Pohon Transendengagasan perbatasan tentang energi, ruang-waktu, dan pikiran

Dasar nyata

• Efek Casimir: Pada 1948 Casimir meramalkan bahwa dua pelat logam tak bermuatan yang diletakkan sangat dekat dalam ruang hampa akan saling tarik, karena fluktuasi kuantum yang muat di antara pelat lebih sedikit daripada di luarnya. Pada 1997 Lamoreaux mengukur gaya itu dengan neraca puntir, dalam kisaran 5% dari teori. Kerapatan energi di antara pelat lebih rendah daripada vakum kosong, satu-satunya “kerapatan energi negatif” yang pernah dikonfirmasi dalam percobaan.

• Fusi helium-3: Sebagian besar energi yang dilepas fusi deuterium–helium-3 dibawa partikel bermuatan, yang bisa diubah langsung menjadi listrik, dengan radiasi neutron jauh lebih sedikit. Harganya adalah suhu beberapa kali lebih tinggi daripada yang dibutuhkan fusi deuterium–tritium. Tanah Bulan menyimpan helium-3 yang ditanam oleh angin Matahari, hanya beberapa bagian per miliar.

• Ramjet Bussard: Pada 1960 Bussard mengusulkan mengumpulkan hidrogen antarbintang sebagai bahan bakar dengan corong magnet raksasa: makin cepat terbang, makin banyak yang terkumpul. Perhitungan belakangan menemukan bahwa hambatan magnetik pada plasma antarbintang sering lebih besar daripada dorongan yang diberikan fusi, sehingga cara kerjanya lebih mirip parasut rem. Ternyata itu cara yang bagus untuk mengerem kapal bintang.

• Mesin bintang: Pada 1987 Shkadov membayangkan sebuah cermin lengkung raksasa diletakkan di satu sisi bintang, memantulkan separuh cahayanya kembali. Ketidakseimbangan tekanan radiasi akan membuat bintang membawa seluruh sistem planetnya. Untuk bintang mirip Matahari, kecepatan setelah 1 juta tahun sekitar 20 m/s, setelah 1 miliar tahun sekitar 20 km/s, dengan total perpindahan sekitar 34.000 tahun cahaya.

• Daya semburan lubang hitam: Pada 1977 Blandford dan Znajek menghitung bahwa garis medan magnet yang menembus lubang hitam berputar dapat mengekstrak energi rotasinya, menggerakkan semburan yang melesat dengan kecepatan hampir sama dengan cahaya. Ini diyakini menjadi sumber tenaga semburan kuasar; pusat galaksi M87 memiliki semburan semacam itu sepanjang sekitar 5.000 tahun cahaya.

• Kugelblitz: Secara teori, memusatkan cukup banyak cahaya ke satu titik akan menciptakan lubang hitam secara langsung. Namun perhitungan 2024 menunjukkan bahwa sebelum cahaya itu cukup kuat, ia “menendang” pasangan elektron–positron keluar dari vakum dan membawa energinya pergi (efek Schwinger). Efek kuantum menghalangi jalan ini.

• Mesin lubang hitam: Pada 2009 Crane dan Westmoreland menghitung bahwa lubang hitam buatan sekitar 600.000 ton dengan jari-jari di bawah 1 attometer dapat menghasilkan sekitar 1,6×10¹⁷ W lewat radiasi Hawking, dengan umur sekitar 3,5 tahun, dan dalam kasus ideal mempercepat kapal hingga 10% kecepatan cahaya dalam 20 hari. Bagian tersulitnya adalah membuatnya: mereka membayangkan laser sinar gama raksasa, tetapi simpul sebelumnya menunjukkan jalan itu buntu, jadi dibutuhkan cara lain untuk memampatkan materi.

• Era terdegenerasi: Pada 1997 Adams dan Laughlin membagi masa depan alam semesta menjadi beberapa era: setelah sekitar 10¹⁴ tahun, katai merah terakhir padam, hanya menyisakan katai putih, bintang neutron, dan lubang hitam. Sesudah itu, energi hanya bisa berasal dari anihilasi materi gelap, tumbukan sisa-sisa bintang, dan mungkin peluruhan proton.

• Pabrik kosmik: Pada 1987 Farhi dan Guth meneliti apakah alam semesta baru bisa dibuat di laboratorium. Relativitas umum mengizinkan gumpalan kecil vakum palsu memuai menjadi “alam semesta bayi” yang terputus secara kausal dari kita, tetapi dalam fisika klasik titik awalnya harus berupa singularitas. Pada 1990 mereka bersama Guven mengusulkan bahwa penerowongan kuantum mungkin bisa menghindarinya.

• Penerbangan relativistik: Makin dekat ke kecepatan cahaya, makin lambat waktu berjalan di dalam kapal: pada 0,99 c, satu tahun berlalu di kapal dan sekitar 7 tahun di luar. Pada 1971 Hafele dan Keating menerbangkan jam atom mengelilingi dunia dengan pesawat penumpang dan mengukur selisih waktu yang sesuai dengan ramalan relativitas.

• Komunikasi neutrino: Neutrino menembus hampir apa saja; bahkan seluruh Bumi tidak bisa menghentikannya. Pada 2012 Fermilab mengirim kata “neutrino” menembus 240 m batuan memakai berkas neutrino, dengan laju sekitar 0,1 bit per detik. Mengirim butuh akselerator partikel; menerima butuh detektor seberat ratusan ton.

• Siaran gelombang gravitasi: Gelombang gravitasi nyaris tak diserap materi. Tetapi memancarkan gelombang yang bisa dideteksi membutuhkan massa astronomis: sinyal pertama yang diterima LIGO pada 2015 berasal dari penggabungan dua lubang hitam sekitar 30 massa Matahari, yang melepaskan energi sekitar 3 massa Matahari dalam kira-kira 0,2 detik.

• Pemetaan cakrawala: Alam semesta memuai dengan laju yang meningkat, sehingga cahaya yang dipancarkan hari ini oleh galaksi di luar cakrawala peristiwa tidak akan pernah sampai kepada kita. Sekitar 94% galaksi di alam semesta teramati sudah berada di luar cakrawala, dan setiap tahun sekitar 160 miliar bintang lagi melewati garis itu. Kalau ingin bicara dengan peradaban jauh, makin cepat makin baik.

• Lubang cacing yang dapat dilalui: Pada 1988 Morris dan Thorne menunjukkan bahwa relativitas umum mengizinkan lubang cacing yang bisa dilalui manusia, asalkan lehernya ditahan terbuka oleh “materi eksotis” berenergi negatif. Semuanya bermula ketika Sagan meminta bantuan Thorne untuk novelnya Contact. Pada 1996 ketaksamaan kuantum Ford dan Roman menambahkan bahwa energi negatif hanya bisa ada dalam lapisan yang sangat tipis atau selama saat yang sangat singkat.

• Gelembung warp sublumina: Solusi warp lebih cepat dari cahaya Alcubierre tahun 1994 membutuhkan energi negatif; perhitungan 2009 juga menemukan bahwa dinding depan gelembung terus menumpuk radiasi Hawking dan akhirnya menghancurkan dirinya sendiri. Pada 2021 Bobrick dan Martire menunjukkan bahwa gelembung warp yang hanya memakai energi positif mungkin ada, tetapi hanya bisa lebih lambat dari cahaya. Mesin warp bisa ada; lebih cepat dari cahaya tidak.

• Memindahkan mulut lubang cacing: Kedua mulut lubang cacing mulanya berdekatan, dan salah satunya harus dibawa ke tujuan oleh kapal yang melaju di bawah kecepatan cahaya. Jadi lubang cacing tidak bisa menjangkau tempat yang belum pernah dikunjungi wahana mana pun, apalagi melampaui cakrawala kosmologis. Begitu sebuah mulut terpasang di tempatnya, perjalanan di antara kedua ujungnya seketika.

• Mesin waktu lubang cacing: Pada 1988 Morris, Thorne, dan Yurtsever menunjukkan bahwa jika satu mulut lubang cacing melakukan perjalanan pulang-pergi berkecepatan tinggi, dilatasi waktu menciptakan selisih waktu di antara kedua mulut, dan melewatinya membawamu ke masa lalu. Pada 1992 Hawking mengusulkan “konjektur perlindungan kronologi”: pada saat mesin waktu terbentuk, fluktuasi vakum diperkuat tanpa batas dan menghancurkannya.

• Pesan ke masa lalu: Jika mesin waktu ada, kamu bisa mengirim pesan ke masa lalu. Pada 1991 Deutsch menunjukkan bahwa dalam versi mekanika kuantum dari kurva mirip-waktu tertutup, paradoks kakek tidak terjadi dan hasilnya otomatis menyatu ke keadaan yang konsisten. Yang paling aneh dari yang tersisa adalah paradoks bootstrap: pesan tanpa penulis, yang hanya berputar dalam lingkaran waktu.

• Pesan ke awal: Kirim pesan ke sebelum detik pertama alam semesta ini. Menurut syarat konsistensi Deutsch, pesan itu hanya bisa berupa pesan yang sudah diterima.

• Melewati lubang cacing: Mulut lubang cacing sudah dibawa ke wahana terjauh, dan leher lubangnya hampir terbuka. Sagan menulis adegan serupa dalam Contact, tetapi lubang cacing sungguhan hanya bisa menyambung ke tempat yang pernah didatangi kapalmu.

• Konektom seluruh otak: Pada 2024 konsorsium FlyWire menerbitkan konektom seluruh otak lalat buah dewasa: hampir 140.000 neuron dan lebih dari 50 juta sinaps. Otak manusia memiliki sekitar 86 miliar neuron, lebih dari 600.000 kali lipat.

• Antarmuka otak–otak: Pada 2019 BrainNet dari Universitas Washington membuat tiga orang bekerja sama dalam gim mirip Tetris hanya dengan sinyal otak: dua orang mengirim “putar” atau “jangan putar” lewat EEG, dan yang ketiga menerimanya sebagai kilatan cahaya yang dihasilkan stimulasi magnetik pada korteks visual. Rata-rata tingkat keberhasilannya 81%.

• Percepatan pikiran: Pikiran yang diunggah bisa berjalan jauh lebih cepat daripada otak biologis, tetapi harganya alam semesta terasa lebih besar: bagi pikiran yang sejuta kali lebih cepat, pesan yang mengelilingi Bumi sekali (sekitar 0,13 detik) memakan satu setengah hari waktu subjektif. Dari sini Sandberg menyimpulkan pada 1999 bahwa pikiran super akan terperangkap oleh kecepatan cahaya dalam wilayah yang sangat kecil.

• Pikiran terdistribusi: Seekor gurita memiliki sekitar 500 juta neuron, dua pertiganya di delapan lengannya, dan lengan yang terputus masih bisa membuat gerakan menggenggam sebagai tanggapan terhadap rangsangan. Pikiran tidak harus terkonsentrasi di satu otak.

• Keabadian digital: Setelah pikiran utuh disalin, yang mana dirimu, yang asli atau salinannya? Filsuf Parfit menekankan hal ini lewat “teleporter”: jika sebuah mesin memindaimu, membangun dirimu yang identik di Mars dan menghancurkan yang asli, apakah kamu bepergian ke Mars, atau mati?

• Kesadaran kolektif: Ketika koloni lebah madu berkelompok, lebah pengintai “memilih” calon lokasi sarang dengan tarian goyang, dan begitu cukup banyak yang sepakat, keputusan diambil tanpa komando pusat. Antarmuka otak ke otak pada manusia baru saja dimulai.

• Otak Jupiter: Pada 1999 Sandberg memperkirakan batas komputer seukuran planet: ukurannya dibatasi oleh pembuangan panas dan tundaan kecepatan cahaya. Jika otaknya terlalu besar, bagian kiri harus menunggu lama untuk mengetahui apa yang dipikirkan bagian kanan.

• Pikiran planet: Hipotesis Gaia Lovelock memandang kehidupan dan lingkungan Bumi sebagai satu kesatuan yang mengatur diri. Pada 2015 para ilmuwan menemukan bahwa biofilm Bacillus subtilis mengoordinasikan pertumbuhan seluruh koloni dengan gelombang ion kalium, “menembak” seperti neuron.

• Pikiran kosmik: Hubungkan pikiran banyak planet. Pada kecepatan cahaya, satu pikiran yang membentang di seluruh galaksi butuh 100.000 tahun untuk melintasinya, jadi ia akan menjadi pikiran paling lambat sekaligus paling besar di alam semesta.

• Pindah ke perangkat: Prinsip Landauer: pada suhu ruang, menghapus 1 bit informasi melepaskan panas sedikitnya sekitar 3×10⁻²¹ J. Secara teori, energi dalam satu baterai ponsel bisa menggerakkan pemikiran dalam jumlah yang tak terbayangkan; chip sungguhan masih sangat jauh dari batas ini.

• Koreksi galat kuantum: Qubit sangat rentan galat. Pada 2024 chip Willow Google untuk pertama kalinya menunjukkan bahwa menyandikan lebih banyak qubit fisik menjadi satu qubit logis membuat laju galat turun, melewati ambang koreksi galat kuantum.

• Bahasa kosmik: Pada 1960 matematikawan Freudenthal merancang Lincos (bahasa kosmik), yang mengajar dari nol hanya dengan matematika dan logika. Pesan Arecibo 1974 panjangnya 1.679 bit, tepat hasil kali bilangan prima 23 dan 73, mengisyaratkan kepada penerima untuk menyusunnya sebagai gambar 73 baris kali 23 kolom.

• Pencarian teknosignatur: Selain radio, kamu bisa mencari panas buangan sebuah peradaban. Survei Ĝ 2015 tidak menemukan peradaban Tipe III di antara 100.000 galaksi; Proyek Hephaistos 2024 menyaring sekitar 5 juta sumber hingga tersisa 7 katai merah yang mencurigakan, dan studi lanjutan menyimpulkan bahwa itu mungkin galaksi jauh di latar belakang yang tersembunyi oleh debu.

• Pengiriman pesan aktif: Pesan Arecibo 1974 dan “Cosmic Call” 1999 dan 2003 semuanya sengaja mengirim pesan ke bintang-bintang. Apakah kita sebaiknya melakukannya sudah lama diperdebatkan; pada 2010 Hawking memperingatkan bahwa siapa pun yang menjawab kita mungkin tidak bersahabat.

• Batas Bekenstein: Jumlah informasi yang dapat dimuat suatu wilayah ada batas atasnya, dan sebanding dengan luas permukaannya, bukan volumenya. Bekenstein menyampaikan batas ini pada 1981, dan kemudian berkembang menjadi prinsip holografik. Menurut batas ini, bola berjari-jari 1 m dapat memuat paling banyak sekitar 10⁷⁰ bit.

• Komputer lubang hitam: Pada 2000 Lloyd menghitung “laptop pamungkas”: 1 kg materi dapat melakukan paling banyak sekitar 5×10⁵⁰ operasi per detik; dipadatkan menjadi lubang hitam, ia mencapai batas penyimpanan dan kecepatan sekaligus.

• Simulasi alam semesta: Pada 2003 Bostrom mengajukan argumen simulasi: jika peradaban bisa dan mau mensimulasikan makhluk berkesadaran, maka sebagian besar makhluk berkesadaran hidup di dalam simulasi. Pada 2012 fisikawan mengusulkan uji: jika alam semesta dihitung pada sebuah kisi, arah datang sinar kosmik berenergi tertinggi akan menunjukkan jejak kisi itu.

• Teleskop Sang Pengamat: Eksperimen foton 2019 menguji “teman Wigner”: dua pengamat bisa mencapai catatan yang bertentangan tentang peristiwa kuantum yang sama. Pengamat mungkin bukan penonton yang objektif.

• Rekursi: Peradaban di dalam simulasi juga bisa menjalankan simulasi. Bostrom mencatat bahwa simulasi bisa bersarang berlapis-lapis, dengan daya komputasi yang dipotong di setiap lapis.

• Melihat Sang Pengamat: Teleskop itu diarahkan bukan ke satu bintang pun, melainkan ke satu simpangan yang tak bisa dihilangkan dari semua catatan pengamatan.

• Keheningan abadi: Matikan semua stasiun radio, turunkan panas buanganmu ke suhu lingkungan, dan buat bintangmu tampak seperti bintang lain mana pun. Di alam semesta dengan senjata kinetik relativistik, “tidak ditemukan” adalah strategi bertahan hidup yang paling andal: benda 1 ton yang menghantam pada 0,1 c membawa energi setara sekitar 100 juta ton TNT.

• Deteksi langsung materi gelap: Pada 2024 eksperimen LZ, sekitar 1,5 km di bawah tanah di AS, memakai 7 ton xenon cair untuk menunggu partikel materi gelap menumbuk inti atom. Ia tidak melihat sinyal, dan menetapkan batas paling ketat sejauh ini. Materi gelap sejauh ini hanya “terlihat” lewat gravitasi.

• Pencarian peluruhan proton: Teori penyatuan agung meramalkan bahwa proton meluruh. Detektor Super-Kamiokande mengamati 50.000 ton air murni selama lebih dari dua puluh tahun dan tak pernah melihatnya, yang berarti umur proton melebihi 10³⁴ tahun. Hyper-Kamiokande generasi berikutnya akan memakai sekitar 260.000 ton air.

• Kestabilan vakum: Dengan menggabungkan massa boson Higgs sekitar 125 GeV dan massa kuark atas, vakum kita mungkin hanya “metastabil”: ada keadaan berenergi lebih rendah. Perhitungan 2018 memberi perkiraan umurnya sekitar 10¹³⁹ tahun, jauh lebih panjang daripada usia alam semesta.

• Gema materi gelap: Lensa gravitasi bisa “memotret” materi gelap: setelah Gugus Peluru bertumbukan, gas panasnya tertinggal di tengah sementara pusat gravitasinya bergeser ke dua sisi.

• Apakah energi gelap berubah?: Pada 2025 DESI mengukur riwayat pemuaian kosmos memakai lebih dari 14 juta galaksi dan kuasar, dan bersama latar belakang gelombang mikro kosmik dan supernova, mendukung “energi gelap yang melemah seiring waktu” pada 2,8 sampai 4,2 simpangan baku. Jika ia terus melemah hingga menjadi negatif, suatu hari alam semesta akan menyusut kembali.

• Resonansi Hoyle: Pada 1953 Hoyle menyimpulkan bahwa karbon-12 pasti memiliki keadaan tereksitasi pada sekitar 7,65 MeV, atau bintang tidak bisa membuat cukup karbon, dan kita tidak akan ada. Percobaan segera menemukannya. Banyak parameter alam semesta tampak ditetapkan setepat disetel, yang menjadi titik tolak perdebatan “penyetelan halus”.

• Penguapan lubang hitam: Pada 1974 Hawking menunjukkan bahwa lubang hitam memancarkan radiasi dan perlahan menguap. Lubang hitam satu massa Matahari butuh sekitar 10⁶⁷ tahun untuk menguap sepenuhnya, dan lubang hitam supermasif terbesar sekitar 10¹⁰⁰ tahun.

• Rekayasa vakum: Jika kamu bisa mengubah keadaan vakum sepetak kecil ruang, mungkin kamu mendapat seperangkat fisika yang berbeda. Bahayanya: begitu gelembung vakum berenergi lebih rendah terbentuk, ia memuai dengan kecepatan hampir sama dengan cahaya dan menulis ulang semua fisika di dalamnya. Coleman dan De Luccia meneliti peluruhan semacam ini pada 1980.

• Mengawasi proton: Jika proton meluruh, maka pada suatu saat setelah 10³⁴ tahun semua materi biasa di alam semesta akan lenyap, hanya menyisakan foton, elektron, positron, dan neutrino.

• Big Crunch: Jika energi gelap menjadi negatif, pemuaian akan berhenti lalu berbalik. Latar belakang gelombang mikro kosmik akan memanas lagi, galaksi-galaksi bergerak makin dekat, dan pada akhirnya segalanya kembali ke satu titik.

• Memicu vakum: Gelembung vakum baru yang lebih kecil dari atom, memuai dengan kecepatan hampir sama dengan cahaya. Kamu tidak bisa melihatnya sebelum ia tiba.

• Proton terakhir: Pilih berjaga di ujung alam semesta dan lihat proton terakhir meluruh.

• Bicara dengan materi gelap: Satukan semua bukti tentang materi gelap dan dengarkan rangkaian peristiwa berenergi rendah itu.

Riset terkait

Studi-studi ini berkaitan dengan topik ini tetapi bukan bukti langsung untuk halaman ini.

• Alam semesta inflasioner: Guth mengusulkan bahwa alam semesta awal mengalami pengembangan eksponensial, yang sekaligus menjelaskan mengapa ia begitu datar dan suhunya hampir sama di mana-mana.

  Sumber: Guth, Physical Review D 1981, "Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems"

• Pengembangan yang dipercepat: Memakai supernova jauh sebagai “lilin standar”, mereka menemukan pengembangan alam semesta makin cepat. Energi gelap masuk ke dalam gambaran, dan karya ini meraih Hadiah Nobel 2011.

  Sumber: Riess et al., The Astronomical Journal 1998, "Observational evidence from supernovae for an accelerating universe and a cosmological constant"

• 42 supernova: Tim lain secara mandiri sampai pada kesimpulan yang sama: ada energi di alam semesta yang mendorong pengembangan yang dipercepat.

  Sumber: Perlmutter et al., The Astrophysical Journal 1999, "Measurements of Omega and Lambda from 42 high-redshift supernovae"

• Lubang hitam menguap: Efek kuantum membuat lubang hitam memancarkan energi perlahan. Lubang hitam tidak abadi dan akhirnya akan menguap.

  Sumber: Hawking, Nature 1974, "Black hole explosions?"

• Mesin warp: Relativitas umum mengizinkan “gelembung warp” yang memampatkan ruang di depan dan merentangkannya di belakang, tetapi ia membutuhkan energi negatif yang mungkin tak ada di kenyataan.

  Sumber: Alcubierre, Classical and Quantum Gravity 1994, "The warp drive: hyper-fast travel within general relativity"

• Bab terakhir alam semesta: Menghitung nasib alam semesta selama triliunan tahun dan seterusnya: bintang padam, proton mungkin meluruh, dan lubang hitam akhirnya menguap.

  Sumber: Adams & Laughlin, Reviews of Modern Physics 1997, "A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects"