Alcubierre Warp Drive (Star Trek?) dan Wormhole (Interstellar?)

Warp Drive with Positive Energy

WARP DRIVE

Anggap saja ini topik baru lagi. Sebagai disclaimer: akan ada banyak info (too much information). Jangan khawatir, ambil dan coba cerna yang bisa. Saya juga layman, orang awam, yang ingin berbagi dengan anda dengan cara dan melalui terminologi dan bahasa awam, sejauh yang saya pahami.

Artikel ini memaparkan tentang perkembangan terakhir studi tentang Warp Drive atau tepatnya Alcubierre Warp Drive atau Alcubierre Metric. Studi yg dilakukan tim dari Applied Physics Universitas Alabama ini telah dipublikasikan pada bulan Mei lalu, seperti ditunjukkan dalam artikel dari Space berikut ini: https://www.space.com/warp-drive-possibilities-positive-energy

Intinya: studi yang baru ini memungkinkan salah satu kendala dalam Alcubierre dihilangkan, yaitu tidak diperlukannya "exotic matter" (material unik) dengan densitas energi negatif, yang mungkin bisa dipanen (harnessed) dari "dark energy". Tentu saja ini perubahan besar, tapi ada "kekurangannya", yaitu kecepatan warp drive ini untuk saat ini hanya "subluminal" (di bawah kecepatan cahaya), bukan FTL (Faster than Light). Bagaimana mereka melakukannya dalam studi mereka? Yaitu dengan menekuk/bending medan gravitasi (gravitational field) alih-alih dengan menggunakan negatif enerji.

Namun tidak berarti, semua masalah, kendala dan tantangan terpecahkan. Ide tentang Warp Drive ini masih jauh dari kemungkinan diaplikasikan. Bukan hanya teori, bahkan disebut sebagai speculative study alias science sekaligus fiction, seperti yang segera akan saya rangkumkan berikut:

Alcubierre Warp Drive , https://en.wikipedia.org/wiki/Alcubierre_drive adalah konsep spekulatif tentang Faster Than Light Travel (FTL) diusulkan oleh ahli fisika teoritis (theoretical physicist Miguel Alcubierre pada tahun 1994), berdasarkan solusi untuk Persamaan Medan Einstein (Einstein's Field Equation) dalam Teori Relativitas Umum (GTR) nya. Berikut ini mekanismenya:

1. Membuat Gelembung Warp (Warp Bubble): Alcubierre Drive membuat "gelembung warp" di sekitar atau menyelimuti pesawat ruang angkasa. Gelembung ini mengontraksi/menekan/compressing ruang-waktu (space-time) di depan pesawat dan mengembangkannya/expanding di belakang pesawat. 

2. Memanipulasi Ruang-Waktu: Menurut Teori Relativitas Umum (GTR), objek masif dapat melengkungkan (warping) ruang-waktu, misalnya matahari yang melengkungkan ruang-waktu sehingga planet-planet di sekitarnya mengorbit dan mengitarinya karena dan pada lengkungan itu, yang kita sebut gravitasi. Alcubierre Drive menggunakan prinsip ini untuk menciptakan gelombang pada ruang-waktu yang dapat diselancari oleh pesawat ruang angkasa, sehingga bergerak lebih cepat dari cahaya tanpa melanggar batas kecepatan universal. Analogi paling mudah adalah pada berselancar/surfing yang dilakukan seseorang pada gelombang laut. Dia sendiri sebenarnya tidak bergerak melaju, tapi gelombang laut yang bergerak dengan cepat membawanya dari tengah laut ke arah tepian pantai. 

3. Kerangka Acuan Inersia (Inertial Reference Frame): Di dalam gelembung warp, pesawat ruang angkasa tetap berada di wilayah ruang-waktu datar (flat space-time), artinya tidak mengalami efek relativistik dilatasi waktu (time dilation) dan kontraksi panjang (length contraction), yang merupakan prinsip STR (Special Theory of Relativity), karena pesawat praktis tidak bergerak, seperti sang peselancar (surfer). Jadi, bukan pesawat ruang angkasa itu sendiri (peselancar) yang bergerak lebih cepat dari cahaya dalam kerangka acuan lokalnya,  melainkan gelembung warp (gelombang laut) itu yang bergerak melalui ruang-waktu.

4. Persamaan Medan Einstein (Einstein's Field Equation): Alcubierre Drive merupakan solusi untuk persamaan medan Einstein, yang menggambarkan bagaimana materi dan energi berinteraksi dengan ruang-waktu. Dengan memanipulasi persamaan ini, Alcubierre Drive membuat kondisi-kondisi yang diperlukan bagi terjadinya perjalanan yang lebih cepat dari cahaya (FTL travel).

Singkatnya, Alcubierre Drive ini merupakan salah satu ide (teori) FTL travel atau _interstellar travel dengan memanfaatkan Teori Relativitas Umum Einstein lalu memanipulasi ruang-waktu untuk menciptakan gelembung warp yang memungkinkan perjalanan lebih cepat dari cahaya tanpa melanggar hukum fisika.

Seperti disebutkan di atas, kunci utamanya adalah keberadaan exotic matter dengan negative energy density . Namun, satu hal yg penting, meski dari studi yang baru di atas soal energi negatif sudah bisa diatasi, tapi masih ada hal-hal yang jadi kendala bagi terwujudnya Warp Drive ini. Satu yang paling utama adalah impikasi quantum gravity yang membuat konsep Warp Drive ini menjadi tidak berlaku. Lebih lanjut, silakan mengikuti paparan menarik berikut ini:  https://youtu.be/Vk5bxHetL4s

WORMHOLE

Kandidat FTL travel atau interstellar travel lainnya yang tak kalah menariknya adalah Wormhole, https://www.journalofyoungphysicists.org/post/wormholes-the-cosmic-tunnels yaitu pasangan dua black holes yang dihubungkan melalui terowongan ("leher"), yang disebut juga Einstein-Rosen Bridge atau ER Bridge.  

Sedikit penjelasan di sini, sambil menambahkan atau merangkumkan apa yang sudah dikirim di bawah, lihat kiriman makalah yang pertama karya Einstein dan Rosen itu:

- Seperti juga Warp Drive, Wormhole memerlukan energi negatif dari exotic matter untuk membuat terowongan ("leher") diantara kedua black holes stabil dan bertahan cukup lama untuk dilewati. Karena itu, seperti halnya Warp Drive, Wormhole pun masih dianggap sebagai konsep atau ide yang sangat teoritis. Secara matematis, mereka bisa dibuktikan keberadaannya, namun secara fisik masih jauh dari kemungkinan untuk diwujudkannya. Seperti juga pada Warp Drive, pada quantum level, fluktuasi-fluktuasi dapat menyebabkan wormhole menjadi tidak stabil dan bisa menutup (collapse).

- Pada quantum level, ada konsep Quantum Entanglement . Makalah kedua yang dikirimkan pula di bawah ini berkenaaan dengan ini, ditulis oleh kedua orang di atas plus Podolsky, sehingga disebut EPR (Einstein-Podolsky-Rosen) Pairs , yang semula dianggap tak berhubungan dengan ER Bridge di atas.

- Namun, pada 2013, Juan Maldacena dan Leonard Susskind menghubungkan keduanya (conjecture) sehingga disebut ER = EPR Conjecture , https://en.m.wikipedia.org/wiki/ER_%3D_EPR yakni partikel-partikel yang terkait/terikat (entangled particles, EPR Pairs) sebenarnya terhubungkan satu sama lain melalui wormhole (ER Bridge), yang dengan demikian membuka jalan bagi terhubungnya Quantum Mechanics quantum dan General Relativity .

- Belum lama ini, pada November 2022 lalu, Maria Spiropulu dan timnya dari Caltech, https://www.caltech.edu/about/news/physicists-observe-wormhole-dynamics-using-a-quantum-computer berhasil membuat simulasi EPR Pairs ini dengan menggunakan quantum Computer milik Google. Mereka berhasil membuat holographic wormhole dengan memanipulasi qubits dalam quantum computer tsb. Hal ini pernah kita bahas nun jauh di atas. Mungkin pada akhir tahun 2022 juga.

Sekian dulu novel tentang perjalanan antar galaksi kita hari ini. Masih banyak yang bisa saya tuliskan. Tapi, kalau pun ada yang tuntas baca sampai kata ini, itu sudah jempol tenan. Tandanya tingkat kuriositasnya sangat tinggi (coba tandai 💯) kalau anda sudah tuntas baca sampai sini!