Oleh: The Physics arXiv Blog
23 Oktober 2013
Medium

Waktu adalah sebuah fenomena timbul sebagai efek samping dari keterjeratan quantum, kata fisikawan. Dan mereka punya hasil eksperimen awal untuk membuktikannya.

Ketika ide-ide baru mekanika quantum menyebar cepat ke seluruh sains di paruh pertama abad 20, salah satu hal pertama yang fisikawan lakukan adalah menerapkannya pada gravitasi dan relativitas umum. Hasilnya tidak cantik.

Segera jelas bahwa dua fondasi fisika modern ini sama sekali tidak serasi. Saat fisikawan berupaya memadukan kedua pendekatan, buah persamaannya dirundung ketakterhinggaan yang membuat kita mustahil dapat memahami hasil-hasil tersebut.

Lalu pada pertengahan 1960-an muncul terobosan. Fisikawan John Wheeler dan Bryce DeWitt berhasil menggabung ide-ide tak serasi ini dalam satu temuan krusial yang sejak saat itu dikenal sebagai persamaan Wheeler-DeWitt. Ini penting lantaran menghindari ketakterhinggaan yang menyusahkan—sebuah kemajuan besar.

Tapi tidak perlu waktu lama bagi fisikawan untuk menyadari bahwa kendati persamaan Wheeler-DeWitt memecahkan satu persoalan signifikan, itu menghadirkan satu persoalan lain. Persoalan baru tersebut adalah bahwa waktu tak berperan dalam persamaan ini. Praktisnya, itu menyatakan tak ada yang pernah terjadi di alam semesta, sebuah prediksi yang jelas-jelas bertentangan dengan bukti observasi.

Teka-teki ini, yang fisikawan namai “persoalan waktu”, terbukti menjadi duri dalam daging fisikawan modern—mereka sudah berusaha mengabaikannya tapi tanpa banyak keberhasilan.

Kemudian pada 1983, teoris Don Page dan William Wootters memajukan solusi baru berdasarkan fenomena keterjeratan quantum. Ini adalah atribut eksotis di mana dua partikel quantum berbagi eksistensi yang sama, sekalipun mereka terpisah secara fisik.

Keterjeratan merupakan tautan yang dalam dan kuat. Page dan Wootters menunjukkan bagaimana itu bisa dipakai untuk mengukur waktu. Gagasan mereka: cara evolusi sepasang partikel yang terjerat adalah sejenis jam yang dapat dipakai untuk mengukur perubahan.

Tapi hasilnya bergantung pada bagaimana pengamatan dilakukan. Salah satu cara melakukan ini adalah membandingkan perubahan pada partikel-partikel terjerat dengan sebuah jam eksternal yang independen sepenuhnya dari alam semesta. Ini sama artinya dengan pengamat ilahiah di luar alam semesta yang mengukur evolusi partikel-partikel dengan sebuah jam eksternal.

Dalam kasus ini, Page dan Wootters menunjukkan bahwa partikel-partikel akan tampak tidak berubah sama sekali—bahwa waktu tidak eksis dalam skenario ini.

Tapi ada satu cara lain untuk melakukannya yang memberi hasil berbeda. Yaitu pengamat di dalam alam semesta membandingkan evolusi partikel-partikel dengan seluruh alam semesta. Dalam kasus ini, pengamat internal akan melihat perubahan, dan selisih pada evolusi partikel-partikel terjerat ini dibandingkan dengan segala sesuatu yang lain merupakan ukuran waktu yang penting.

Ini ide yang anggun dan kuat. Ini menyiratkan bahwa waktu adalah fenomena timbul yang terjadi karena sifat keterjeratan. Dan ia hanya eksis untuk pengamat di dalam alam semesta. Pengamat ilahiah di luar menyaksikan alam semesta yang statis dan tak berubah, sebagaimana diprediksi oleh persamaan Wheeler-DeWitt.

Tentu saja, tanpa verifikasi eksperimen, ide Page dan Wootters tidak jauh dari keingintahuan filosofis. Dan karena tidak mungkin untuk mendapatkan pengamat di luar alam semesta, rasanya tak banyak peluang untuk menguji ide ini.

Hingga kemarin. Hari ini, Ekaterina Moreva di Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM) di Turin, Italia, dan beberapa rekan telah melakukan uji eksperimen pertama terhadap ide-ide Page dan Wootters. Dan mereka mengkonfirmasi bahwa waktu memang merupakan fenomena timbul untuk pengamat “internal” tapi absen untuk pengamat eksternal.

Eksperimen melibatkan pembuatan alam semesta mainan yang terdiri dari sepasang foton terjerat dan seorang pengamat yang dapat mengukur status mereka dengan salah satu dari dua cara. Dalam cara pertama, pengamat mengukur evolusi sistem dengan menjadi terjerat dengannya. Dalam cara kedua, pengamat ilahiah mengukur evolusi dengan jam eksternal yang independen sepenuhnya dari alam semesta mainan.

Seluk-beluk eksperimennya sederhana. Masing-masing foton terjerat memiliki polarisasi yang dapat diubah dengan memperlalukannya pada pelat bias-ganda (birefringent plate). Dalam setup pertama, pengamat mengukur polarisasi foton kesatu, sehingga terjerat dengannya. Dia lantas membandingkan ini dengan polarisasi foton kedua. Selisihnya merupakan ukuran waktu.

Dalam setup kedua, foton-foton tersebut sekali lagi melalui pelat bias-ganda, yang mengubah polarisasi mereka. Namun, dalam kasus ini, pengamat hanya mengukur atribut global kedua foton dengan membandingkan mereka dengan jam independen.

Dalam kasus ini, pengamat tidak bisa mendeteksi selisih antara foton-foton tanpa menjadi terjerat dengan salah satunya. Dan jika tak ada selisih, sistem tampak statis. Dengan kata lain, waktu tidak timbul.

“Kendati sangat sederhana, model kami menangkap kedua atribut kontradiktif dari mekanisme Page-Wootters,” kata Moreva dan kawan-kawan.

Itu eksperimen mengesankan. Ketimbulan (emergence) adalah ide populer dalam sains. Terutama, fisikawan belakangan ini bergairah dengan ide bahwa gravitasi adalah fenomena timbul (emergent phenomenon). Jadi, dugaan bahwa waktu timbul dengan cara serupa merupakan langkah yang relatif kecil.

Tentu saja, ide gravitasi timbul belum mempunyai demonstrasi eksperimen yang menunjukkan bagaimana ia bekerja dalam prakteknya. Inilah kenapa karya Moreva dan kawan-kawan sangat berarti. Itu menempatkan gagasan abstrak dan eksotis di atas pijakan eksperimen kokoh untuk pertama kalinya.

Barangkali, yang paling penting dari semuanya adalah implikasi bahwa mekanika quantum dan relativitas umum tidak terlalu cekcok. Ketika dipandang lewat lensa keterjeratan, “persoalan waktu” yang masyhur itu meleleh begitu saja.

Langkah berikutnya adalah memperluas ide ini lebih jauh, terutama ke skala makroskopis. Menunjukkan bagaimana waktu timbul pada foton adalah satu hal, menunjukkan bagaimana ia timbul pada benda-benda lebih besar semisal manusia dan jadwal kereta adalah hal lain.

Dan di situlah terletak tantangan lain.

Rujukan

arXiv: Time from Quantum Entanglement: An Experimental Illustration.

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

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