Mengapa Bepergian dengan Kecepatan Cahaya Bisa Menghancurkan Alam Semesta?

Mengapa Bepergian dengan Kecepatan Cahaya Bisa Menghancurkan Alam Semesta?

Rivaldyalfi - Bayangkan Bumi beberapa abad dari sekarang. Perjalanan ruang angkasa telah dapat diakses, dan kita melakukan perjalanan dari satu planet ke planet lain dengan pesawat ruang angkasa seperti taksi biasa. Namun, saat ini kita tidak memiliki cukup liburan sepanjang hidup kita untuk melakukan perjalanan ke sistem bintang tetangga. Untuk mencapai bintang terdekat, Alpha Centauri, yang berjarak 4,37 tahun cahaya dari Bumi, kita harus terbang menggunakan roket yang ada selama lebih dari 50.000 tahun. Jika kita ingin mencapai salah satu bintang terjauh yang diketahui di luar Bima Sakti, yang disebut Icarus, kita memerlukan 9 miliar tahun cahaya. Ini berarti bahwa bahkan dengan kecepatan cahaya, kita tidak akan pernah melintasi Bima Sakti seumur hidup manusia. 

Itu sebabnya NASA sedang mengerjakan jenis mesin yang berpotensi lebih cepat daripada cahaya. Namun, betapapun kerasnya mereka berusaha, para ilmuwan menghadapi tantangan baru. Dalam video ini bersama teknisi kami, kami akan menguji berbagai jenis mesin untuk mencoba dan mengalahkan kecepatan cahaya. Namun untuk melakukannya, kami harus menemukan cara untuk membengkokkan hukum fisika, meskipun eksperimen semacam ini sangat berisiko bagi alam semesta.

Seberapa dekat kecepatan cahaya yang bisa kita capai? Pada tahun 2017, Profesor Espen Gardar Hog dari Norwegia mengemukakan teori matematika baru. Ia mengklaim bahwa sebenarnya mungkin untuk membuat pesawat ruang angkasa dengan bantuan foton yang dapat berakselerasi hingga 99,999% kecepatan cahaya. Foton tidak memiliki massa, muatan listriknya nol, dan ia hanya dapat eksis saat bepergian dengan kecepatan cahaya. Kedengarannya sempurna, bukan? Namun, jika kita ingin menggerakkan pesawat ruang angkasa dengan foton, kita memerlukan mesin jenis baru yang dapat mengubah cahaya menjadi energi.

Cara terbaik untuk mewujudkan proyek ini adalah dengan layar surya. Jadi, mari kita coba membuat layar yang bergerak menggunakan cahaya. Untuk membuat 1 kg materi mencapai kecepatan cahaya, kita memerlukan layar dengan luas sekitar 100.000 m² yang memberi kita percepatan kira-kira 1 m/detik. Ini berarti jika insinyur kita berbobot 70 kg, mereka harus merancang layar persegi dengan panjang sisi lebih dari 2 1/2 km, setara dengan 25 lapangan sepak bola yang diletakkan dari ujung ke ujung. Itu bahkan belum termasuk berat pesawat ruang angkasa itu sendiri. Namun, kabar baiknya adalah setidaknya kita tidak perlu khawatir tentang merancang tangki bahan bakar karena kita memiliki sumber daya gratis dan tidak ada habisnya: energi matahari.

Energi matahari telah menyala selama sekitar 5 miliar tahun dan akan terus menyala selama permulaan pelayaran matahari kita. Perjalanan mungkin akan sangat lambat, namun percepatannya akan konstan. Berkat matahari, kita dapat mempertahankannya selama bertahun-tahun, bahkan puluhan tahun. Dalam waktu sekitar 100 hari pengoperasian, layar surya dapat mencapai kecepatan sekitar 14.000 km/jam. Setelah 3 tahun, kecepatannya akan mencapai 240.000 km/jam, dan hanya membutuhkan waktu 5 tahun untuk tiba di Pluto, salah satu objek terjauh di tata surya.

Gagasan percepatan konstan ini telah mendorong beberapa kelompok penelitian dalam beberapa tahun terakhir untuk menguji prototipe mesin foton yang canggih. Pada tahun 2015, Badan Eksplorasi Dirgantara Jepang mengirimkan layar surya ke orbit. Ilmuwan berhasil menyiapkan layar surya dengan luas 32 m² di satelit kecil ini. Dalam waktu satu bulan, pesawat ruang angkasa berbobot 3155 kg mengalami peningkatan kecepatan sekitar 10 m/detik. Mereka juga mampu mengubah lintasannya. Hal ini menandai percobaan pertama yang berhasil dengan layar surya, meskipun juga menjelaskan keterbatasannya karena kemampuan manuver desainnya cukup rendah.

Untuk mengoptimalkan interaksi mesin foton dengan partikel cahaya, NASA saat ini sedang mengembangkan layar surya difraksi. Proyek pelayaran surya difraksi menggunakan gradasi optik kecil yang tertanam di layar tipis untuk dapat digunakan dengan lebih baik oleh sinar matahari di masa depan. Mesin foton akan memungkinkan kita untuk melakukan perjalanan tidak hanya di dalam tata surya tetapi juga ke sistem bintang terdekat. Namun, ada masalah ketika menyangkut perjalanan antarbintang: sinar matahari dari Matahari tidak akan cukup. Semakin jauh jarak layar darinya, semakin sedikit foton yang dapat ditangkap.

Dengan harapan memecahkan masalah ini, sebuah proyek internasional yang disebut terobosan Starshot berencana untuk membangun seribu layar surya kecil yang masing-masing berbobot tidak lebih dari 1 gram. Layar mini ini akan membutuhkan lebih sedikit cahaya untuk mempercepatnya. Para peneliti di Bumi berencana untuk membangun serangkaian instalasi laser dengan kekuatan 100 gigawatt. Sinar mereka akan diarahkan ke layar mini yang membantu mereka mempercepat di luar angkasa. Tujuan dari perjalanan ini adalah Proxima Centauri, bintang terdekat dengan Matahari kita. Sayangnya, dibutuhkan waktu 30 tahun untuk mempercepat layar foton kecil ini hingga hanya 20% kecepatan cahaya. Hal ini akan membuat kita meninggalkan tata surya pada tahun 2030 dan melewati jarak terdekat dengan Proxima Centauri sekitar tahun 2060.

Tantangan baru akan menanti mereka yang bergerak dengan kecepatan tinggi. Misalnya, waktu akan berjalan sangat berbeda. Jika insinyur kita memulai perjalanan singkat ke Mars dan kembali, akan memakan waktu kira-kira 16 menit 40 detik untuk mencapai planet merah dan kembali ke Bumi. Namun, bagi orang-orang yang kembali ke Bumi, perjalanan ini akan memakan waktu 16 menit 40 detik, sedangkan bagi teknisi kita di Starship, perjalanan pulang pergi hanya akan berlangsung 8 menit 20 detik. Hal ini terjadi karena pada kecepatan tinggi, ada efek pelebaran waktu: semakin dekat Anda dengan kecepatan cahaya, semakin terlihat.

Selain itu, bagi teknisi kita, ruang di depan bagian kapal akan tampak rata menjadi terowongan buram. Setelah beberapa saat, mereka tidak akan melihat apa pun kecuali kegelapan di depan. Gelombang cahaya tidak akan mengejar mereka karena mereka akan bergerak dengan kecepatan yang sama. Dengan kata lain, akan ada kegelapan tak berujung di hadapan insinyur kita.

Secara teori, para ilmuwan sudah mengetahui cara mempercepat hingga mencapai kecepatan cahaya, namun untuk saat ini mesin foton tidak memungkinkan kita melakukan hal tersebut. Untuk mencapai percepatan yang diperlukan, kita memerlukan bahan dalam jumlah besar untuk membuat layar dan energi luar biasa besar untuk menggerakkan laser yang diperlukan. Untuk mengatasi masalah ini, kita harus menciptakan mesin yang lebih bertenaga yang bekerja berdasarkan prinsip berbeda yang telah dikemukakan oleh para ilmuwan secara teoritis.

Salah satu konsep yang dikembangkan pada tahun 1992 di Universitas Pennsylvania adalah mikro Fusion Drive yang dikatalisis antimateri. Operasinya berputar di sekitar kapsul bahan bakar yang mengandung deuterium, tritium, dan uranium-238. Kapsul ini ditembakkan ke ruang reaktor, dibombardir dengan ion, dan kemudian terkena sinar antiproton. Ketika berinteraksi dengan antiproton, sebagian materi dalam kapsul dimusnahkan, menghasilkan energi yang cukup untuk memicu peluruhan uranium-238, yang kemudian memulai reaksi fusi dengan deuterium dan tritium. Energi ini menggerakkan elektromagnet besar yang memanaskan plasma, kemudian medan magnet mengarahkan aliran plasma dan menembakkannya keluar dari nosel, menciptakan daya dorong yang menggerakkan pesawat ruang angkasa.

Keuntungan dari sistem ini adalah memerlukan antimateri yang relatif sedikit untuk perjalanan ruang angkasa. Misalnya, untuk mencapai Pluto, Anda hanya memerlukan 100 gram antimateri. Namun, antimateri adalah zat yang sangat langka dan kompleks untuk diproduksi. Akselerator partikel hanya mampu menghasilkan puluhan juta antiproton per menit, dan pada kecepatan tersebut dibutuhkan puluhan miliar tahun untuk menghasilkan 1 gram antimateri. Antimateri disebut sebagai zat termahal di Bumi, dengan harga satu gramnya mencapai ratusan bahkan ribuan triliunan dolar.

Selain itu, kita juga perlu mencari cara untuk menyimpannya karena materi apa pun akan musnah saat bersentuhan dengan antimateri. Saat ini, perangkap elektromagnetik khusus sedang dikembangkan, seperti yang digunakan oleh Organisasi Penelitian Nuklir Eropa (CERN), untuk menahan antimateri dalam ruang hampa tinggi dan suhu rendah. Salah satu mekanisme ini sedang dikembangkan di CERN, tetapi saat ini panjangnya hampir 2 meter dan beratnya satu ton.

Asumsikan insinyur kita memiliki cukup antimateri dan dapat melakukan perjalanan dengan kapal luar angkasa yang dilengkapi mesin antimateri. Namun, ada masalah saat mencoba menghentikan kapal. Ketika roket berhenti di tujuannya, semua partikel yang terjebak di tepi depan secara bersamaan akan melepaskan energi besar yang cukup untuk memusnahkan kapal dan awaknya. Bencana ini dapat dihindari dengan desain lapisan pelindung khusus yang akan menghancurkan partikel yang bertabrakan di antara mereka. Tapi ini hanya akan memperlambat proses penghancuran pesawat.

Pada akhirnya, perjalanan dengan kecepatan cahaya tetap menjadi tantangan yang hampir mustahil. Meskipun kita terus maju dengan penelitian dan pengembangan teknologi baru, hambatan fisik dan teknis yang kita hadapi menunjukkan bahwa manusia masih memiliki jalan panjang sebelum benar-benar dapat melakukan perjalanan dengan kecepatan cahaya atau mendekati kecepatan cahaya. Hingga saat itu tiba, kita harus terus menjelajahi dan memanfaatkan teknologi yang kita miliki sambil bermimpi tentang perjalanan luar angkasa yang lebih cepat di masa depan.

Penulis: Rifaldo_Ef