Bayangkan pergi ke tempat terdalam dan paling kosong di alam semesta, dan mencapai ruang hampa total yang sempurna. Apakah Anda akan dikelilingi oleh kekosongan? Jawaban atas pertanyaan itu jauh lebih halus dari yang mungkin Anda sadari.
Perjalanan modern menuju ruang hampa dimulai pada abad ke-17, dengan eksperimen mencolok yang dirancang oleh Otto von Guericke, walikota kota Magdeburg di Kekaisaran Romawi Suci. Sebagai bagian dari aksi politik untuk menunjukkan bahwa kotanya telah pulih setelah kehancuran akibat Perang 30 Tahun, von Guericke mengadakan demonstrasi di hadapan kaisar dan tokoh-tokoh lainnya untuk memamerkan pompa vakum yang baru ditemukannya. Dengan menempatkan dua belahan bumi bersama-sama dan memompa keluar seluruh udara, Otto menunjukkan bahwa bahkan satu tim kuda pun tidak dapat memisahkan belahan bumi.
Bertentangan dengan pemikiran ribuan tahun di Eropa yang mengikuti argumen Aristoteles bahwa “alam membenci ruang hampa”, von Guericke menunjukkan bahwa ruang hampa itu mungkin terjadi.
Dalam beberapa dekade setelah demonstrasi von Guericke, para filsuf dan ilmuwan bertanya-tanya apakah ruang angkasa yang luas dipenuhi dengan sejenis materi yang dikenal sebagai eter, yang akan memiliki dua tujuan: Pertama, ia akan tetap mencegah terbentuknya ruang hampa yang sebenarnya, dan kedua. , itu akan berfungsi sebagai media perambatan gelombang cahaya.
Terkait: Inilah bagaimana alam semesta bisa berakhir dalam ‘peluruhan vakum palsu’‘
Namun, pada akhir tahun 1800-an, dua fisikawan di Cleveland, Albert Michelson dan Edward Morley, merancang eksperimen cerdas untuk mengukur perubahan kecepatan cahaya saat Bumi bergerak melalui eter. Tidak ada perubahan yang terdeteksi — dan segera, Einstein akan menunjukkan bahwa kecepatan cahaya selalu konstan — sehingga para ilmuwan akhirnya beralih dari konsep eter, sehingga memungkinkan adanya kemungkinan adanya ruang hampa yang sebenarnya.
Tetap saja, bahkan jauh dari itu Bumiada banyak benda yang melayang: partikel bermuatan bergerak kesana kemari, hidrogen mengembara atom, serpihan bulu dan debu mengurus urusan mereka sendiri. Meskipun kepadatan ruang antarbintang miliaran kali lebih rendah daripada ruang vakum buatan manusia yang paling kosong sekalipun, ruang tersebut tidak 100% kosong.
Untuk mencapai tempat paling kosong di alam semesta, Anda harus melakukan perjalanan ke kekosongan kosmik, wilayah kehampaan yang luas yang mendominasi volume kosmos. Di kedalaman lubang terbesar, Anda dapat berdiri ratusan juta tahun cahaya dari yang terdekat galaksi. Inti dari rongga tersebut sangat kosong bahkan tidak ada materi gelap — bentuk materi misterius dan tak kasat mata yang menyusun sebagian besar galaksi — bahkan tidak ada.
Tapi tetap saja, ruangnya tidak benar-benar kosong. Meliputi seluruh kosmos adalah partikel ringan dan netral yang disebut neutrino serta radiasi yang tersisa dari masa-masa awal alam semesta. Radiasi ini, dikenal sebagai latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB), bertanggung jawab atas lebih dari 99,99% seluruh radiasi di alam semesta, dan mustahil untuk lepas darinya. Jadi, bahkan dalam kehampaan yang paling gelap sekalipun, Anda tidak sepenuhnya kesepian.
Jadi katakanlah Anda membangun sebuah kotak raksasa yang cukup tebal untuk menghalangi neutrino dan CMB, sehingga Anda sendirian di dalamnya. (Secara teknis, dinding kotak akan memancarkan fotonnya sendiri, tapi mari kita kesampingkan hal itu untuk eksperimen pemikiran ini.) Apakah Anda akan sendirian?
Fisika kuantum memberikan jawaban yang mengejutkan: Tidak. Fisikawan telah menemukan bahwa medan kuantum menyerap seluruh ruang dan waktu, dan medan kuantum ini memunculkan partikel-partikel kehidupan sehari-hari. Namun jika dibiarkan, medan kuantum memiliki energi intrinsik, yang dikenal sebagai energi vakum. Energi ini ada dimana-mana di seluruh alam semesta. Meskipun Anda tidak memiliki partikel apa pun di sekitar Anda, Anda masih memiliki energi untuk menjadi satu-satunya pendamping Anda.
Jadi bagaimana jika Anda membuat alat untuk meniadakan energi vakum (yang secara teknis tidak mungkin, tapi mari kita lanjutkan eksperimen pemikiran)? Akankah Anda akhirnya benar-benar sendirian di alam semesta, dikelilingi oleh cita-cita sempurna tentang ketiadaan yang mencakup segalanya?
Jawabannya adalah… tergantung. Anda akan tetap menjadi objek di luar angkasa, dan sebagian orang memandang ruang itu sendiri ada. Kita suka menganggap ruang hanya sebagai abstraksi matematis, cara kita mengukur lokasi dan luasnya. Namun konsep ruang mulai mengambil karakter yang lebih konkrit melalui karya René Descartes, seorang jenius abad ke-17 yang menemukan landasan matematika untuk mendeskripsikan ruang. Jika Anda pernah menuliskan sumbu x dan y dari grid Cartesian, Anda harus berterima kasih kepada Descartes.
Isaac Newton mengangkat konsep ruang sebagai latar mutlak bagi gerak benda dan alam hukum fisika yang mengatur perilaku mereka. Singkatnya, inilah fisika modern: Benda-benda bergerak dan berinteraksi satu sama lain dengan latar belakang ruang, yang diasumsikan ada.
Cerita terkait:
—Ruang kehampaan yang sangat besar mungkin sedang menghempaskan alam semesta
—Dengarkan kekosongan: Mengapa ketiadaan kosmis punya banyak hal untuk dikatakan
—Apakah ada sesuatu di luar alam semesta?
Einstein mengambil satu langkah lebih jauh dengan ini Relativitas umum, di mana ruang dipromosikan dari panggung latar belakang menjadi aktor yang dibintanginya — suatu entitas dinamis dan fleksibel yang merespons kehadiran materi dan mengarahkan pergerakan materi tersebut. Ruang itu sendiri, dan khususnya dinamikanya, yang memunculkan kekuatan gravitasi.
Jadi, apakah ruang hanyalah sebuah abstraksi matematis, sebuah alat yang kita gunakan untuk menggambarkan hubungan antara benda-benda fisik, ataukah sesuatu yang lebih dari itu? Inilah pemikiran yang menarik: Bagaimana dengan gelombang gravitasi? Gelombang gravitasi tidak memerlukan kehadiran materi atau energi untuk bergerak; mereka hanya ada sebagai undulasi dalam ruang-waktu itu sendiri. Jadi jika ruang angkasa hanyalah sebuah alat matematika, lalu bagaimana gelombang bisa ada dengan sendirinya?
Tidak ada jawaban pasti terhadap pertanyaan apakah ketiadaan yang sejati bisa ada. Bisa jadi konsep ruang hanyalah tipuan matematis dan tidak ada dengan sendirinya. Atau bisa jadi ke mana pun Anda pergi, Anda selalu berada di suatu tempat di luar angkasa, sehingga Anda akan selalu dikelilingi oleh sesuatu.
