Hanya sedikit konsep dalam fisika yang familiar atau membingungkan seperti waktu itu sendiri. Teori relativitas Einstein menunjukkan bahwa waktu tidak bersifat tetap dan tidak universal. Sebaliknya, ia berubah berdasarkan kecepatan dan gravitasi. Namun, ketika para ilmuwan menggabungkan relativitas dan mekanika kuantum, gambarannya menjadi lebih aneh. Teori kuantum menyatakan bahwa waktu itu sendiri dapat berada dalam superposisi, yang berarti ia dapat mengalir lebih cepat dan lebih lambat secara bersamaan.
Sebuah penelitian yang baru diterbitkan menunjukkan bahwa para peneliti mungkin akan segera dapat menguji ide aneh ini di laboratorium. Artikel berjudul “Tanda tangan kuantum waktu yang tepat dalam jam ion optik” muncul pada tanggal 20 April 2026 di Surat Pemeriksaan Fisik. Penelitian ini dipimpin oleh Asisten Profesor Igor Pikovsky dari Stevens Institute of Technology, bekerja sama dengan tim eksperimental yang dipimpin oleh Christian Sanner dari Colorado State University dan Dietrich Leibfried dari National Institute of Standards and Technology (NIST).
Jam atom dan waktu kuantum
Para peneliti mengeksplorasi bagaimana jam atom canggih dapat mengungkap efek kuantum tersembunyi yang terkait dengan perjalanan waktu. Bergantung pada temuan mereka, teknologi yang sama yang dikembangkan untuk jam kuantum dan komputer generasi berikutnya juga dapat memungkinkan para ilmuwan menentukan apakah waktu itu sendiri berperilaku sesuai dengan aturan kuantum.
Dalam mekanika kuantum, suatu benda dapat berada dalam beberapa keadaan secara bersamaan. Konsep ini terkenal diilustrasikan oleh kucing Schrödinger, sebuah eksperimen pemikiran di mana seekor kucing dianggap hidup dan mati secara bersamaan sampai ia diamati. Para peneliti berpendapat bahwa sesuatu yang aneh ini bisa terjadi seiring berjalannya waktu. Sebuah jam yang pergerakannya mengikuti aturan kuantum dapat mengalami beberapa aliran waktu pada saat yang bersamaan, hampir seperti seekor kucing yang menjadi muda dan tua secara bersamaan.
“Waktu memainkan peran yang sangat berbeda dalam teori kuantum dan relativitas,” kata Pikovsky. “Apa yang kami tunjukkan adalah bahwa menyatukan kedua konsep ini dapat mengungkap tanda kuantum tersembunyi dari aliran waktu yang tidak lagi dapat dijelaskan oleh fisika klasik.”
Paradoks kembar kuantum
Relativitas telah memperkirakan bahwa waktu mengalir secara berbeda bergantung pada pergerakan dan lokasi. Setiap jam mengukur aliran waktunya sendiri. Misalnya, sebuah jam yang bergerak dengan kecepatan 10 m/s selama 57 juta tahun akan tertinggal sekitar satu detik dari jam yang tidak bergerak. Para ilmuwan telah mengkonfirmasi efek tersebut dengan menggunakan perangkat yang sangat presisi seperti jam ion aluminium NIST.
Fenomena ini sering dijelaskan dengan “paradoks kembar”, di mana salah satu kembaran melakukan perjalanan dengan kecepatan tinggi dan kembali lebih muda dari kembaran yang tertinggal. Studi baru ini membawa gagasan ini lebih jauh ke dalam dunia kuantum.
Para peneliti bertanya-tanya apakah sebuah jam dapat secara bersamaan mengalami dua kecepatan waktu yang berbeda saat berada dalam superposisi kuantum. Menurut teori kuantum, hal ini seharusnya mungkin terjadi. Pikovsky dan kolaboratornya pertama kali mengajukan ide ini lebih dari satu dekade lalu, namun efeknya terlalu halus untuk diamati secara eksperimental pada saat itu. Kemajuan teknologi jam atom kini bisa membawa perubahan besar.
Jam ion sangat dingin dan fluktuasi kuantum
Tim fokus pada jam ion seperti yang dikembangkan di NIST dan Colorado State University. Perangkat ini menjebak ion-ion tunggal seperti aluminium atau ytterbium, mendinginkannya hingga suhu mendekati nol mutlak, dan mengontrol keadaan kuantumnya menggunakan laser.
Analisis mereka menunjukkan bahwa menggabungkan jam yang sangat presisi dengan teknik komputasi kuantum ion yang terperangkap dapat memungkinkan pengamatan sifat kuantum waktu yang sebelumnya tersembunyi.
“Jam atom sekarang sangat sensitif sehingga mereka dapat mendeteksi perbedaan waktu yang sangat kecil yang hanya disebabkan oleh getaran termal pada suhu yang sangat kecil,” kata Gabriel Sorci, mahasiswa doktoral di Stevens Institute of Technology dan salah satu penulis makalah tersebut. “Tetapi bahkan pada suhu nol mutlak, pada kondisi dasar, laju tick hanya akan dipengaruhi oleh fluktuasi kuantum saja.”
Para peneliti kemudian mengeksplorasi kemungkinan yang lebih tidak biasa. Daripada sekedar mendinginkan atom, mereka mengusulkan untuk memanipulasi ruang hampa itu sendiri dengan menciptakan “keadaan terjepit”, yaitu keadaan kuantum di mana posisi dan kecepatan berperilaku tidak biasa.
Jam yang berjalan lebih cepat dan lebih lambat pada saat bersamaan
Dalam kondisi ini, tim menemukan bahwa efek kuantum baru yang melibatkan waktu dapat muncul. Sebuah jam secara efektif dapat berjalan lebih cepat dan lebih lambat sambil terjerat dalam gerakan kuantumnya sendiri.
Para peneliti sekarang berharap untuk menunjukkan efek ini secara eksperimental.
“Kami memiliki teknologi untuk menghasilkan kompresi yang diperlukan dan jalur untuk mencapai presisi jam yang diperlukan dalam jam ion untuk mengamati efek tersebut untuk pertama kalinya,” kata Sanner dari Colorado State.
Bagi Pikovsky, implikasi yang lebih luas juga sama menariknya. Karyanya sebelumnya menunjukkan bahwa teknologi kuantum berpotensi mendeteksi graviton tunggal, partikel hipotetis yang dianggap membawa gravitasi.
“Fisika masih penuh dengan misteri pada tingkat yang paling mendasar. Teknologi kuantum kini menawarkan kita alat baru untuk menjelaskannya.”
