Misteri ini dikenal dengan nama masalah alat penyiram Feynman. Dia bertanya apa yang terjadi jika alat penyiram bekerja mundur, menarik air ke dalamnya, bukan memaksanya keluar. Dengan membuat dan menguji alat penyiram dalam berbagai bentuk, tim matematikawan kini telah menghasilkan jawaban eksperimental yang jelas. Hasil penelitian ini juga memberikan pandangan yang lebih luas tentang bagaimana fluida bergerak mendorong, memelintir, dan memutar struktur fisik.

“Pekerjaan ini memberikan jawaban eksperimental terhadap masalah alat penyiram Feynman dengan menunjukkan, untuk beberapa jenis alat penyiram, bagaimana momentum sudut aliran air menentukan rotasi alat penyiram,” kata Leif Ristroph, profesor di Sekolah Matematika, Komputasi, dan Ilmu Data Courant Institute di Universitas New York dan penulis senior makalah tersebut, yang muncul di jurnal tersebut. Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.

Mengapa masalah sprinkler itu penting

Para peneliti mengatakan temuan ini berguna lebih dari sekadar memecahkan teka-teki ilmiah yang terkenal. Memahami bagaimana objek merespons cairan bergerak dapat membantu para insinyur meningkatkan mesin yang menangkap atau mengubah energi dari cairan bergerak.

“Hasil kami memberikan wawasan tentang bagaimana komponen merespons aliran fluida – pengetahuan yang dapat memandu kemajuan teknis dan teknologi di masa depan untuk perangkat, seperti turbin, yang mengubah aliran ini menjadi energi,” kata Brennan Taburkan, asisten profesor di Colorado School of Mines dan salah satu penulis makalah ini.

Tim tersebut mulai mempelajari masalah alat penyiram Feynman dalam sebuah karya yang diterbitkan pada tahun 2024. Masalah ini menjadi dikenal luas pada tahun 1980-an setelah fisikawan Richard Feynman menggambarkan upayanya yang gagal untuk mempelajarinya secara eksperimental.

Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa sprinkler terbalik berputar sekitar 50 kali lebih lambat dibandingkan sprinkler biasa, meskipun keduanya bergantung pada mekanisme fisik yang berkaitan erat.

Alat penyiram konvensional berperilaku seperti roket yang berputar. Air menyembur dari lengan, menghasilkan gaya yang memutar perangkat. Alat penyiram terbalik bekerja lebih seperti “roket terbalik” karena pancaran air bergerak ke dalam dan memasuki ruang tengah tempat kedua lengan terhubung.

Di dalam ruangan ini, dua jet yang masuk bertabrakan. Namun, keduanya tidak bertabrakan secara sempurna. Ketidaksejajaran kecil ini menciptakan gaya yang menyebabkan sprinkler berputar ke arah berlawanan.

Ristroph, Sprinkle dan rekan-rekannya menggambarkan penjelasan ini sebagai teori aliran momentum, yang berfokus pada bagaimana pusaran air membawa momentumnya melalui alat penyiram.

Menguji Alat Penyiram dengan Twist dan Loop

Eksperimen tahun 2024 hanya berfokus pada alat penyiram standar dengan lengan berbentuk S. Hal ini membuka kemungkinan bahwa alat penyiram dengan bentuk yang lebih kompleks, termasuk tabung melengkung dan melingkar yang ditemukan pada alat penyiram konyol, mungkin berperilaku berbeda.

Penelitian sebelumnya juga tidak sepenuhnya mengesampingkan penjelasan utama lainnya mengenai pergerakan sprinkler.

Untuk penelitian baru ini, tim membuat koleksi alat penyiram konyol dengan kontur berbeda. Setiap perangkat diuji dalam dua konfigurasi. Dalam mode maju, air disemprotkan ke luar seperti yang dilakukan dengan alat penyiram rumput biasa. Dalam mode terbalik, air dialirkan ke dalam alat penyiram.

Bentuknya yang tidak biasa memungkinkan peneliti memeriksa beberapa fitur sekaligus. Mereka mencatat bagaimana alat penyiram berputar, mengamati air yang masuk dan keluar dari alat tersebut, dan mengukur torsi atau gaya puntir yang dihasilkan ketika alat penyiram dicegah untuk berputar.

Teori fisika yang bersaing diuji

Para ilmuwan membandingkan teori aliran momentum mereka dengan dua penjelasan lain yang diajukan selama bertahun-tahun.

Yang pertama berasal dari tahun 1880-an dan diperkenalkan oleh fisikawan Ernst Mach. Hal ini menunjukkan bahwa fluida berputar dalam satu arah sedangkan sprinkler berputar dalam arah yang berlawanan. Namun, penjelasan Mach tidak dapat menjelaskan rotasi terbalik dan torsi yang diukur selama eksperimen baru.

Teori kedua, yang dikaitkan dengan Feynman dan peneliti selanjutnya, berfokus pada air yang mengalir di dekat ujung luar lengan alat penyiram. Pengujian baru menunjukkan bahwa baik bagian luar lengan maupun air yang mengalir di sekitarnya tidak mempengaruhi pergerakan atau torsi alat penyiram.

Hasilnya cukup kuat mendukung teori aliran momentum. Para peneliti memperluas teorinya dan menemukan bahwa teori tersebut secara akurat menggambarkan operasi maju dan mundur untuk setiap bentuk sprinkler yang diuji.

Eksperimen tersebut juga mengungkapkan bahwa mengubah bentuk lengan dapat memodifikasi dan mengendalikan pancaran air. Kemampuan ini mungkin berguna ketika merancang perangkat praktis berbasis cairan.

“Dengan menunjukkan bahwa aliran momentum adalah jawaban terhadap masalah sprinkler Feynman, hasil kami mengatasi masalah terbuka yang sudah lama ada dalam fisika aliran dan memberikan wawasan yang berguna tentang cara kerja perangkat ini dan efektivitasnya,” Ristroph menyimpulkan.

Penulis makalah lainnya adalah mahasiswa pascasarjana NYU Jesse Smith dan Mingxuan Zuo, serta mahasiswa sarjana NYU Will Kuhlke.

Pekerjaan ini didukung oleh hibah dari National Science Foundation (DMS-2407787 dan DMS-2407788).

Kota New York dilanda hujan lebat dan badai petir pada hari Sabtu, memicu peringatan banjir bandang dan gangguan yang meluas di lima wilayah.

New York memerangi banjir bandang di lima wilayah

Hujan deras mulai terjadi pada pagi hari, memicu peringatan darurat dan menyebabkan banjir besar di jalan-jalan dan sebagian kota. Para pengemudi terdampar di Clearview Expressway di Queens setelah air banjir naik dengan cepat, dan para pejabat terlihat menyelamatkan orang-orang dari kendaraan, beberapa di antaranya terendam hingga ke jendela.

Walikota Zohran Mamdani berkata: “Badai petir hebat melanda Kota New York dan sebagian besar kota ini berada dalam peringatan banjir. Jangan pertaruhkan keselamatan Anda dalam kondisi berbahaya ini.”

Jalan Tol Long Island juga terkena dampak banjir di 188th Street di Queens, menghalangi jalur di kedua arah. Jalan Tol Brooklyn-Queens ditutup sementara karena pihak berwenang merespons kondisi yang memburuk.

Layanan Cuaca Nasional telah memperingatkan risiko hujan lebat dan banjir bandang di Kota New York dan sekitarnya ketika wilayah tersebut menghadapi hujan lebat dan badai petir berulang kali.

Cuaca buruk juga mengganggu perjalanan udara. Administrasi Penerbangan Federal memerintahkan persinggahan di bandara LaGuardia, Bandara Internasional John F Kennedy, dan Newark hingga setidaknya pukul 17.00. akibat badai petir sehingga menyebabkan keterlambatan penumpang.

Hujan es sebesar kacang polong juga diperkirakan terjadi di beberapa bagian kota. Peringatan cuaca khusus dikeluarkan untuk semua wilayah kecuali Bronx pada pukul 11:25 saat badai melanda wilayah tersebut.

Banjir meluas ke jaringan transportasi umum kota, dengan video menunjukkan air memasuki beberapa stasiun metro. Menurut laporan, curah hujan sekitar 2,5 inci turun di beberapa bagian kota, sementara hujan lebat diperkirakan akan terjadi sepanjang sisa hari itu.

Layanan Cuaca Nasional mengeluarkan peringatan banjir yang mencakup Kota New York dan daerah sekitarnya dari Sabtu pagi hingga Sabtu malam, memperingatkan bahwa hujan lebat dapat menyebabkan banjir bandang yang terisolasi dan tersebar.

Pihak berwenang mendesak warga untuk berhati-hati saat terjadi badai, terutama di jalan yang banjir, karena kondisi cuaca terus mempengaruhi perjalanan melintasi kota.

Artileri Israel membunuh seorang wanita Palestina dan melukai beberapa lainnya setelah menembaki sebuah kelompok di lingkungan Zeitoun di Gaza, Al Jazeera melaporkan, mengutip sumber ambulans dan layanan darurat.

Insiden ini terpisah dari serangan sebelumnya di Zeitoun, yang menewaskan empat warga Palestina dan seorang lainnya terluka parah.

Sumber di rumah sakit Gaza mengatakan, serangan Israel di beberapa wilayah Jalur Gaza telah menewaskan 24 warga Palestina sejak kemarin.

Sejak fajar, serangan Israel di Kota Gaza telah menewaskan 10 warga Palestina, termasuk tiga anak-anak.

Selama beberapa dekade, konsep terraforming Mars hanya ada di dunia fiksi ilmiah. Meskipun gagasan untuk mengubah planet yang dingin dan berdebu menjadi dunia kehidupan menginspirasi banyak generasi, sebagian besar ilmuwan menganggapnya jauh di luar jangkauan teknologi kita. Ringkasan baru dari lokakarya tersebut, bagaimanapun, berpendapat bahwa kemajuan baru-baru ini berarti bahwa terraforming sekarang harus diperlakukan sebagai bidang penelitian ilmiah yang sah, bahkan jika upaya nyata masih jauh di masa depan.

Erika DeBenedictis, CEO Pioneer Labs, menulis ringkasan yang disiapkan untuk lokakarya Green Mars tahun 2025. Dia mengatakan bahwa meskipun terraforming Mars tidak mungkin dilakukan beberapa dekade lalu, kemajuan teknologi besar telah mengubah penilaian tersebut. Potensi pengurangan biaya peluncuran Starship SpaceX secara dramatis, seiring dengan kemajuan dalam biologi sintetik dan pemodelan iklim, telah mengubah perdebatan. Daripada mempertanyakan apakah terraforming melanggar hukum fisika, para peneliti mengatakan pertanyaan yang lebih penting adalah apakah umat manusia harus melakukan hal tersebut dan seperti apa jalur teraman yang akan diambil.

Peta jalan untuk terraforming Mars

Alih-alih memulai dengan teknologi terkini, ringkasan lokakarya dimulai dengan membayangkan seperti apa Mars yang bisa dihuni, lalu melihat ke belakang untuk mengidentifikasi langkah-langkah yang diperlukan untuk mencapainya.

Langkah pertama adalah mengenai pemanasan global. Para peneliti berencana untuk meningkatkan suhu rata-rata Mars beberapa puluh derajat selama beberapa dekade dengan menggunakan aerosol buatan atau gas rumah kaca. Studi menunjukkan bahwa Mars mengandung cukup air beku untuk menghasilkan lautan seluas hampir empat juta kilometer persegi dengan kedalaman rata-rata sekitar 300 meter. Peningkatan suhu sekitar 30 derajat Celcius dapat mulai mencairkan cadangan es tersebut, sehingga air cair yang stabil dapat muncul di permukaan.

Mikroba yang dimodifikasi dapat memainkan peran kunci

Ketika kondisi sudah tidak terlalu bersahabat, langkah selanjutnya adalah memperkenalkan kehidupan mikroba.

Para peneliti mengusulkan untuk menciptakan ekstremofil, mikroba yang secara alami dapat bertahan hidup di lingkungan yang keras, dengan menggabungkan karakteristik seperti ketahanan terhadap suhu ekstrem, radiasi, dan tekanan atmosfer rendah. Organisme yang direkayasa secara khusus ini berpotensi menyebar ke seluruh Mars dalam lapisan mirip alga dalam beberapa dekade. Melalui fotosintesis, mereka akan memulai proses yang sangat lambat dalam mengubah atmosfer planet.

Ciptakan suasana yang bisa bernapas

Menciptakan atmosfer kaya oksigen yang mampu mendukung kehidupan kompleks akan memakan waktu berabad-abad, dan mungkin lebih lama lagi.

Para peneliti berencana untuk memulai di dalam habitat besar berbentuk kubah dengan ketinggian sekitar 100 meter. Di lingkungan tertutup ini, oksigen yang dapat bernapas dapat dihasilkan melalui fotosintesis atau elektrolisis air. Seiring waktu, vegetasi yang melampaui kubah secara bertahap dapat menambah oksigen ke atmosfer yang lebih luas, meskipun tim memperkirakan bahwa produksi oksigen alami saja memerlukan waktu sekitar seribu tahun. Jika berhasil, penjelajah masa depan pada akhirnya bisa hidup di Mars tanpa bergantung pada kubah pelindung.

Masih banyak hal yang belum diketahui secara ilmiah

Proposal ini juga menyoroti pertanyaan-pertanyaan mendasar yang harus dijawab sebelum upaya skala besar dapat dipertimbangkan.

Para ilmuwan masih belum mengetahui apa yang ada di bawah lapisan es Mars yang luas. Mereka juga perlu memahami lebih baik bagaimana badai debu dapat berkembang jika bumi menjadi lebih panas dan basah. Pertanyaan penting lainnya adalah apakah Mars memiliki cukup bahan yang dibutuhkan untuk elektrolisis air skala besar atau apakah sumber daya tersebut harus diangkut dari Bumi dengan biaya yang sangat besar.

Pertanyaan Etis Tentang Pergeseran Mars

Hambatan ilmiah hanyalah sebagian dari tantangan. Terraforming Mars juga akan menimbulkan pertanyaan etika yang mendalam.

Transformasi besar apa pun yang terjadi di planet ini dapat menghapus sebagian sejarah alamnya secara permanen, sehingga membatasi peluang masa depan untuk mempelajari Mars dalam keadaan aslinya. Jika kehidupan asli Mars memang ada, bahkan sebagai organisme mikroskopis, memasukkan kehidupan ke Bumi dapat menghancurkannya sebelum hal tersebut dapat dipahami sepenuhnya.

Pada saat yang sama, para peneliti mengatakan studi tentang terraforming dapat menghasilkan manfaat penting bagi lingkungan sekitar. Teknologi yang dikembangkan untuk menopang kehidupan di Mars, termasuk tanaman yang tahan kekeringan dan sistem pendukung kehidupan tertutup yang efisien, dapat meningkatkan keberlanjutan di Bumi. Kemajuan teknologi ramah lingkungan yang dirancang untuk eksplorasi ruang angkasa juga dapat diterapkan di planet kita sendiri.

Sebagai orang yang tidak terlalu menyukai ruang tertutup, saya menganggap perubahan cara berpikir ini sangat menarik. Ringkasan lokakarya tidak mengusulkan bahwa umat manusia akan mulai melakukan terraforming di Mars besok. Sebaliknya, hal ini memerlukan penelitian laboratorium yang cermat, pemodelan iklim yang lebih canggih, dan mungkin eksperimen skala kecil pada misi Mars di masa depan untuk mengeksplorasi teknik pemanasan lokal.

Sebelum kita mencoba membentuk kembali seluruh planet, pertama-tama kita harus memahami Mars secara lebih mendalam, serta konsekuensi ilmiah, lingkungan, dan etika dari perubahan tersebut. Percakapan secara bertahap beralih dari pertanyaan “bisakah kita?” » dan menuju pertanyaan “haruskah kita melakukannya, dan jika ya, bagaimana caranya?” » Ini mungkin merupakan kemajuan paling signifikan sejauh ini.