KarawangMu – Fisikawan Giovanni Barontini dari University of Birmingham menciptakan “alam semesta mini” untuk menyelidiki sifat dasar waktu. Eksperimen ini muncul karena dasar matematika fisika Newtonian, mekanika kuantum, relativitas, hingga persamaan Wheeler-DeWitt menunjukkan waktu tidak memiliki arah bawaan.
Waktu bahkan mungkin menghilang pada tingkat terdalam alam semesta. Hukum kedua termodinamika justru menawarkan penjelasan berbeda lewat konsep ‘panah’ waktu.
Alam Semesta diyakini dimulai dalam keadaan teratur, mungkin sebagai titik yang sangat padat. Kondisi itu kemudian semakin menjadi tidak teratur seiring waktu berjalan.
“Studi ini memberikan bukti eksperimental terkontrol pertama bahwa ‘waktu’ dapat didefinisikan oleh perubahan dalam suatu sistem daripada sebagai ‘jam berdetik’ eksternal yang kita anggap sebagai waktu,” jelas Barontini.
Eksperimen ini dibangun dari sekitar 24.000 atom rubidium. Atom-atom itu didinginkan hingga sepersejuta derajat di atas nol mutlak.
Proses pendinginan ekstrem ini membentuk ‘bubur’ atom yang disebut kondensat Bose-Einstein. Materi ini dikenal sebagai keadaan materi kelima.
Kondisi ini terjadi ketika partikel didinginkan hingga mendekati nol mutlak. Atom-atom kehilangan individualitasnya dan mulai berperilaku seperti ‘super-partikel’ tunggal yang terpadu.
Barontini kemudian mengurung zat asing ini dalam perangkap optik dipol. Perangkap ini membagi atom menjadi dua sektor menggunakan penghalang dari persilangan dua sinar laser berfrekuensi berbeda.
Susunan ini menghasilkan sektor ‘terang’ yang diamati dan sektor ‘gelap’ yang tetap tidak teramati. Barontini membandingkan kedua sektor ini dengan materi gelap dan energi gelap di alam semesta nyata.
Pergerakan atom kemudian menjadi semacam jam, namun berdasarkan aksi entropi. Bukan berdasarkan jarum jam konvensional seperti yang biasa dipahami manusia.
“Dalam percobaan, bagian sistem yang diamati bertukar atom dan entropi dengan bagian yang tidak diamati. Dari pertukaran entropi ini, kita mendefinisikan waktu internal, ‘entropik’,” ujar Barontini.
Mekanisme waktu ini bekerja dengan pola yang konsisten. Entropi yang bertukar menentukan apakah waktu internal itu berjalan atau diam.
“Waktu ini meningkat ketika entropi dipertukarkan, dan berhenti ketika pertukaran entropi berhenti,” imbuhnya.
Osilasi atom melintasi penghalang terjadi secara ritmis. Pola ini menyerupai siklus berulang dari Big Bang yang memperluas alam semesta, diikuti Big Crunch yang menghancurkan kosmos.
Fenomena ini mirip dengan hipotesis bahwa kita hidup di alam semesta yang terus berputar tanpa henti. Akibatnya, waktu secara alami muncul dari rangkaian peristiwa karena aliran entropi memiliki arah tertentu.
Urutan berbasis entropi ini juga disebut tidak berjalan mundur. Arah ini menjadi kunci dari keseluruhan konsep waktu dalam eksperimen tersebut.
“Secara sederhana, dapat dikatakan: alam semesta mini tidak memerlukan parameter eksternal untuk mengatur peristiwa; aliran entropi internalnya sendiri menunjukkan peristiwa mana yang akan terjadi selanjutnya,” kata Barontini.
Penelitian ini menawarkan wawasan baru tentang sifat waktu dalam gravitasi kuantum. Pendekatan entropik ini disebut dapat menggambarkan dinamika semesta sama efektifnya dengan konsep waktu konvensional.
Hasil penelitian ini telah diterbitkan di jurnal Physical Review Research.
