Lubang cacing sering kali dibayangkan sebagai terowongan menembus ruang atau waktu – jalan pintas menembus alam semesta. Namun gambaran ini didasarkan pada kesalahpahaman terhadap karya fisikawan Albert Einstein dan Nathan Rosen.
Pada tahun 1935, saat mempelajari perilaku partikel di daerah dengan gravitasi ekstrem, Einstein dan Rosen memperkenalkan apa yang mereka sebut “jembatan”: hubungan matematis antara dua salinan ruang-waktu yang simetris sempurna. Itu tidak dirancang sebagai jalur perjalanan, tetapi sebagai cara untuk menjaga koherensi antara gravitasi dan fisika kuantum. Baru kemudian jembatan Einstein-Rosen diasosiasikan dengan lubang cacing, meski tidak ada kaitannya dengan gagasan awal.
Namun dalam penelitian baru, saya dan rekan-rekan menunjukkan bahwa jembatan Einstein-Rosen yang asli menunjukkan sesuatu yang jauh lebih aneh – dan lebih mendasar – daripada lubang cacing.
Teka-teki yang dipecahkan Einstein dan Rosen bukanlah tentang perjalanan luar angkasa, melainkan tentang perilaku medan kuantum dalam ruang-waktu yang melengkung. Ditafsirkan seperti ini, jembatan Einstein-Rosen bertindak seperti cermin dalam ruang-waktu: hubungan antara dua panah waktu mikroskopis.
Mekanika kuantum mengatur alam pada skala terkecil, seperti partikel, sedangkan teori relativitas umum Einstein berlaku untuk gravitasi dan ruang-waktu. Mendamaikan keduanya tetap menjadi salah satu tantangan terpenting dalam fisika. Dan yang menarik adalah penafsiran ulang kami dapat menawarkan jalan menuju tujuan tersebut.
Warisan yang disalahpahami
Penafsiran “lubang cacing” muncul beberapa dekade setelah karya Einstein dan Rosen, ketika fisikawan berspekulasi tentang perpindahan dari satu sisi ruang-waktu ke sisi lainnya, terutama pada akhir tahun 1980-an.
Namun analisis yang sama juga menunjukkan betapa spekulatif gagasan tersebut: dalam relativitas umum, perjalanan semacam itu dilarang. Jembatan itu terjepit lebih cepat daripada kecepatan cahaya yang bisa melewatinya, sehingga mustahil untuk dilintasi. Oleh karena itu, jembatan Einstein-Rosen tidak stabil dan tidak dapat diamati – struktur matematika, bukan portal.
Namun demikian, metafora lubang cacing telah berkembang dalam budaya populer dan teori fisika spekulatif. Gagasan bahwa lubang hitam dapat menghubungkan wilayah yang jauh di kosmos – atau bahkan bertindak sebagai mesin waktu – telah menginspirasi banyak artikel, buku, dan film.
Namun tidak ada bukti observasi mengenai keberadaan lubang cacing makroskopis, dan tidak ada alasan teoretis yang kuat untuk memperkirakan keberadaan lubang cacing tersebut dalam teori Einstein. Meskipun perluasan spekulatif fisika – seperti bentuk materi eksotik atau modifikasi relativitas umum – telah diusulkan untuk mendukung struktur tersebut, namun hal tersebut masih belum teruji dan masih bersifat dugaan.
Dua panah waktu
Karya terbaru kami meninjau kembali teka-teki jembatan Einstein-Rosen menggunakan interpretasi waktu kuantum modern, berdasarkan ide yang dikembangkan oleh Sravan Kumar dan João Marto.
Sebagian besar hukum dasar fisika tidak membedakan masa lalu dan masa depan, atau antara kiri dan kanan. Jika waktu dan ruang dibalik dalam persamaannya, hukum tetap berlaku. Menganggap kesimetrian ini dengan serius akan menghasilkan penafsiran berbeda terhadap jembatan Einstein-Rosen.
Daripada terowongan menembus ruang angkasa, ini dapat dipahami sebagai dua komponen keadaan kuantum yang saling melengkapi. Dalam satu hal, waktu berlalu; di sisi lain, ia mengalir mundur dari posisinya yang dipantulkan oleh cermin.
Simetri ini bukanlah preferensi filosofis. Setelah ketidakterbatasan dikesampingkan, evolusi kuantum harus tetap lengkap dan dapat dibalik pada tingkat mikroskopis – bahkan dengan adanya gravitasi.
“Jembatan” mengungkapkan fakta bahwa kedua komponen temporal diperlukan untuk menggambarkan sistem fisik yang lengkap. Dalam situasi biasa, fisikawan mengabaikan komponen waktu terbalik dengan memilih satu panah waktu.
Namun di dekat lubang hitam, atau di alam semesta yang mengembang dan menyusut, kedua arah harus disertakan untuk mendapatkan deskripsi kuantum yang koheren. Di sinilah jembatan Einstein-Rosen muncul secara alami.
Memecahkan paradoks informasi
Pada tingkat mikroskopis, jembatan ini memungkinkan informasi melintasi apa yang kita anggap sebagai cakrawala peristiwa – sebuah titik yang tidak bisa kembali lagi. Informasi tidak hilang; ia terus berkembang, namun berlawanan arah dan mencerminkan arah waktu.
Kerangka kerja ini memberikan resolusi alami terhadap paradoks informasi lubang hitam yang terkenal. Pada tahun 1974, Stephen Hawking menunjukkan bahwa lubang hitam memancarkan panas dan pada akhirnya dapat menguap, sehingga menghapus semua informasi tentang apa yang jatuh ke dalamnya – bertentangan dengan prinsip kuantum bahwa evolusi harus menyimpan informasi.
Paradoks ini hanya muncul jika kita bersikeras untuk mendeskripsikan cakrawala menggunakan panah waktu satu sisi yang diekstrapolasi hingga tak terhingga – sebuah asumsi yang tidak diperlukan oleh mekanika kuantum itu sendiri.
Jika deskripsi kuantum lengkap mencakup kedua arah temporal, tidak ada yang hilang. Informasi tersebut meninggalkan arah temporal kita dan muncul kembali dalam arah sebaliknya. Kelengkapan dan kausalitas dipertahankan, tanpa memunculkan fisika baru yang eksotis.
Ide-ide ini sulit dipahami karena kita adalah makhluk makroskopis yang hanya mengetahui satu arah waktu. Dalam skala sehari-hari, ketidakteraturan – atau entropi – cenderung meningkat. Negara yang sangat tertata secara alami akan berkembang menjadi negara yang tidak teratur, tidak pernah sebaliknya. Ini memberi kita panah waktu.
Namun mekanika kuantum memungkinkan perilaku yang lebih halus. Menariknya, bukti mengenai struktur tersembunyi ini mungkin sudah ada. Latar belakang gelombang mikro kosmik – sisa-sisa Big Bang – menunjukkan sedikit asimetri namun terus-menerus: preferensi terhadap orientasi spasial relatif terhadap bayangan cerminnya.
Anomali ini telah menarik minat para kosmolog selama dua dekade. Model standar menetapkan probabilitas yang sangat rendah, kecuali komponen cermin kuantum disertakan.
Gema dari alam semesta sebelumnya?
Gambaran ini secara alami terhubung dengan kemungkinan yang lebih dalam. Apa yang kita sebut dengan “Big Bang” mungkin bukanlah suatu permulaan yang mutlak, namun sebuah kebangkitan kembali (rebound) – sebuah transisi kuantum antara dua fase evolusi kosmik yang membalikkan waktu.
Dalam skenario seperti itu, lubang hitam dapat berfungsi sebagai jembatan tidak hanya antara arah waktu, tetapi juga antara zaman kosmologis yang berbeda. Alam semesta kita bisa jadi merupakan bagian dalam lubang hitam yang terbentuk di kosmos induk lainnya. Ini bisa saja terbentuk ketika wilayah ruang-waktu yang tertutup runtuh, memantul kembali, dan mulai mengembang seperti alam semesta yang kita amati saat ini.
Jika gambaran ini benar, observasi juga menawarkan cara untuk mengambil keputusan. Peninggalan dari fase pra-pentalan, seperti lubang hitam yang lebih kecil, dapat bertahan dalam transisi dan muncul kembali di alam semesta kita yang terus berkembang. Beberapa materi tak kasat mata yang kita anggap sebagai materi gelap mungkin sebenarnya terdiri dari peninggalan tersebut.
Dalam pandangan ini, Big Bang berevolusi dari kondisi kontraksi sebelumnya. Lubang cacing tidak diperlukan: jembatan bersifat temporal, bukan spasial – dan Big Bang menjadi pintu gerbang, bukan permulaan.
Penafsiran ulang Jembatan Einstein-Rosen ini tidak menawarkan jalan pintas melintasi galaksi, tidak ada perjalanan waktu, dan tidak ada lubang cacing atau hyperspace fiksi ilmiah. Apa yang dia tawarkan jauh lebih dalam. Ia menawarkan gambaran gravitasi kuantum yang koheren di mana ruang-waktu mewujudkan keseimbangan antara arah waktu yang berlawanan – dan di mana alam semesta kita mungkin memiliki sejarah sebelum Big Bang.
Hal ini tidak menjungkirbalikkan relativitas atau fisika kuantum Einstein – namun justru melengkapi keduanya. Revolusi fisika berikutnya mungkin tidak membawa kita lebih cepat dari kecepatan cahaya, namun revolusi ini dapat mengungkap bahwa waktu, jauh di dunia mikroskopis dan di alam semesta yang memantul, mengalir ke dua arah.
