Akankah Astronot Bertahan dalam Perjalanan Antarbintang Melalui Wormhole?

Dalam opera ruang angkasa Antarbintang, para astronot yang berusaha menyelamatkan umat manusia telah menemukan garis kehidupan: lubang cacing yang secara misterius muncul di sebelah Saturnus. Terowongan melalui ruangwaktu mengarah ke galaksi yang jauh dan kesempatan untuk menemukan planet layak huni yang dapat dijajah manusia. Lubang cacing film didasarkan pada fisika nyata dari pensiunan profesor CalTech, Kip Thorne, seorang pelopor astrofisika yang juga membantu Carl Sagan merancang lubang cacingnya untuk Kontak baru. Visualisasi yang menakjubkan dan sedang dipuji sebagai beberapa simulasi lubang cacing dan lubang hitam yang paling akurat dalam film. Tetapi ada satu aspek dari terjun ke ekspres antarbintang bahwa film ini tidak membahas: Bagaimana Anda bertahan dalam perjalanan?

Konten terkait

• Stephen Hawking Berpikir Kita Dapat Memecahkan Misteri Lubang Hitam Utama Dengan Rambut
• Fisikawan Membangun Lubang Cacing untuk Magnet
• Mengapa "Antarbintang" Milik Pantheon Film Fiksi Ilmiah "Realistis" Terbaik
• Hal Terdekat dalam Kehidupan Nyata ke Myst's Wormhole Book

Meskipun mereka tidak menyebutnya demikian, lubang cacing asli adalah gagasan Albert Einstein dan asistennya Nathan Rosen. Mereka mencoba memecahkan persamaan Einstein untuk relativitas umum dengan cara yang pada akhirnya akan mengarah pada model matematika murni dari seluruh alam semesta, termasuk gravitasi dan partikel yang membentuk materi. Upaya mereka melibatkan menggambarkan ruang sebagai dua lembar geometris yang dihubungkan oleh "jembatan, " yang kita anggap sebagai partikel.

Fisikawan lain, Ludwig Flamm, telah secara independen menemukan jembatan seperti itu pada tahun 1916 dalam solusi untuk persamaan Einstein. Sayangnya bagi mereka semua, "teori segalanya" ini tidak berhasil, karena jembatan teoretis pada akhirnya tidak berperilaku seperti partikel nyata. Tetapi makalah Einstein dan Rosen 1935 mempopulerkan konsep terowongan melalui jalinan ruangwaktu dan membuat fisikawan lain berpikir serius tentang implikasinya.

Fisikawan Princeton John Wheeler menciptakan istilah "lubang cacing" pada 1960-an ketika ia menjelajahi model jembatan Einstein-Rosen. Dia mencatat bahwa jembatan itu mirip dengan lubang yang digali cacing melalui apel. Seekor semut merayap dari satu sisi apel ke sisi lain dapat dengan cepat berjalan di permukaannya yang melengkung, atau mengambil jalan pintas melalui terowongan cacing. Sekarang bayangkan ruangwaktu tiga dimensi kita adalah kulit sebuah apel yang melengkung di sekitar dimensi yang lebih tinggi yang disebut "the bulk". Sebuah jembatan Einstein-Rosen adalah terowongan yang melewati titik besar yang memungkinkan para pelancong mengambil jalur cepat antara dua titik di luar angkasa. Kedengarannya aneh, tetapi ini adalah solusi matematika yang sah untuk relativitas umum.

Wheeler menyadari bahwa mulut jembatan Einstein-Rosen dengan mudah cocok dengan deskripsi dari apa yang dikenal sebagai lubang hitam Schwarzschild, bola materi yang sangat padat sehingga bahkan cahaya tidak dapat lepas dari tarikan gravitasinya. Ah-ha! Para astronom percaya bahwa lubang hitam ada dan terbentuk ketika inti dari bintang yang sangat masif runtuh. Jadi bisakah lubang hitam juga menjadi lubang cacing dan dengan demikian gerbang menuju perjalanan antarbintang? Secara matematis, mungkin — tetapi tidak ada yang akan selamat dari perjalanan.

Dalam model Schwarzschild, jantung gelap lubang hitam adalah singularitas, bola netral yang tidak bergerak dengan kepadatan tak terbatas. Wheeler menghitung apa yang akan terjadi jika lubang cacing lahir ketika dua singularitas di bagian-bagian yang jauh dari alam semesta bergabung dalam bulk, menciptakan sebuah terowongan antara black hole Schwarzschild. Dia menemukan bahwa lubang cacing seperti itu pada dasarnya tidak stabil: terowongan terbentuk, tetapi kemudian menyusut dan mencuat, meninggalkan Anda sekali lagi hanya dengan dua singularitas. Proses pertumbuhan dan kontraksi ini terjadi begitu cepat sehingga bahkan cahaya tidak dapat menembus terowongan, dan seorang astronot yang mencoba melewatinya akan menghadapi singularitas. Itu kematian mendadak, karena kekuatan gravitasi yang sangat besar akan merobek wisatawan.

"Apa pun atau siapa pun yang mencoba perjalanan akan hancur dalam keadaan darurat!" Thorne menulis dalam buku temannya untuk film, The Science of Interstellar .

Ilmu Antarbintang

Amazon.com: The Science of Interstellar (9780393351378): Kip Thorne, Christopher Nolan: Buku

Ada alternatif lain: lubang hitam Kerr yang berputar, yang merupakan kemungkinan lain dalam relativitas umum. Keunikan di dalam lubang hitam Kerr adalah cincin yang bertentangan dengan bola, dan beberapa model menunjukkan bahwa seseorang bisa bertahan dalam perjalanan jika mereka melewati dengan rapi melalui pusat cincin ini seperti bola basket melalui sebuah lingkaran. Thorne, bagaimanapun, memiliki sejumlah keberatan dengan gagasan ini. Dalam sebuah makalah tahun 1987 tentang perjalanan melalui lubang cacing, ia mencatat bahwa tenggorokan lubang cacing Kerr berisi wilayah yang disebut cakrawala Cauchy yang sangat tidak stabil. Matematika mengatakan bahwa begitu apapun, bahkan cahaya, mencoba melewati cakrawala ini, terowongan itu runtuh. Bahkan jika lubang cacing entah bagaimana bisa distabilkan, teori kuantum memberi tahu kita bahwa bagian dalamnya harus dibanjiri dengan partikel berenergi tinggi. Menjejakkan kaki di lubang cacing Kerr, dan Anda akan digoreng sampai garing.

Kuncinya adalah fisika belum menikah dengan aturan gravitasi klasik dengan dunia kuantum, matematika yang sulit dipahami oleh banyak peneliti. Dalam satu twist pada gambar, Juan Maldacena di Princeton dan Leonard Susskind di Stanford mengusulkan bahwa lubang cacing mungkin seperti manifestasi fisik keterjeratan, ketika benda-benda kuantum dihubungkan, tidak peduli seberapa jauh mereka.

Einstein terkenal menggambarkan keterjeratan sebagai "aksi seram di kejauhan" dan menolak gagasan itu. Tetapi banyak eksperimen memberi tahu kita bahwa keterjeratan itu nyata — itu sudah digunakan secara komersial untuk melindungi komunikasi online, seperti transaksi bank. Menurut Maldacena dan Susskind, jumlah besar pada keterjeratan mengubah geometri ruangwaktu dan dapat menimbulkan lubang cacing dalam bentuk lubang hitam terjerat. Tetapi versi mereka bukan gateway antarbintang.

"Mereka adalah lubang cacing yang tidak memungkinkan Anda melakukan perjalanan lebih cepat daripada cahaya, " kata Maldacena. "Namun, mereka dapat memungkinkanmu untuk bertemu seseorang di dalam, dengan peringatan kecil bahwa mereka berdua kemudian akan mati di singularitas gravitasi."

OK, lubang hitam jadi masalah. Lalu, bagaimana mungkin lubang cacing itu? Avi Loeb di Pusat Astrofisika Harvard-Smithsonian mengatakan bahwa pilihan kami terbuka lebar: "Karena kami belum memiliki teori yang andal menyatukan relativitas umum dengan mekanika kuantum, kita tidak tahu seluruh kebun binatang tentang kemungkinan struktur ruangwaktu yang dapat mengakomodasi lubang cacing."

Masih ada halangan. Thorne menemukan dalam karyanya 1987 bahwa semua jenis lubang cacing yang konsisten dengan relativitas umum akan runtuh kecuali jika didukung oleh apa yang ia sebut "materi eksotis" dengan energi negatif. Dia berpendapat bahwa kita memiliki bukti materi eksotis berkat eksperimen yang menunjukkan bagaimana fluktuasi kuantum dalam ruang hampa tampaknya menciptakan tekanan negatif antara dua cermin yang ditempatkan sangat berdekatan. Dan Loeb berpikir pengamatan kami terhadap energi gelap adalah petunjuk lebih lanjut bahwa materi eksotis mungkin ada.

"Kami mengamati bahwa selama sejarah kosmik baru-baru ini, galaksi telah melarikan diri dari kita dengan kecepatan yang meningkat seiring waktu, seolah-olah mereka ditindaklanjuti oleh gravitasi yang menjijikkan, " kata Loeb. "Ekspansi dipercepat dari alam semesta ini dapat dijelaskan jika alam semesta dipenuhi dengan zat yang memiliki tekanan negatif ... sama seperti bahan yang dibutuhkan untuk membuat lubang cacing." Kedua fisikawan sepakat, bahwa Anda akan membutuhkan terlalu banyak bahan eksotis untuk lubang cacing untuk terbentuk secara alami, dan hanya peradaban yang sangat maju yang bisa berharap untuk mengumpulkan cukup banyak barang untuk menstabilkan lubang cacing.

Tetapi fisikawan lain tidak yakin. "Saya pikir wormhole yang stabil dan dapat dilalui akan sangat membingungkan dan tampaknya tidak konsisten dengan hukum fisika yang kita tahu, " kata Maldacena. Sabine Hossenfelder di Institut Nordic untuk Fisika Teoritis di Swedia bahkan lebih skeptis: "Kami benar-benar nol indikasi bahwa ini ada. Memang diyakini secara luas bahwa itu tidak dapat ada, karena jika hal itu dilakukan vakum akan tidak stabil." Bahkan jika materi eksotis tersedia, bepergian melalui itu mungkin tidak cantik. Efek yang tepat akan tergantung pada kelengkungan ruangwaktu di sekitar lubang cacing dan kepadatan energi di dalamnya, katanya. "Ini seperti halnya dengan lubang hitam: terlalu banyak gaya pasang surut dan kamu akan terkoyak."

Terlepas dari keterkaitannya dengan film tersebut, Thorne juga pesimis bahwa wormhole yang dapat dilalui bahkan mungkin, apalagi selamat. "Jika mereka ada, saya sangat meragukan bahwa mereka dapat terbentuk secara alami di alam semesta astrofisika, " tulisnya dalam buku itu. Tetapi Thorne menghargai bahwa Christopher dan Jonah Nolan, yang menulis Interstellar, sangat tertarik untuk menceritakan kisah yang didasarkan pada sains.

"Ceritanya sekarang pada dasarnya semua milik Chris dan Jonah, " kata Thorne pada Wired dalam sebuah wawancara eksklusif. "Tapi semangat itu, tujuan memiliki film di mana sains tertanam dalam jalinan dari awal - dan itu adalah sains yang hebat - yang dilestarikan."