Dalam lima menit: apa itu lubang cacing?
Lubang cacing adalah terowongan teoretis menembus ruang-waktu yang menghubungkan dua wilayah berjauhan, dan dalam beberapa versi juga dua saat yang berbeda. Bayangkan seekor semut di atas selembar kertas. Untuk mencapai titik di sisi seberang, ia harus merayap melintasi seluruh kertas. Sekarang lipat kertas itu sampai kedua titik hampir bersentuhan, lalu sambungkan dengan tabung pendek. Perjalanannya menjadi sangat singkat. Lubang cacing adalah tabung itu, hanya saja kertasnya adalah ruang itu sendiri.
Dua hal ini benar sekaligus. Relativitas umum, teori gravitasi Einstein, mengizinkan solusi berbentuk lubang cacing di atas kertas. Namun tidak seorang pun pernah mengamati lubang cacing atau menemukan cara membuatnya. Pegang kedua fakta ini, maka sisa halaman ini akan terasa masuk akal. Kalau Anda ingin tahu bagaimana gagasan ini berkelana dalam genre fiksi ilmiah, lihat History of Science Fiction.
Gagasannya: ruang yang melengkung dan terhubung
Relativitas umum menyatakan bahwa massa dan energi melengkungkan ruang-waktu, dan lengkungan itulah yang kita rasakan sebagai gravitasi. Pada prinsipnya, lengkungan bisa berbentuk aneh. Sebuah lubang cacing memiliki dua bukaan yang disebut mulut, dihubungkan oleh lorong sempit yang disebut leher. Masuk lewat satu mulut, Anda akan keluar dari mulut lainnya, mungkin berjarak bertahun-tahun cahaya, tanpa melewati ruang di antaranya.
Mulut-mulut itu tidak akan tampak seperti pintu pada dinding. Masing-masing akan tampak seperti bola. Karena cahaya membelok di sekitarnya, bola itu menampilkan langit yang terlihat dari ujung satunya, meregang dan terdistorsi seperti pemandangan lewat bola kaca.
Fisikawan sering menggambar lubang cacing sebagai permukaan melengkung dengan dua corong yang menyatu di ujung sempitnya. Ini disebut diagram penyematan (embedding diagram). Diagram ini alat bantu mengajar yang memampatkan ruang tiga dimensi ke dalam gambar dua dimensi. Artinya bukan ada arah ekstra tersembunyi yang bisa ditunjuk.
Asal-usul gagasan ini
Petunjuk pertamanya lebih tua daripada namanya. Pada 1916, fisikawan Austria Ludwig Flamm mempelajari geometri solusi lubang hitam paling sederhana dan melihat bahwa solusi itu bisa dibaca sebagai dua wilayah ruang yang tersambung. Pada 1935, Albert Einstein dan Nathan Rosen memakai geometri serupa dalam makalah yang mencoba memodelkan partikel elementer sebagai jembatan mulus dalam ruang. "Jembatan Einstein–Rosen" ini tidak pernah dimaksudkan sebagai jalur perjalanan.
Istilah "wormhole" berasal dari fisikawan Amerika John Archibald Wheeler, yang memakainya pada akhir 1950-an ketika memikirkan struktur ruang pada skala terkecil. Gambarannya adalah cacing yang menggerek apel. Bagi si cacing, terowongan itu jalan pintas dari satu sisi buah ke sisi lainnya.
Pada 1962, Wheeler dan Robert Fuller menunjukkan sebuah masalah. Jembatan pada solusi lubang hitam paling sederhana menyempit begitu cepat sehingga seberkas cahaya pun tidak sempat menyeberang sebelum jembatan itu tertutup. Jadi jembatan itu ada dalam persamaan, tetapi tidak ada yang bisa memakainya.
Sains yang sebenarnya: yang diketahui dan yang masih tebakan
Yang sudah mapan: relativitas umum lolos dari setiap uji yang pernah kita berikan, dan persamaannya memang mengizinkan geometri lubang cacing. Yang masih spekulasi: bahwa ada lubang cacing di alam, atau bahwa suatu hari bisa dibuat.
Versi modern dari pertanyaan ini bermula dari fiksi. Pada pertengahan 1980-an, Carl Sagan sedang menulis novel Contact dan menginginkan cara bagi tokoh-tokohnya melintasi galaksi tanpa terlalu melanggar fisika. Ia bertanya kepada fisikawan Kip Thorne. Thorne dan mahasiswanya, Michael Morris, mengerjakannya dan menerbitkan hasilnya pada 1988 di American Journal of Physics. Lubang cacing mereka adalah rancangan lorong yang bisa dilalui dan dilewati penjelajah dengan selamat.
Masalahnya ada pada apa yang menahan leher tetap terbuka. Materi biasa membuat gravitasi menarik ke dalam, dan itu akan meruntuhkan leher. Untuk menjaganya tetap terbuka diperlukan apa yang disebut fisikawan materi eksotis, yang memiliki rapat energi negatif dan mendorong ke luar. Belum ada yang menemukan sepotong pun materi semacam itu.
Energi negatif bukan sekadar khayalan. Efek Casimir, yang telah diukur di laboratorium, menunjukkan bahwa energi di antara dua pelat logam tak bermuatan yang diletakkan sangat berdekatan sedikit lebih rendah daripada energi ruang hampa di luarnya. Namun jumlahnya sangat kecil dan hanya ada pada celah yang amat sempit. Tidak ada metode yang diketahui untuk mengumpulkan energi negatif sebanyak itu agar leher cukup lebar untuk sebuah kapal tetap terbuka. Kestabilan adalah masalah kedua: gangguan kecil saja bisa meruntuhkan leher.
Penelitian yang lebih baru meninjau efek kuantum. Pada 2013, Juan Maldacena dan Leonard Susskind mengajukan gagasan berani yang dikenal sebagai ER=EPR: dua partikel yang terkait secara kuantum (entangled) mungkin dihubungkan oleh lubang cacing yang sangat kecil. Ini usulan dalam fisika teoretis dan belum diuji. Pada 2017, Ping Gao, Daniel Jafferis, dan Aron Wall menunjukkan bahwa dalam kerangka matematika tertentu, efek kuantum dapat membuat lubang cacing bisa dilalui. Pada 2022, sebuah tim yang memakai prosesor kuantum Google melaporkan simulasi perilaku mirip lubang cacing pada sistem model kecil, dimuat di Nature. Itu perhitungan pada komputer kuantum, bukan terowongan di ruang angkasa, dan fisikawan lain memperdebatkan seberapa jauh maknanya.
Kesimpulannya: belum ada lubang cacing yang teramati, dan tidak ada teknologi yang dikenal yang mampu membuatnya.
Lubang cacing dan perjalanan waktu
Jika sebuah lubang cacing bisa dilalui, ia mungkin juga memungkinkan perjalanan menembus waktu. Pada 1988, Michael Morris, Kip Thorne, dan Ulvi Yurtsever menjelaskan bagaimana hal ini bisa terjadi. Gerakkan satu mulut dengan kecepatan sangat tinggi sementara mulut lainnya diam, dan kedua ujung tidak lagi sepakat soal waktu. Masuk lewat satu ujung, dan Anda bisa keluar di masa lalu.
Hal itu memunculkan paradoks yang sudah kita kenal tentang mengubah sejarah. Pada 1992, Stephen Hawking mengajukan dugaan perlindungan kronologi (chronology protection conjecture), yakni gagasan bahwa hukum fisika entah bagaimana mencegah mesin waktu seperti itu terbentuk. Dugaan ini belum terbukti dan belum terbantahkan. Untuk saat ini, lubang cacing penjelajah waktu adalah eksperimen pikiran untuk menguji teori.
Di mana lubang cacing muncul dalam fiksi
Para penulis menyukai lubang cacing karena memecahkan masalah alur cerita: bagaimana melintasi galaksi dalam waktu yang diizinkan sebuah cerita. Dalam novel Carl Sagan Contact (1985), pesan dari luar angkasa datang bersama cetak biru sebuah mesin, dan para penjelajah memakai rangkaian terowongan di ruang angkasa untuk menempuh jarak yang sangat jauh. Buku itulah alasan Thorne melakukan perhitungan di atas.
The Forever War (1974) karya Joe Haldeman memakai gagasan terkait: kapal melompat antarbintang melalui bintang yang runtuh, dan setiap perjalanan merenggut bertahun-tahun waktu di kampung halaman bagi para prajurit. Mulut jalan pintas dan harga pemakaiannya sama-sama menjadi bagian drama. Pembaca 2001: A Space Odyssey karya Arthur C. Clarke sering membandingkan Star Gate dalam buku itu dengan lubang cacing, meskipun ceritanya sendiri lebih misterius soal cara kerjanya.
Di layar lebar, Interstellar (2014) adalah contoh paling terkenal. Kip Thorne menjadi penasihat sainsnya, dan film itu menampilkan lubang cacingnya sebagai bola yang memperlihatkan pemandangan terdistorsi dari bagian langit lain, sesuai dengan yang diprediksi persamaan.
Cara lain untuk mengalahkan jarak, yang melewatkan terowongan dan justru menggerakkan kapal melalui ruang yang melengkung, dibahas di warp drive.
Kesalahpahaman umum
- "Lubang hitam adalah lubang cacing." Bukan. Lubang hitam nyata yang terbentuk dari bintang yang runtuh tidak punya jalan keluar yang diketahui. Jembatan pada solusi matematika paling sederhana tertutup terlalu cepat untuk diseberangi.
- "Jembatan Einstein–Rosen adalah jalur perjalanan." Itu model sebuah partikel, dan penelitian selanjutnya menunjukkan tidak ada yang bisa melewatinya.
- "Astronom pernah melihatnya." Belum. Citra lubang hitam, seperti citra tahun 2019 dari lubang hitam di galaksi M87, menunjukkan lubang hitam, bukan lubang cacing.
- "Lubang cacing lebih cepat dari cahaya." Di dalamnya, cahaya tetap bergerak pada kecepatan normalnya. Lubang cacing membuat jalurnya lebih pendek, dan itu hal yang berbeda.
- "Google membuat lubang cacing." Eksperimen 2022 mensimulasikan perilaku mirip lubang cacing pada cip kuantum. Tidak ada terowongan yang dibuka di ruang angkasa.
Bacaan berikutnya
- Warp drive: cara lain melintasi bintang dengan cepat, dengan menggerakkan ruang di sekitar kapal alih-alih menerobos terowongan.
- Multiverse: gagasan tentang banyak alam semesta, yang kadang oleh penulis dikaitkan dengan ujung lain sebuah lubang cacing.
- History of Science Fiction: bagaimana gagasan seperti ini berpindah dari makalah fisika ke dalam cerita.
