Wormhole, Lubang Yang Sering Dianggap Imajinasi Dalam Film Ini Keberadaannya Justru Nyata

Bagi yang pernah menonton film Interstellar karya Christopher Nolan, kalian pasti pernah melihat perjalanan manusia menuju bintang melalui istilah lubang cacing bukan? Nah, bumi tempat kita tinggal sekarang ini merupakan sebuah planet kecil diantara milliaran planet yang terdapat di alam semesta yang masih banyak menyimpan rahasia yang belum terkuak sampai saat ini. Salah satunya adalah mengenai lubang cacing atau wormhole tersebut.

Walaupun banyak yang mengatakan kalau imajinasi yang muncul dalam film tersebut sangat sulit untuk direalisisakan akan tetapi ternyata keberadaan memang benar ada lho guys. Secara teori wormhole merupakan solusi matematis mengenai hubungan geometris antara satu titik dalam ruang-waktu dengan titik yang lain, dimana hubungan tersebut bisa digunakan sebagai ‘jalan pintas’ dalam ruang-waktu.

Lalu, sebenarnya apa itu wormhole? Apakah itu lubang yang dipenuhi cacing? Atau apakah itu lubang yang bentuknya seperti tubuh cacing? Apakah itu temannya lubang hitam? Benarkah dia bisa dipakai untuk perjalanan waktu? Bagaimanakah proses penemuan lubang tersebut? Semua pertanyaan yang terlontarkan itu dapat kalian temukan jawabannya melalui penjelasan di bawah ini.

Wormhole Atau Yang Sering Disebut Sebagai Lubang Cacing

Lubang cacing merupakan materi berbentuk bola yang terdapat di alam semesta yang dapat digunakan sebagai ‘jalan pintas’ menembus ruang dan waktu. Ibaratkan kita membuat lubang sejajar pada kertas kemudian kuta melipatnya tepat di tengah-tengah sehingga kedua lubang tersebut tepat bertemu. Nah, lubang cacing yang sebenarnya juga menekuk ruang tapi dalam bentuk 3 dimensi hingga bentuk dari lubang cacing sendiri adalah bola sehingga jarak yang ada diantara alam semesta menjadi lebih pendek.

Salah satu ilmuwan yang mengungkapkan teori mengenai lubang cacing adalah Albert Einstein. Einstein bersama asistennya, Nathan Rosesn menyakini bahwa lubang cacing menghubungkan lubang hitam (blackhole) dengan lubang putih. Mereka berdua berupaya membuat suatu model alam yang meliputi semua kekuatan semesta. Atas dasar itu lubang cacing juga disebut dengan Einstein-Rosen. Teori yang mereka kemukakan dimuat dalam sebuah jurnal yang terbit pada tahun 1935. Isinya menjelaskan bahwa lubang cacing dapat menghubungkan dua daerah yang terpisah oleh ruang dan waktu.

Istilah lubang cacing (wormhole) sendiri dikenalkan oleh fisikawan yang bernama John Wheeler pada tahun 1960. Wheller memperkenalkan istilah lubang cacing untuk menggambarkan terowongan atau portal masuk dunia lain. Nama lubang cacing dipilih karena ada kesamaan dengan lubang yang dibuat cacing pada apel.

Pengembangan Lubang Cacing

Persamaan teori relativitas umum memiliki solusi yang valid mengenai lubang cacing. Jenis pertama dari solusi lubang cacing yang ditemukan adalah lubang cacing Schwarzschild, yang akan hadir dalam metrik Schwarzschild yang menggambarkan lubang hitam abadi, namun ditemukan bahwa ia akan runtuh terlalu cepat untuk sesuatu yang bisa menyeberang dari satu ujung ke ujung yang lain. Wormholes yang bisa disilangkan di kedua arah, yang dikenal sebagai lubang cacing traversable, hanya akan mungkin terjadi jika materi eksotis dengan kerapatan energi negatif dapat digunakan untuk menstabilkannya.

Kesan seorang seniman dari lubang cacing dari perspektif pengamat melintasi cakrawala peristiwa lubang cacing Schwarzschild yang menjembatani dua alam semesta yang berbeda. Pengamat berasal dari kanan dan alam semesta lainnya menjadi terlihat di tengah bayangan wormhole setelah cakrawala dilintasi, pengamat melihat cahaya yang telah jatuh ke dalam wilayah interior lubang hitam dari alam semesta lainnya. Namun alam semesta lain ini tidak terjangkau dalam kasus lubang cacing Schwarzschild karena jembatan selalu runtuh sebelum pengamat memiliki waktu untuk melewatinya dan segala sesuatu yang telah terjatuh melalui cakrawala peristiwa di alam semesta pasti akan hancur dalam singularitas.

Lubang cacing Schwarzschild juga dikenal sebagai jembatan Einstein-Rosen (dinamai Albert Einstein dan Nathan Rosen) adalah hubungan antara area ruang yang dapat dimodelkan sebagai solusi vakum untuk persamaan medan Einstein dan yang sekarang dipahami untuk menjadi bagian intrinsik dari versi maksimal dari meteran Schwarzschild yang menggambarkan lubang hitam abadi tanpa muatan dan tidak ada rotasi. Di sini, “perluasan maksimal” mengacu pada gagasan bahwa ruang-waktu tidak boleh memiliki “tepian” apapun karena kemungkinan lintasan partikel yang jatuh bebas mengikuti geodesi di ruang waktu).

Disamping daerah interior lubang hitam yang masuk partikel saat jatuh melalui cakrawala acara dari luar, pastilah terdapat daerah interior lubang putih yang terpisah yang memungkinkan kita untuk melakukan ekstrapolasi lintasan. Seperti halnya dua daerah pedalaman yang terpisah dalam ruangwaktu maksimal, ada juga dua wilayah eksterior yang terpisah, kadang-kadang disebut dua “alam semesta” yang berbeda dengan alam semesta kedua memungkinkan kita untuk memperkirakan beberapa lintasan partikel yang mungkin terjadi di dua daerah pedalaman.

Ini berarti bahwa daerah lubang hitam dalam interior dapat berisi campuran partikel yang jatuh dari alam semesta manapun (dan dengan demikian seorang pengamat yang jatuh dari satu alam semesta mungkin dapat melihat cahaya yang jatuh dari yang lain) dan juga partikel dari Bagian dalam lubang putih bisa lolos ke alam semesta. Keempat wilayah tersebut dapat dilihat dalam diagram ruang-waktu yang menggunakan koordinat Kruskal-Szekeres.

Perhatikan bahwa metrik Schwarzschild menggambarkan lubang hitam ideal yang ada selamanya dari sudut pandang pengamat eksternal. Lubang hitam yang lebih realistis yang terbentuk pada waktu tertentu dari bintang yang ambruk akan membutuhkan metrik yang berbeda. Ketika materi bintang infalling ditambahkan ke diagram sejarah lubang hitam, ia menghilangkan bagian dari diagram yang sesuai dengan wilayah interior lubang putih, bersama dengan bagian dari diagram yang sesuai dengan alam semesta lainnya.

Jembatan Einstein-Rosen ditemukan oleh Ludwig Flamm pada tahun 1916, beberapa bulan setelah Schwarzschild menerbitkan solusinya dan ditemukan kembali oleh Albert Einstein dan koleganya Nathan Rosen, yang mempublikasikan hasilnya pada tahun 1935. Namun pada tahun 1962, John Archibald Wheeler dan Robert W. Fuller menerbitkan sebuah makalah yang menunjukkan bahwa jenis lubang cacing ini tidak stabil jika menghubungkan dua bagian dari alam semesta yang sama dan itu akan sejumput terlalu cepat untuk cahaya (atau apapun partikel bergerak lebih lambat dari cahaya) yang jatuh dari satu daerah eksterior untuk sampai ke daerah eksterior lainnya.

Menurut relativitas umum, keruntuhan gravitasi massa yang cukup kompak membentuk lubang hitam Schwarzschild yang tunggal. Dalam teori gravitasi Einstein-Carti-Sciama-Kibble, bagaimanapun, ini membentuk jembatan Einstein-Rosen biasa. Teori ini memperluas relativitas umum dengan menghilangkan batasan simetri koneksi affine dan mengenai bagian antisimetrisnya, tensor torsi sebagai variabel dinamis. Torsion secara alami memperhitungkan momentum kuantum mekanis, momentum sudut intrinsik (spin) materi.

Kopling minimal antara pemicu torsi dan Dirac menghasilkan interaksi spin-spin yang menjijikkan yang signifikan pada materi fermionik pada kepadatan sangat tinggi. Interaksi semacam itu mencegah terbentuknya singularitas gravitasi. Sebaliknya, masalah yang ambruk mencapai kerapatan dan rebound yang luar biasa namun terbatas, membentuk sisi lain jembatan.

Meskipun lubang cacing Schwarzschild tidak dapat dilalui di kedua arah, keberadaan mereka mengilhami Kip Thorne untuk membayangkan lubang cacing yang bisa dilalui yang dibuat dengan menahan “tenggorokan” lubang cacing Schwarzschild yang terbuka dengan materi eksotis (materi yang memiliki massa atau energi negatif).

Lubang cacing non-traversable lainnya termasuk lubang cacing Lorentzian (yang pertama kali diusulkan oleh John Archibald Wheeler pada tahun 1957), lubang cacing yang menciptakan busa ruang-waktu dalam wacana ruang waktu relativistik yang umum digambarkan oleh manifold Lorentzian dan lubang cacing Euclidean (dinamai menurut manifold Euclidean, sebuah struktur dari Riemannian manifold).

Lubang Cacing Traversable

Efek Casimir menunjukkan bahwa teori medan kuantum memungkinkan kerapatan energi di daerah-daerah tertentu menjadi negatif dibandingkan dengan energi vakum biasa dan telah ditunjukkan secara teoritis bahwa teori medan kuantum memungkinkan keadaan di mana energi dapat menjadi negatif secara sewenang-wenang pada suatu titik tertentu. Banyak fisikawan, seperti Stephen Hawking, Kip Thorne dan yang lainnya berpendapat bahwa efek semacam itu memungkinkan untuk menstabilkan lubang cacing yang bisa dilalui.

Fisikawan belum menemukan proses alami yang diperkirakan akan membentuk lubang cacing secara alami dalam konteks relativitas umum, walaupun hipotesis busa kuantum kadang-kadang digunakan untuk menunjukkan bahwa lubang cacing mungil mungkin muncul dan hilang secara spontan pada skala Planck dan versi stabil dari lubang cacing tersebut telah disarankan sebagai kandidat materi gelap. Ini juga telah diusulkan bahwa jika lubang cacing kecil yang dibuka oleh senar kosmik negatif telah muncul sekitar waktu Big Bang, itu bisa saja meningkat menjadi ukuran makroskopis oleh inflasi kosmik.

Lubang cacing Lorentzian dapat memungkinkan perjalanan di kedua arah dari satu bagian alam semesta ke bagian lain dari alam semesta yang sama dengan sangat cepat atau akan memungkinkan perjalanan dari satu alam semesta ke alam semesta yang lain. Kemungkinan lubang cacing yang dapat dilalui dalam relativitas umum pertama kali ditunjukkan dalam makalah 1973 oleh Homer Ellis dan secara independen dalam makalah 1973 oleh K. A. Bronnikov.

Ellis menganalisis secara seksama topologi dan geodesi dari lubang pembuangan Ellis, menunjukkan bahwa geodiesel lengkap tanpa horizon, bebas singular dan sepenuhnya dapat dilalui di kedua arah. Lubang pembuangan adalah solusi yang bermacam-macam dari persamaan medan Einstein untuk ruang vakum-waktu, dimodifikasi dengan memasukkan bidang skalar yang digabungkan secara minimal ke tensor Ricci dengan polaritas antiortodoks (negatif dan bukan positif). (Ellis secara khusus menolak merujuk pada bidang skalar sebagai ‘eksotis’ karena kopling antiortodoks menemukan argumen untuk melakukan hal yang tidak tepat.)

Kip Thorne dan mahasiswa pascasarjananya Mike Morris, yang tidak mengetahui makalah 1973 karya Ellis dan Bronnikov, yang diproduksi dan pada tahun 1988 menerbitkan duplikat lubang cacing Ellis untuk digunakan sebagai alat untuk mengajarkan relativitas umum. Untuk alasan ini, jenis lubang cacing yang dapat dilalui yang mereka ajukan dibuka oleh cangkang bulat materi eksotis, berasal dari tahun 1988 sampai 2015 yang secara eksklusif disebut dalam literatur sebagai lubang cacing Morris-Thorne.

Kemudian jenis lubang cacing traversable lainnya ditemukan sebagai solusi yang dapat diijinkan untuk persamaan relativitas umum, termasuk variasi yang dianalisis dalam makalah tahun 1989 oleh Matt Visser, di mana jalan melalui lubang cacing dapat dibuat di mana jalur yang melintasi tidak melewati wilayah materi eksotis. Namun dalam gravitasi Gauss-Bonnet yang murni (modifikasi relativitas umum yang melibatkan dimensi ruang ekstra yang kadang dipelajari dalam konteks kosmologi brane), materi eksotis tidak diperlukan agar lubang cacing ada-mereka dapat eksis bahkan tanpa masalah.

Sebuah jenis yang dipegang terbuka oleh senar kosmik massa negatif diajukan oleh Visser bekerja sama dengan Cramer dkk, di mana diusulkan bahwa lubang cacing tersebut dapat diciptakan secara alami di alam semesta awal. Wormholes menghubungkan dua titik di ruang waktu, yang berarti bahwa pada prinsipnya mereka mengizinkan perjalanan dalam waktu dan juga di luar angkasa.

Pada tahun 1988, Morris, Thorne dan Yurtsever secara eksplisit menjelaskan bagaimana mengubah ruang cacing lubang melintasi satu waktu dengan mempercepat salah satu dari dua mulutnya. Namun menurut relativitas umum, tidak mungkin menggunakan lubang cacing untuk melakukan perjalanan kembali ke waktu lebih awal daripada saat lubang cacing pertama kali diubah menjadi mesin ‘waktu’.

Perjalanan Mengenai Kecepatan Waktu Lubang Cacing

Teori relativitas umum memprediksi bahwa jika lubang cacing traversable ada, mereka juga dapat mengubah kecepatan waktu. Mereka bisa memberi waktu perjalanan. Ini akan dicapai dengan mempercepat salah satu ujung lubang cacing ke kecepatan tinggi relatif terhadap yang lain dan kemudian beberapa waktu kemudian membawanya kembali.

Pelebaran waktu relativistik akan mengakibatkan penimbunan mulut cacing tanah yang dipercepat kurang dari yang stasioner seperti yang terlihat oleh pengamat eksternal, mirip dengan apa yang terlihat pada paradoks kembar. Namun waktu terhubung secara berbeda melalui lubang cacing daripada di luarnya sehingga jam yang disinkronisasi di setiap mulut akan tetap disinkronkan dengan seseorang yang melewati lubang cacing itu sendiri, tidak peduli bagaimana mulut bergerak. Ini berarti bahwa apapun yang masuk ke mulut lubang cacing yang dipercepat akan keluar dari yang stasioner pada satu titik waktu sebelum masuknya.

Misalnya, perhatikan dua jam di kedua mulut yang menunjukkan tanggalnya sebagai 2000. Setelah dibawa dalam perjalanan dengan kecepatan relativistik, mulut yang dipercepat dibawa kembali ke daerah yang sama dengan mulut stasioner dengan jam tangan yang dipercepat yang membaca tahun 2004 sementara alat tulis Jam mulut berbunyi 2012. Seorang pelancong yang masuk ke dalam akselerasi saat ini akan keluar dari mulut stasioner saat jam tangannya juga membaca tahun 2004, di wilayah yang sama tapi sekarang delapan tahun yang lalu.

Konfigurasi lubang cacing semacam itu memungkinkan terbentuknya garis dunia partikel untuk membentuk lingkaran tertutup di ruangwaktu, yang dikenal sebagai kurva waktu yang tertutup. Benda yang melewati lubang cacing bisa membawa energi atau muatan dari waktu ke waktu, tapi ini tidak akan melanggar konservasi energi atau biaya setiap saat karena energi atau muatan mulut lubang cacing itu sendiri akan berubah untuk mengimbangi benda yang jatuh ke dalamnya atau muncul darinya.

Diperkirakan tidak memungkinkan untuk mengubah lubang cacing menjadi mesin waktu dengan cara ini. Prediksi dibuat dalam konteks relativitas umum, namun relativitas umum tidak mencakup efek kuantum. Analisis menggunakan pendekatan semiklasik untuk menggabungkan efek kuantum ke dalam relativitas umum kadang-kadang mengindikasikan bahwa lingkaran umpan balik partikel virtual akan bersirkulasi melalui lubang cacing dan menumpuk pada dirinya sendiri sehingga menyebabkan kerapatan energi di wilayah ini sangat tinggi dan mungkin menghancurkannya sebelum ada informasi yang dapat dilewatkan melalui itu sesuai dengan dugaan perlindungan kronologis.

Perdebatan mengenai hal ini dijelaskan oleh Kip S. Thorne dalam buku Black Holes and Time Warps dan sebuah diskusi yang lebih teknis dapat ditemukan dalam fisika kuantum perlindungan kronologis oleh Matt Visser. Ada juga cincin Romawi yang merupakan konfigurasi lebih dari satu lubang cacing. Cincin ini tampaknya memungkinkan loop waktu tertutup dengan lubang cacing stabil saat dianalisis menggunakan gravitasi semikonduktor, walaupun tanpa teori gravitasi kuantum yang lengkap, tidak pasti apakah pendekatan semikonduktor dapat diandalkan dalam kasus ini.

Perjalanan Interuniversal

Kemungkinan resolusi terhadap paradoks yang dihasilkan dari perjalanan waktu wormhole-enabled bergantung pada interpretasi mekanika kuantum dunia. Pada tahun 1991, David Deutsch menunjukkan bahwa teori kuantum sepenuhnya konsisten (dalam arti bahwa apa yang disebut matriks kerapatan dapat dibuat bebas dari diskontinuitas) dalam spacetimes dengan kurva waktu yang tertutup. Akan tetapi, kemudian diperlihatkan bahwa model kurva tertutup seperti waktu dapat memiliki inkonsistensi internal karena akan menimbulkan fenomena aneh seperti membedakan keadaan kuantum ortogonal dan membedakan campuran yang tepat dan tidak tepat.

Dengan demikian, loop umpan balik positif yang merusak dari partikel virtual yang beredar melalui mesin waktu cacing, hasilnya ditunjukkan oleh perhitungan semi klasik dihindari. Sebuah partikel yang kembali dari masa depan tidak kembali ke alam semesta originasi tapi ke alam semesta paralel. Ini menunjukkan bahwa mesin waktu wormhole dengan lompatan waktu yang sangat singkat adalah jembatan teoretis antara alam semesta sejajar kontemporer.

Karena mesin waktu wormhole memperkenalkan tipe nonlinier ke dalam teori kuantum, komunikasi semacam ini antara alam semesta paralel konsisten dengan usulan Joseph Polchinski tentang sebuah ponsel Everett (dinamai menurut Hugh Everett) dalam formulasi mekanika kuantum non-linier Steven Weinberg. Kemungkinan komunikasi antara alam semesta paralel telah dijuluki sebagai perjalanan interuniversal.

Untuk masa sekarang ini, teknologi manusia Bumi masih sangat jauh dari penggunaan lubang cacing sebagai sarana penghubung antarbintang. Teknologi lubang cacing masih sangat sulit, seperti halnya pesawat ruang angkasa bagi manusia purba. Nah, demikianlah artikel tentang misteri lubang hitam dan lubang cacing, mohon maaf apabila ada kesalahan kata dan lainnya, sekian terima kasih.