[BUKU BAHASA INDONESIA] A BRIEF HISTORY OF TIME - STEPHEN HAWKING

BAB 9 : PANAH WAKTU

Dalam bab-bab sebelumnya kita telah melihat bagaimana pandangan kita tentang hakikat waktu telah berubah dari tahun ke tahun. Hingga awal abad ini orang-orang meyakini adanya waktu yang absolut. Artinya, setiap peristiwa dapat diberi label dengan sebuah angka yang disebut “waktu” secara unik, dan semua jam yang baik akan sepakat mengenai selang waktu antara dua peristiwa.

Namun, penemuan bahwa kecepatan cahaya tampak sama bagi setiap pengamat, tak peduli bagaimana ia bergerak, mengantarkan pada teori relativitas — dan di dalamnya gagasan tentang adanya waktu absolut yang tunggal harus ditinggalkan. Sebagai gantinya, setiap pengamat memiliki ukuran waktunya sendiri sebagaimana dicatat oleh jam yang ia bawa: jam yang dibawa oleh pengamat yang berbeda tidak harus saling sepakat. Dengan demikian, waktu menjadi konsep yang lebih bersifat personal, relatif terhadap pengamat yang mengukurnya.

Ketika orang berusaha menyatukan gravitasi dengan mekanika kuantum, diperkenalkanlah gagasan tentang waktu “imajiner”. Waktu imajiner tak dapat dibedakan dari arah dalam ruang. Jika seseorang dapat pergi ke utara, ia dapat berbalik dan menuju selatan; demikian pula, jika seseorang dapat bergerak maju dalam waktu imajiner, ia semestinya dapat berbalik dan bergerak mundur. Ini berarti tidak ada perbedaan penting antara arah maju dan mundur dalam waktu imajiner.

Sebaliknya, ketika kita memandang waktu “nyata”, terdapat perbedaan yang sangat besar antara arah maju dan mundur, sebagaimana kita semua ketahui. Dari manakah perbedaan antara masa lalu dan masa depan ini berasal? Mengapa kita mengingat masa lalu tetapi tidak masa depan?

Hukum-hukum sains tidak membedakan antara masa lalu dan masa depan. Lebih tepatnya, sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya, hukum-hukum sains tetap tidak berubah di bawah kombinasi operasi (atau simetri) yang dikenal sebagai C, P, dan T. (C berarti mengganti partikel dengan antipartikel. P berarti mengambil bayangan cermin, sehingga kiri dan kanan tertukar. Dan T berarti membalik arah gerak semua partikel: pada dasarnya menjalankan gerak secara mundur.) Hukum-hukum sains yang mengatur perilaku materi dalam semua situasi normal tetap tidak berubah di bawah kombinasi dua operasi C dan P saja. Dengan kata lain, kehidupan akan sama saja bagi penghuni planet lain yang merupakan bayangan cermin kita dan yang tersusun dari antimateri, bukan materi.

Distributor pusat penjualan segala alat listrik tenaga surya. Toko online jual listrik tenaga matahari. Produsen Produk solar sel murah.www.tokosolarcell.net . daftar Paket harga penjualan listrik tenaga matahari

Jika hukum-hukum sains tidak berubah oleh kombinasi operasi C dan P, dan juga oleh kombinasi C, P, dan T, maka hukum-hukum itu juga harus tidak berubah di bawah operasi T saja. Namun terdapat perbedaan besar antara arah maju dan mundur waktu nyata dalam kehidupan sehari-hari.

Bayangkan sebuah cangkir berisi air jatuh dari meja dan pecah berkeping-keping di lantai. Jika Anda merekamnya dalam film, Anda dapat dengan mudah mengetahui apakah film itu diputar maju atau mundur. Jika diputar mundur, Anda akan melihat kepingan-kepingan itu tiba-tiba berkumpul kembali dari lantai dan melompat ke atas untuk membentuk cangkir utuh di atas meja. Anda dapat mengetahui bahwa film itu diputar mundur karena perilaku semacam ini tidak pernah diamati dalam kehidupan sehari-hari. Jika memang demikian, para produsen peralatan makan dari keramik tentu akan gulung tikar.

Penjelasan yang biasanya diberikan mengenai mengapa kita tidak melihat cangkir-cangkir yang pecah berkumpul kembali dari lantai dan melompat ke atas meja adalah bahwa hal itu dilarang oleh hukum kedua termodinamika. Hukum ini menyatakan bahwa dalam sistem tertutup mana pun, ketakteraturan, atau entropi, selalu meningkat seiring waktu. Dengan kata lain, ini adalah bentuk hukum Murphy: segala sesuatu cenderung berjalan salah.

Cangkir utuh di atas meja adalah keadaan dengan keteraturan tinggi, tetapi cangkir yang pecah di lantai adalah keadaan yang tidak teratur. Kita dapat dengan mudah bergerak dari cangkir utuh di masa lalu menuju cangkir pecah di masa depan, tetapi tidak sebaliknya.

Peningkatan ketakteraturan atau entropi seiring waktu adalah salah satu contoh dari apa yang disebut sebagai panah waktu, sesuatu yang membedakan masa lalu dari masa depan dengan memberi arah pada waktu. Setidaknya terdapat tiga jenis panah waktu yang berbeda.

Pertama, panah waktu termodinamik, yakni arah waktu di mana ketakteraturan atau entropi meningkat.

Kedua, panah waktu psikologis. Inilah arah di mana kita merasakan waktu berlalu, arah di mana kita mengingat masa lalu tetapi tidak masa depan.

Ketiga, panah waktu kosmologis. Ini adalah arah waktu di mana alam semesta mengembang, bukan menyusut.

Dalam bab ini saya akan berpendapat bahwa kondisi tanpa batas bagi alam semesta, bersama dengan prinsip antropik lemah, dapat menjelaskan mengapa ketiga panah tersebut menunjuk ke arah yang sama — dan terlebih lagi, mengapa panah waktu yang terdefinisi dengan jelas harus ada sama sekali. Saya akan berargumen bahwa panah psikologis ditentukan oleh panah termodinamik, dan bahwa kedua panah ini niscaya selalu menunjuk ke arah yang sama.

Jika seseorang mengasumsikan kondisi tanpa batas bagi alam semesta, kita akan melihat bahwa pasti terdapat panah waktu termodinamik dan kosmologis yang terdefinisi dengan jelas, tetapi keduanya tidak akan menunjuk ke arah yang sama sepanjang seluruh sejarah alam semesta. Namun, saya akan berpendapat bahwa hanya ketika keduanya menunjuk ke arah yang sama, kondisi menjadi sesuai bagi perkembangan makhluk cerdas yang dapat mengajukan pertanyaan: mengapa ketakteraturan meningkat dalam arah waktu yang sama dengan arah di mana alam semesta mengembang?

Saya akan terlebih dahulu membahas panah waktu termodinamik. Hukum kedua termodinamika muncul dari kenyataan bahwa selalu jauh lebih banyak keadaan tidak teratur dibandingkan keadaan teratur. Sebagai contoh, pertimbangkan kepingan-kepingan sebuah teka-teki gambar di dalam kotak.

Hanya ada satu, dan hanya satu, susunan di mana kepingan-kepingan itu membentuk gambar lengkap. Sebaliknya, terdapat sangat banyak susunan di mana kepingan-kepingan itu tidak teratur dan tidak membentuk gambar.

Misalkan suatu sistem bermula dalam salah satu dari sedikit keadaan teratur tersebut. Seiring waktu berlalu, sistem akan berevolusi menurut hukum-hukum sains dan keadaannya akan berubah. Pada waktu yang lebih kemudian, lebih mungkin bahwa sistem berada dalam keadaan tidak teratur daripada teratur karena keadaan tidak teratur jauh lebih banyak. Dengan demikian, ketakteraturan akan cenderung meningkat seiring waktu jika sistem mematuhi kondisi awal dengan keteraturan tinggi.

Misalkan kepingan-kepingan teka-teki itu pada awalnya berada dalam kotak dalam susunan teratur yang membentuk gambar. Jika Anda mengguncang kotak itu, kepingan-kepingan tersebut akan mengambil susunan lain. Kemungkinan besar itu adalah susunan tidak teratur di mana kepingan-kepingan tidak membentuk gambar yang tepat, semata-mata karena jumlah susunan tidak teratur jauh lebih banyak.

Beberapa kelompok kepingan mungkin masih membentuk bagian gambar, tetapi semakin sering Anda mengguncang kotak itu, semakin besar kemungkinan kelompok-kelompok ini akan terpecah dan kepingan-kepingan berada dalam keadaan benar-benar acak yang tidak membentuk gambar apa pun. Maka ketakteraturan kepingan-kepingan itu kemungkinan besar akan meningkat seiring waktu jika mereka mematuhi kondisi awal berupa keteraturan tinggi.

Namun, misalkan Tuhan memutuskan bahwa alam semesta harus berakhir dalam keadaan keteraturan tinggi tetapi tidak memedulikan keadaan awalnya. Pada masa-masa awal, alam semesta kemungkinan besar berada dalam keadaan tidak teratur. Ini berarti ketakteraturan akan menurun seiring waktu. Anda akan melihat cangkir-cangkir pecah berkumpul kembali dan melompat ke atas meja.

Akan tetapi, setiap manusia yang mengamati cangkir-cangkir itu akan hidup dalam alam semesta di mana ketakteraturan menurun seiring waktu. Saya akan berargumen bahwa makhluk semacam itu akan memiliki panah waktu psikologis yang terbalik. Artinya, mereka akan mengingat peristiwa di masa depan dan tidak mengingat peristiwa di masa lalu mereka. Ketika cangkir itu pecah, mereka akan mengingatnya berada di atas meja; tetapi ketika cangkir itu berada di atas meja, mereka tidak akan mengingatnya berada di lantai.

Cukup sulit membicarakan ingatan manusia karena kita tidak mengetahui secara rinci bagaimana otak bekerja. Namun, kita mengetahui dengan baik bagaimana memori komputer bekerja. Oleh karena itu, saya akan membahas panah waktu psikologis pada komputer. Saya kira wajar untuk mengasumsikan bahwa panah waktu bagi komputer sama dengan panah waktu bagi manusia. Jika tidak, seseorang dapat meraup keuntungan besar di bursa saham dengan memiliki komputer yang mengingat harga-harga esok hari.

Memori komputer pada dasarnya adalah perangkat yang mengandung elemen-elemen yang dapat berada dalam salah satu dari dua keadaan. Contoh sederhana adalah sempoa. Dalam bentuk paling sederhana, sempoa terdiri atas sejumlah kawat; pada setiap kawat terdapat sejumlah manik-manik yang dapat ditempatkan pada salah satu dari dua posisi.

Sebelum suatu data direkam dalam memori komputer, memori berada dalam keadaan tidak teratur, dengan peluang yang sama bagi dua keadaan yang mungkin. Setelah memori berinteraksi dengan sistem yang hendak diingat, ia akan pasti berada dalam salah satu keadaan, sesuai dengan keadaan sistem tersebut. Dengan demikian, memori telah beralih dari keadaan tidak teratur menjadi keadaan teratur.

Namun, untuk memastikan memori berada dalam keadaan yang benar, diperlukan sejumlah energi tertentu. Energi ini dilepaskan sebagai panas dan meningkatkan jumlah ketakteraturan di alam semesta. Dapat ditunjukkan bahwa peningkatan ketakteraturan ini selalu lebih besar daripada peningkatan keteraturan dalam memori itu sendiri. Maka panas yang dikeluarkan oleh kipas pendingin komputer berarti bahwa ketika komputer merekam suatu data, jumlah total ketakteraturan di alam semesta tetap meningkat.

Arah waktu di mana komputer mengingat masa lalu adalah arah yang sama dengan arah di mana ketakteraturan meningkat.

Rasa subjektif kita tentang arah waktu, panah waktu psikologis, dengan demikian ditentukan di dalam otak kita oleh panah waktu termodinamik. Sama seperti komputer, kita harus mengingat sesuatu dalam urutan di mana entropi meningkat. Ini menjadikan hukum kedua termodinamika hampir sepele. Ketakteraturan meningkat seiring waktu karena kita mengukur waktu dalam arah di mana ketakteraturan meningkat. Tidak ada taruhan yang lebih aman daripada itu.

Namun mengapa panah waktu termodinamik harus ada sama sekali? Dengan kata lain, mengapa alam semesta berada dalam keadaan keteraturan tinggi pada salah satu ujung waktu yang kita sebut masa lalu? Mengapa tidak berada dalam keadaan ketakteraturan sempurna sepanjang waktu?

Dalam teori klasik relativitas umum, seseorang tidak dapat memprediksi bagaimana alam semesta bermula karena semua hukum sains yang diketahui akan runtuh pada singularitas Dentuman Besar. Alam semesta mungkin bermula dalam keadaan yang sangat halus dan teratur. Ini akan menghasilkan panah waktu termodinamik dan kosmologis yang terdefinisi dengan jelas, sebagaimana kita amati.

Namun, ia juga bisa saja bermula dalam keadaan yang sangat bergumpal dan tidak teratur. Dalam hal itu, alam semesta sudah berada dalam keadaan ketakteraturan sempurna, sehingga ketakteraturan tidak dapat meningkat seiring waktu. Ia akan tetap konstan, atau bahkan menurun, yang berarti panah waktu termodinamik akan menunjuk ke arah yang berlawanan dengan panah kosmologis. Kedua kemungkinan ini tidak sesuai dengan apa yang kita amati.

Sebagaimana telah kita lihat, relativitas umum klasik memprediksi kejatuhannya sendiri. Ketika kelengkungan ruang-waktu menjadi sangat besar, efek gravitasi kuantum menjadi penting dan teori klasik tidak lagi menjadi deskripsi yang baik bagi alam semesta. Seseorang harus menggunakan teori gravitasi kuantum untuk memahami bagaimana alam semesta bermula.

Dalam teori gravitasi kuantum, untuk menentukan keadaan alam semesta, seseorang masih harus menyatakan bagaimana sejarah-sejarah yang mungkin dari alam semesta berperilaku pada batas ruang-waktu di masa lalu. Kesulitan ini hanya dapat dihindari jika sejarah-sejarah tersebut memenuhi kondisi tanpa batas: ia berhingga dalam jangkauan tetapi tidak memiliki batas, tepi, atau singularitas.

Dalam hal itu, awal waktu akan menjadi titik ruang-waktu yang teratur dan halus, dan alam semesta akan memulai pengembangannya dalam keadaan yang sangat halus dan teratur. Ia tidak mungkin sepenuhnya seragam karena hal itu akan melanggar prinsip ketidakpastian teori kuantum. Harus ada fluktuasi kecil dalam kerapatan dan kecepatan partikel. Namun, kondisi tanpa batas menyiratkan bahwa fluktuasi-fluktuasi ini sekecil mungkin, konsisten dengan prinsip ketidakpastian.

Alam semesta akan bermula dengan periode pengembangan eksponensial atau “inflasi” di mana ukurannya meningkat dengan faktor yang sangat besar. Selama pengembangan ini, fluktuasi kerapatan pada awalnya tetap kecil, tetapi kemudian mulai bertumbuh.

Wilayah-wilayah dengan kerapatan sedikit lebih tinggi daripada rata-rata akan mengalami perlambatan pengembangan akibat tarikan gravitasi massa tambahan. Akhirnya, wilayah-wilayah tersebut berhenti mengembang dan runtuh membentuk galaksi, bintang, dan makhluk seperti kita.

Alam semesta bermula dalam keadaan halus dan teratur, dan menjadi bergumpal serta tidak teratur seiring waktu. Ini menjelaskan keberadaan panah waktu termodinamik.

Namun apa yang akan terjadi jika dan ketika alam semesta berhenti mengembang dan mulai menyusut? Apakah panah termodinamik akan berbalik dan ketakteraturan mulai menurun seiring waktu?

Pada mulanya saya percaya bahwa ketakteraturan akan menurun ketika alam semesta runtuh kembali. Saya keliru. Kondisi tanpa batas menyiratkan bahwa ketakteraturan justru akan terus meningkat selama fase penyusutan. Panah waktu termodinamik dan psikologis tidak akan berbalik ketika alam semesta mulai menyusut kembali, maupun di dalam lubang hitam.

Sebagai penutup, hukum-hukum sains tidak membedakan antara arah maju dan mundur waktu. Namun terdapat setidaknya tiga panah waktu yang membedakan masa lalu dari masa depan: panah termodinamik, panah psikologis, dan panah kosmologis.

Saya telah menunjukkan bahwa panah psikologis pada dasarnya sama dengan panah termodinamik, sehingga keduanya selalu menunjuk ke arah yang sama. Usulan kondisi tanpa batas bagi alam semesta memprediksi keberadaan panah waktu termodinamik yang terdefinisi dengan jelas karena alam semesta harus bermula dalam keadaan halus dan teratur.

Dan alasan kita mengamati bahwa panah termodinamik ini sejalan dengan panah kosmologis adalah bahwa makhluk cerdas hanya dapat ada dalam fase pengembangan. Fase penyusutan tidak sesuai karena tidak memiliki panah waktu termodinamik yang kuat.

Kemajuan umat manusia dalam memahami alam semesta telah membangun sebuah sudut kecil keteraturan di dalam alam semesta yang kian tidak teratur. Jika Anda mengingat setiap kata dalam buku ini, memori Anda akan merekam sekitar dua juta keping informasi; keteraturan di otak Anda akan meningkat sekitar dua juta satuan.

Namun selama Anda membaca buku ini, Anda setidaknya telah mengubah seribu kalori energi teratur — dalam bentuk makanan — menjadi energi tidak teratur berupa panas yang Anda lepaskan ke udara melalui konveksi dan keringat. Ini akan meningkatkan ketakteraturan alam semesta sekitar dua puluh juta juta juta juta satuan — kira-kira sepuluh juta juta juta kali peningkatan keteraturan di otak Anda — dan itu pun jika Anda mengingat segala sesuatu dalam buku ini.

Dalam bab berikutnya selain yang akan datang, saya akan berusaha menambah sedikit lagi keteraturan di sudut kecil kita ini dengan menjelaskan bagaimana orang-orang berusaha menyatukan teori-teori parsial yang telah saya uraikan menjadi sebuah teori terpadu yang lengkap yang mencakup segala sesuatu di alam semesta.