Teori relativitas Albert Einstein, yang diterbitkan pada awal abad ke-20, secara mendasar mengubah cara kita memahami waktu. Mereka mengungkapkan bahwa waktu tidaklah mutlak; sebaliknya, hal ini dapat dipengaruhi oleh gerakan – khususnya, jam yang bergerak cepat atau berakselerasi mengalami fenomena yang dikenal sebagai pelebaran waktu, yaitu jam yang berdetak lebih lambat dibandingkan jam yang tidak bergerak. Meskipun efek ini telah diamati pada objek yang relatif besar, para peneliti kini mengeksplorasi cara baru untuk mengujinya dalam skala yang sangat kecil menggunakan atom ultradingin dan struktur berbasis cahaya.
Mengatur Panggung: Pelebaran Waktu dan Fisika Ultradingin
Pelebaran waktu bukan hanya keingintahuan teoretis; ini adalah komponen inti fisika modern dan memiliki implikasi praktis, seperti pengoperasian satelit GPS, yang harus memperhitungkan efek relativistik agar dapat berfungsi secara akurat. Pemahaman saat ini adalah bahwa semakin cepat suatu benda bergerak atau semakin kuat percepatan yang dialaminya, maka semakin lambat pula waktunya dibandingkan dengan pengamat yang diam. Prinsip ini juga berlaku pada gerak melingkar, artinya gerak melingkar juga dapat menyebabkan pelebaran waktu.
Untuk menyelidiki efek ini pada tingkat kuantum, tim yang dipimpin oleh Vassilis Lembessis di Universitas King Saud memanfaatkan kekuatan fisika ultradingin. Pada suhu hanya sepersekian derajat di atas nol mutlak—suhu yang sangat rendah—sifat kuantum atom dan molekul menjadi jauh lebih terkendali. Dengan memanipulasi atom dan molekul secara tepat menggunakan laser dan medan elektromagnetik, para ilmuwan dapat mengeksplorasi efek rotasi dan percepatan dengan detail yang belum pernah terjadi sebelumnya.
“Kincir Ria Optik” dan Jam Kuantum
Pada tahun 2007, Lembessis dan kolaboratornya memelopori metode untuk menjebak dan memutar atom dalam bentuk silinder menggunakan sinar laser yang disetel dengan cermat. Mereka dengan bercanda menjuluki struktur ini sebagai “kincir ria optik”, dan penelitian terbaru mereka menunjukkan bahwa struktur kecil ini dapat memberikan platform ideal untuk mengamati dilatasi waktu relativistik di alam kuantum.
Secara khusus, para peneliti mengusulkan penggunaan molekul nitrogen sebagai subjek uji. Mereka memandang pergerakan elektron di dalam molekul-molekul ini sebagai “jam” internal. Dengan mengamati molekul yang berputar di dalam kincir ria optik, mereka berharap dapat mendeteksi pergeseran kecil dalam “frekuensi detak” – yang pada dasarnya mendeteksi efek pelebaran waktu. Potensi keakuratan pengukuran ini sungguh menakjubkan: para peneliti bertujuan untuk mendeteksi perubahan sekecil satu bagian dalam 10 kuadriliun.
Perbatasan Baru untuk Uji Relativitas
Meskipun konsep penggunaan bianglala optik cukup menarik, sejauh ini eksperimen menggunakan pengaturan ini relatif jarang dilakukan. Oleh karena itu, usulan baru ini membuka pintu bagi pengujian relativitas baru, di mana efek-efek yang sebelumnya belum dijelajahi mungkin muncul. Sifat kuantum partikel ultradingin ini bahkan mungkin menantang “hipotesis jam” mendasar – asumsi bahwa percepatan suatu benda secara langsung mempengaruhi waktu yang dirasakannya.
“Penting untuk memeriksa dan mengonfirmasi pemahaman kita tentang fenomena fisik di alam,” jelas Patrik Öhberg dari Universitas Heriot-Watt. “Saat kita mendapat kejutan, sesuatu yang tidak terduga, kita perlu merevisi pemahaman kita dan mendapatkan pemahaman yang lebih dalam tentang alam semesta.”
Keuntungan dan Tantangan
Salah satu keuntungan utama dari pendekatan ini adalah menghindari kebutuhan akan kecepatan yang sangat tinggi, yang biasanya diperlukan untuk mengamati efek relativistik. Aidan Arnold dari Universitas Strathclyde mencatat, “Dengan akurasi jam atom yang luar biasa… perubahan waktu yang ‘dirasakan’ oleh atom kincir ria seharusnya dapat terlihat.” Selain itu, jarak pendek yang ditempuh atom selama rotasinya akan memberikan banyak peluang untuk pengukuran yang tepat.
Lingkungan terkendali pada kincir ria optik menjanjikan untuk mengungkap wawasan baru mengenai interaksi antara mekanika kuantum dan relativitas umum.
Penelitian ini bukannya tanpa kendala. Tantangan teknis yang signifikan adalah mencegah atom atau molekul memanas, yang akan mengganggu gerakan terkendali mereka dan membatalkan eksperimen. Namun, para ilmuwan percaya bahwa potensi manfaatnya – pemahaman yang lebih mendalam tentang relativitas pada skala kuantum – membenarkan upaya tersebut. Dengan mengontrol sinar laser secara hati-hati, ukuran kincir ria dan rotasi atom dapat disesuaikan, memungkinkan pengujian efek pelebaran waktu untuk kecepatan rotasi yang berbeda.
Potensi dari pendekatan ini terletak pada kemampuannya untuk menguji dasar-dasar pemahaman kita tentang ruang dan waktu, mengungkap wawasan baru mengenai hukum-hukum dasar alam semesta.
