

Mengapa penemuan gelombang gravitasi sangat dan teramat penting? 

Bahkan mungkin lebih penting dari penemuan Partikel Tuhan? 

Sebab teori relativiti Albert Einstein yang disampaikan pada tahun 1916 atau seratus tahun lalu itu, berlandaskan pada gelombang gravitasi ini.

Keberadaan gelombang gravitasi termasuk melingkupi teka-teki tentang Black Hole atau Lubang Hitam hingga Konsep Ruang dan Waktu, yang semuanya ada kaitan dengan gelombang gravitasi ini.

Teori relativiti Albert Einstein sendiri selama ini telah dipelajari oleh jutaan ilmuan dari seluruh penjuru dunia kerana merupakan kunci dari ilmu Fizik Umum, Fizik Atom hinggalah ke Fizik Nuklear, bahkan hingga ke ilmu Fizik Kuantum juga. Cabang-cabang sains inilah yang akan membuat manusia boleh lebih mengerti tentang segala hakikat dari alam semesta.

“Penemuan gelombang gravitasi ini adalah terobosan terbesar dalam dunia Fizik setelah puluhan tahun. Semua hal yang ada di dalam kajian astronomi layaknya adalah seperti mata, dan penemuan gelombang gravitasi ini membuat astronomi layaknya mulai mempunyai telinga. Kita belum pernah mempunyai telinga sebelumnya,” ujar Szaboles Marka, salah satu ilmuan dari University of Columbia. Salah dengar macam lawak pulak ayat Szaboles Marka ni.

Mengenal Gelombang Gravitasi

Jika Anda sudah menonton film Superman, anda tentu teringat salah satu adegan di mana Jeneral Zod dengan emosinya menggunakan senjata penghancur yang terdapat pada pesawat luar angkasa miliknya untuk mengacaukan gravitasi yang dimiliki bumi. Seperti itulah kira-kira gelombang gravitasi ni digambarkan. Kalau tidak pernah menonton, pergi la tonton. Senang sikit nak faham kot.

Istilah gelombang gravitasi pertama kali diperkenalkan oleh Albert Einstein di tahun 1916 dalam makalahnya tentang Teori Relativiti Umum (General Relativity Theory). Dalam kajian fizik, gelombang gravitasi adalah riak dalam lengkung ruang-waktu yang bergerak dalam bentuk gelombang menjauhi sumbernya.

Keberadaan gelombang ini diramal wujudnya pada tahun 1916 oleh Albert Einstein sebagai dasar Teori Relativiti Umum yang dipaparkannya. Namun kala itu keberadaan peralatan berteknnologi canggih seperti komputer dan lainnya untuk simulasi dan percubaan di dalam makmal masih belum ada.

Dalam ramalan Albert Einstein itu menjelaskan bahwa gelombang gravitasi dapat mengangkut tenaga (energy) dalam bentuk radiasi gravitasi (gravitational radiation).Wavy

Gelombang ini terbentuk akibat Kovariansi Lorentz atau Lorentz Covariance dalam relativiti umum yang menjelaskan bahawa segala pergerakan interaksi fizik dibatasi oleh kecepatan cahaya.

Dalam fizik, Simetri Lorentz, nama teori diambil sempena Hendrik Lorentz, adalah “…keadaan alam yang mengatakan bahawa hasil eksperimen ialah tidak bergantung (independent) dari orientasi atau dari dorongan kecepatan dalam makmal melalui sebuah ruang”.

Sedangkan Kovariansi Lorentz, yang merupakan konsep terkait, adalah kunci ruang-waktu (space-time) yang mengikuti Teori Relativiti Khusus (Special Theory of Relativity). Ni pun teori yang pernah dikemukakan oleh Albert Einstein jugak.

Kovariansi Lorentz memiliki dua kovarian berbeza, tetapi keduanya saling terkait erat, iaitu Kuantiti Fizik (a physical quantity) dan Persamaan (an equation) yang terdiri dari satu atau beberapa pemboleh-ubah (variables).

Sebaliknya, gelombang gravitasi tidak dapat terbentuk dalam teori kuno Gravitasi Newton yang menyatakan bahawa interaksi fizik bergerak dengan kecepatan tak terhingga.

Amacam… faham ke? Kalau tak faham nasib la yer.

Ok, sambung sikit lagi…

Spacetime_curvature

Menurut Albert Einstein, dimensi ruang dan waktu tidak terpisah, melainkan terhubung menjadi satu lapisan dimensi, ruang dan waktu. Dan hanya gravitasi sahaja yang boleh berpindah melalui dimensi ini.

Objek-objek angkasa dengan jisim dan gravitasi yang sangat besar seperti bintang dikatakan mampu membuat lapisan dimensi ruang dan waktu ini terpengaruh dan melengkung. Ibarat kita meletakkan sebuah bola besi yang berat di atas hamparan kain atau fabrik, hamparan kain akan melengkung untuk menampung jisim.

Dalam kajian fizik, ruang-waktu adalah permodelan matematik yang menggabungkan ruang dan waktu menjadi satu kesinambungan (continuity). Ruang-waktu biasanya digambarkan dengan ruang secara tiga dimensi, dan waktu memainkan peranan sebagai dimensi keempat yang merupakan bahagian yang berbeza dari dimensi spasial (spatial dimension).

Berdasarkan perspektif ruang Euclidean, alam semesta memiliki tiga dimensi ruang ditambah dengan elemen waktu.

GPB_circling_earth

Dengan menggabungkan ruang dan waktu menjadi satu “manifold”, para ahli fizik telah secara signifikan menyederhanakan sejumlah besar teori dalam fizik dan memahami secara lebih seragam mengenai cara kerja alam semesta dalam lingkup Ilmu Kosmologi dan Fizik Kuantum.

Lengkungan dimensi ruang dan waktu ini juga yang membuat semua objek di langit, termasuk cahaya, mengelilingi bintang tadi dalam lintasan melingkar.

Semakin besar benda, semakin besar pula lengkungan dimensi ruang dan waktu yang terjadi. Objek angkasa yang ukurannya teramat besar dapat bergerak, maka akan terjadi ibarat “riak air” di dimensi ruang dan waktu.

Ibarat munculnya riak air saat kita menjatuhkan batu ke dalam kolam, maka riak-riak dimensi ruang dan waktu itulah yang dikenal sebagai gelombang gravitasi.

Sebelum gelombang gravitasi ini dapat dikesan, sudah ada bukti-bukti secara tidak langsung mengenai keberadaannya. Misalnya, pengukuran sistem binari (binary system) pada pulsar Hulse–Taylor yang juga dinamakan dengan kod pulsar PSR B1913+16 yang menunjukkan bahawa “gelombang gravitasi” bukan hanya sekadar hipotesis.

Sulitnya Nak Mengesan Gelombang Gravitasi

Sayangnya, gelombang gravitasi sangat sulit untuk dikesan daripada Bumi. Kerana selain ianya amat lemah, gelombang ini tidak boleh dilihat seperti halnya sinar infra merah, tetapi hanya boleh didengar.

Oleh kerana itu, ilmuan Bumi membangun dua pusat pengesan gelombang gravitasi bernama LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory).

Pada tahun 2016, beberapa pengesan gelombang gravitasi sudah mulai beroperasi. Salah satu di antaranya adalah Advanced LIGO (Laser Interferometer Gravitational – Wave Observatory) yang beroperasi sejak bulan September 2015.

Bulan Februari 2016, pasukan Advanced LIGO mengumumkan bahawa mereka telah mengesan gelombang gravitasi dari proses penyatuan lubang hitam (Black Hole).

Ada dua LIGO dibangunkan di Amerika Syarikat yang kedua-duanya khusus untuk membuktikan kebenaran ramalan Albert Einstein itu.  

Stesen LIGO ni kalau nak digambarkan… ia mempunyai dua struktur yang lurus mirip lengan panjang yang disebut sebagai interferometer, bentuknya menyerupai huruf  ‘L’ yang fungsinya mirip antena untuk menangkap gelombang radio, tetapi pada LIGO yang ditangkap adalah gelombang gravitasi.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Juga tidak seperti antena biasa, pada LIGO struktur panjang yang mirip antena itu bentuknya berupa ruangan panjang yang atapnya setengah lingkaran, mirip terowongan, dan berisi alat pengesan.

Pengesan yang berada di dalamnya terdiri dari bahan logam (metal) bulat padat mirip tabung yang besarnya seukuran tong dan disambung-sambungkan secara berjajar.

Panjang struktur antena yang lurus pada LIGO  ini, masing-masing boleh mencapai hingga 4 kilometer.

untitled

LIGO dioperasikan oleh para ilmuan dan pengkaji dari Institut Teknologi Massachusetts (Massachusetts Institute of Technology / MIT) dan juga dari California Institute of Technology / CalTech.

Pusat pengamatan ini dibiayai oleh National Science Foundation (NSF) dan mempunyai 1,000 orang anggota dari 15 buah negara.

Cara kerja LIGO adalah saat gelombang gravitasi tertangkap, maka partikel cahaya yang tersimpan pada kedua lengan LIGO yang panjang akan terpengaruh dan melambat.

Bila LIGO di Washington dan Lousiana sama-sama menangkap isyarat yang sama, itu bererti bahawa gelombang gravitasi yang menerpa Bumi adalah asli, dan hal itu kali pertama telah terjadi pada hari Isnin 14 September 2015 yang lalu.

Maka, misteri gravitasi yang selama ini membuat kening berkerut pada para ilmuan sejagat selama puluhan tahun oleh ramalan Albert Einstein itu pun, sedikit demi sedikit mulai terungkai.

sinyal-pertama-gelombang-gravitasi - 2

Asal Gelombang Gravitasi

Gelombang gravitasi yang dapat dikesan dari planet Bumi disyaki berasal dari sistem bintang binari (binary) yang terdiri atas bintang white dwarf dan Bintang Neutron (neutron star) dan juga Lubang Hitam (black hole).

Bintang white dwarf, juga disebut bintang degenerasi, adalah bintang kecil yang sudah tidak lagi bersinar, terdiri dari material atau bahan terdegenerasi. Ia dianggap sebagai tahap evolusi terakhir bintang berjisim kecil dan sederhana.

Sementara itu, Bintang Neutron adalah jenis bintang padat yang boleh dihasilkan dari keruntuhan gravitasi sebuah bintang berukuran besar setelah selesai terjadi supernova (letupan besar bintang).

Sedangkan Lubang Hitam adalah bahagian dari “ruang-waktu” (space-time) yang merupakan gravitasi paling kuat, bahkan cahaya pun tidak dapat lari daripada tarikannya. Teori Relativiti Umum meramalkan bahawa perlu jisim besar untuk menciptakan sebuah Lubang Hitam yang berada di Ruang-Waktu.

Objek yang saling memutari kemudian menghentam menjadi satu. Hentaman di antara objek-objek langit itu kemudian menghasilkan gelombang gravitasi berupa denyutan-denyutan, mirip riak pada permukaan air ketika melempar batu ke takungan air, namun riak yang bergerak dengan dorongan secepat cahaya. Boleh bayangkan tak?

Dan dari hentaman itu juga, menghasilkan gelombang gravitasi yang sangat dahsyatnya yang kemudian terpancar ke segala penjuru alam semesta hingga jarak berbilion-bilion tahun cahaya.

Control Room - 2

Menurut data LIGO, gelombang gravitasi yang ditemukan ini asalnya telah tercipta 1.3 bilion tahun lalu melalui pelanggaran dua buah Lubang Hitam raksasa yang terletak berbilion tahun cahaya dari Bumi.

Jadi pastinya, jika semakin jauh sebuah objek dari Bumi, maka semakin tua objek tersebut. Itu ertinya bahawa gelombang gravitasi tersebut sampai di Bumi setelah melalui perjalanan yang sangat-sangat panjang.

Dua buah Lubang Hitam tersebut mempunyai jisim 29 dan 36 kali lebih besar daripada Matahari. Setelah keduanya berlanggar dan bergabung, maka jadilah sebuah Lubang Hitam Raksasa (Super Massive Black Hole) dengan jisim lebih kurang 62 kali ganda jisim Matahari kita.

Proses penggabungan dua Lubang Hitam ini menimbulkan pecutan atau gerakan berupa dorongan gelombang maha dahsyat, yang akhirnya menghasilkan gelombang gravitasi yang menghasilkan “distortion” dimensi ruang dan waktu hingga jarak berbilion-bilion bahkan kadangkala bertrilion-trilion tahun cahaya darinya.

Di sekitar pusatnya, gelombang gravitasi yang terbentuk menghasilkan tenaga 50 kali lebih dahsyat dibandingkan dengan semua bintang di alam semesta jika digabung. Dan kecepatan pecutan gelombangnya adalah berkecepatan cahaya.

Namun, kerana jarak waktu yang sangat jauh, ketika gelombang tersebut sampai di lengan pengesan pada sensor LIGO di Bumi, yang terdengar hanyalah bunyi yang mirip seperti suara ‘kicauan’ sahaja.

Begitu besarnya daya dari gelombang gravitasi ini, walau sangat teramat jauh sekali jaraknya, namun gelombang gravitasi itu masih dapat membuat planet-planet di Tata Surya kita, bahkan seluruh galaksi, tetap memiliki gravitasi untuk waktu yang sangat lama. Maha Besar Allah dengan semua yang diciptakanNya.

Kemungkinan Pembuatan Mesin Waktu

Meski menjelajah waktu bukanlah hal yang diterima oleh alam ilmiah, ternyata hal tersebut secara teorinya boleh sahaja dilakukan setelah ditemukan gelombang gravitasi ini. Hal itu berdasarkan teori relativiti yang diperkenalkan Albert Einstein pada awal abad ke-20 lalu, di mana jisim dan gravitasi berhubungan erat dengan waktu.

Dengan menggunakan teori matematik yang pernah kita pelajari di sekolah, yakni teori Pythagoras, serta bantuan dari ‘formula pelebaran’ initiation Einstein, waktu dapat melambat bagi seseorang dengan gerakan yang cepat.

Teori Albert Einstein mengatakan jika kita ingin melambatkan waktu, atau dengan kata lain: menjelajah waktu, kita harus bergerak dengan sangat cepat. Misal kita akan pergi dari Bumi ke suatu planet di tahun 2000 hingga tahun 2032, dan kita pergi dengan kecepatan 95 persen dari kecepatan cahaya, atau 285,000 kilometer per saat.

Maka ketika kita kembali ke Bumi, kalendar akan menunjukkan tahun 2010, bukan 2032. Kita akan lebih muda 22 tahun dari semua hal yang ditinggalkan sebelumnya. Inilah ‘pelebaran waktu’ yang mampu melambatkan waktu.

tipler-cylinder-overview

Jadi, hal yang perlu dilakukan untuk membangun mesin waktu, adalah kita harus mampu berpindah tempat dengan kecepatan 285,000 kilometer per saat. Hal yang setakat ini masih sangat mustahil untuk dilakukan.

Meskipun nantinya ada teknologi yang mungkin mampu untuk mencapai kecepatan ini, tapi tubuh manusia tak boleh tahan kot dengan tekanan yang disebabkan kecepatan tinggi tersebut. Jadi, walau penjelajahan waktu mungkin dapat dilakukan, namun sangat sulit. Caranya? Frank Tipler mungkin mampu menjawab.

Diambil daripada dokumentari CNN, seorang professor bernama Frank Tipler menerbitkan sebuah jurnal tentang bagaimana cara membuat mesin waktu. Jurnal tersebut bernama Tipler Cylinder, yang telah diterbitkan tahun 1974 lalu. Mesin ini mampu membawa kita ke masa lalu.

Untuk membuat mesin waktu ini… menurut Tipler, yang pertama dilakukan adalah membuat silinder yang sangat besar, kira-kira berdiameter 100 kilometer. Silinder ini pun harus memiliki jisim yang sangat besar, dan sangat padat.

Jika sudah siap dibuat, silinder tersebut harus berputar dengan sangat cepat, hingga mampu mengganggu susunan ruang dan waktu. Jika syarat ini sudah dipenuhi, maka gelombang gravitasi akan muncul dari struktur ini.

Teorinya, jika ada seseorang yang mampu mengikuti putaran dari silinder ini, waktu yang biasa berjalan maju ke hadapan, akan berjalan mundur ke belakang. Semakin lama seseorang mengikuti pusingan silinder, maka semakin lama pula waktu akan kembali ke belakang.

Ok la… cukup ler dulu yer 😀

Allahu’alam…

Advertisements

Leave a Reply

Please log in using one of these methods to post your comment:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s