Apa Itu Waktu Dan Apakah Selalu Bergerak Maju?

Bayangkan waktu berjalan mundur. Orang-orang akan tumbuh lebih muda, bukannya lebih tua, dan setelah menjalani hidup yang panjang dengan peremajaan bertahap – melupakan semua yang mereka ketahui – mereka akan berakhir sebagai binar di mata orang tua mereka. Itulah waktu yang digambarkan dalam novel karya penulis fiksi ilmiah Philip K Dick, tetapi, yang mengejutkan, arah waktu juga merupakan masalah yang sedang dihadapi para kosmolog.

Sementara kita menganggap bahwa waktu memiliki arah tertentu, fisikawan tidak: sebagian besar hukum alam bersifat "dapat dibalikkan waktunya" yang berarti hukum-hukum tersebut akan berfungsi dengan baik jika waktu didefinisikan sebagai sesuatu yang berjalan mundur. Jadi mengapa waktu selalu bergerak maju? Dan apakah akan selalu demikian?

Apakah waktu memiliki awal?

Konsep universal tentang waktu pada akhirnya harus didasarkan pada evolusi kosmos itu sendiri. Ketika Anda melihat ke alam semesta, Anda melihat peristiwa-peristiwa yang terjadi di masa lalu – dibutuhkan waktu cahaya untuk mencapai kita. Bahkan, pengamatan yang paling sederhana pun dapat membantu kita memahami waktu kosmologis: misalnya fakta bahwa langit malam itu gelap. Jika alam semesta memiliki masa lalu yang tak terbatas dan luasnya tak terbatas, langit malam akan sepenuhnya cerah – dipenuhi cahaya dari bintang-bintang yang jumlahnya tak terbatas di kosmos yang selalu ada.

Selama ini, para ilmuwan, termasuk Albert Einstein, menganggap bahwa alam semesta itu statis dan tak terbatas. Sejak saat itu, pengamatan menunjukkan bahwa alam semesta sebenarnya mengembang, dan dengan laju yang semakin cepat. Ini berarti bahwa alam semesta pasti berasal dari keadaan yang lebih padat yang kita sebut Big Bang, yang menyiratkan bahwa waktu memang memiliki awal. Bahkan, jika kita mencari cahaya yang cukup tua, kita bahkan dapat melihat radiasi peninggalan dari Big Bang – latar belakang gelombang mikro kosmik. Menyadari hal ini merupakan langkah pertama dalam menentukan usia alam semesta (lihat di bawah).

Namun ada kendala, teori relativitas khusus Einstein menunjukkan bahwa waktu itu ... relatif: semakin cepat Anda bergerak relatif terhadap saya, semakin lambat waktu akan berlalu bagi Anda relatif terhadap persepsi saya tentang waktu. Jadi di alam semesta kita yang terdiri dari galaksi-galaksi yang mengembang, bintang-bintang yang berputar, dan planet-planet yang berputar, pengalaman waktu bervariasi: segala sesuatu di masa lalu, sekarang, dan masa depan bersifat relatif.

Jadi apakah ada waktu universal yang bisa kita semua sepakati?

Garis waktu alam semesta. Desain Alex Mittelmann, Coldcreation/wikimedia, CC BY-SA

Ternyata karena rata-rata alam semesta sama di mana-mana, dan rata-rata terlihat sama di setiap arah, maka memang ada "waktu kosmik". Untuk mengukurnya, yang harus kita lakukan adalah mengukur sifat-sifat latar belakang gelombang mikro kosmik. Para kosmolog telah menggunakan ini untuk menentukan usia alam semesta; usia kosmiknya. Ternyata alam semesta berusia 13,799 miliar tahun.

Panah waktu

Jadi kita tahu bahwa waktu kemungkinan besar dimulai selama Big Bang. Namun, masih ada satu pertanyaan yang mengganggu: apa sebenarnya waktu itu ?

Untuk mengurai pertanyaan ini, kita harus melihat sifat dasar ruang dan waktu. Dalam dimensi ruang, Anda dapat bergerak maju dan mundur; para penumpang mengalaminya setiap hari. Namun waktu berbeda, ia memiliki arah, Anda selalu bergerak maju, tidak pernah mundur. Jadi mengapa dimensi waktu tidak dapat diubah? Ini adalah salah satu masalah utama yang belum terpecahkan dalam fisika.

Untuk menjelaskan mengapa waktu itu sendiri tidak dapat diubah, kita perlu menemukan proses-proses di alam yang juga tidak dapat diubah. Salah satu dari sedikit konsep semacam itu dalam fisika (dan kehidupan!) adalah bahwa segala sesuatu cenderung menjadi kurang "rapi" seiring berjalannya waktu. Kita menggambarkan hal ini menggunakan sifat fisika yang disebut entropi yang mengkodekan seberapa teratur sesuatu itu.

Bayangkan sebuah kotak gas yang semua partikelnya awalnya ditempatkan di satu sudut (keadaan teratur). Seiring waktu, partikel-partikel tersebut secara alami akan berusaha mengisi seluruh kotak (keadaan tidak teratur) – dan untuk mengembalikan partikel-partikel tersebut ke keadaan teratur akan membutuhkan energi. Ini tidak dapat diubah kembali. Ini seperti memecahkan telur untuk membuat telur dadar – setelah telur tersebut mengembang dan memenuhi wajan penggorengan, telur tersebut tidak akan pernah kembali berbentuk telur. Hal yang sama berlaku untuk alam semesta: seiring evolusinya, entropi keseluruhan meningkat.

Sayangnya, hal itu tidak akan membersihkan dirinya sendiri. Alex Dinovitser/wikimedia , CC BY-SA

Ternyata entropi adalah cara yang cukup bagus untuk menjelaskan arah waktu. Dan meskipun tampaknya alam semesta menjadi lebih teratur daripada kurang teratur – berubah dari lautan liar gas panas yang tersebar relatif seragam pada tahap awal menjadi bintang, planet, manusia, dan artikel tentang waktu – tetap saja mungkin alam semesta semakin tidak teratur. Itu karena gravitasi yang terkait dengan massa besar mungkin menarik materi ke dalam keadaan yang tampaknya teratur – dengan peningkatan ketidakteraturan yang kita pikir pasti terjadi entah bagaimana tersembunyi di medan gravitasi. Jadi ketidakteraturan bisa meningkat meskipun kita tidak melihatnya.

Namun mengingat kecenderungan alam untuk lebih menyukai ketidakteraturan, mengapa alam semesta berawal dalam keadaan yang teratur seperti itu? Hal ini masih dianggap misteri. Beberapa peneliti berpendapat bahwa Big Bang mungkin bukan awal mulanya, mungkin sebenarnya ada "alam semesta paralel" di mana waktu berjalan ke arah yang berbeda.

Akankah waktu berakhir?

Waktu memiliki awal, tetapi apakah akan ada akhir atau tidak, tergantung pada sifat energi gelap yang menyebabkannya mengembang dengan kecepatan yang semakin cepat. Kecepatan ekspansi ini pada akhirnya dapat menghancurkan alam semesta, memaksanya berakhir dalam Big Rip; atau energi gelap dapat membusuk, membalikkan Big Bang dan mengakhiri Alam Semesta dalam Big Crunch; atau Alam Semesta dapat mengembang selamanya.

Namun, apakah salah satu dari skenario masa depan ini akan mengakhiri waktu? Nah, menurut aturan aneh mekanika kuantum, partikel acak kecil dapat muncul sesaat dari ruang hampa – sesuatu yang selalu terlihat dalam eksperimen fisika partikel. Beberapa orang berpendapat bahwa energi gelap dapat menyebabkan "fluktuasi kuantum" seperti itu yang memunculkan Big Bang baru, mengakhiri garis waktu kita dan memulai yang baru. Meskipun ini sangat spekulatif dan sangat tidak mungkin, yang kita tahu adalah bahwa hanya ketika kita memahami energi gelap, kita akan mengetahui nasib alam semesta.

Jadi, apa hasil yang paling mungkin? Hanya waktu yang dapat menjawabnya.