Aksi Seram Lebih Cepat dari Cahaya: Einstein, Mekanika Kuantum, dan Kenyataan yang Tidak Lokal

Pada tahun 1935, Albert Einstein mengajukan sebuah eksperimen pikiran yang pada masanya dianggap keliru, bahkan dipandang sebagai bukti bahwa ia telah kehilangan ketajaman intelektualnya. Eksperimen ini menunjukkan sesuatu yang sangat mengganggu: mekanika kuantum tampaknya melanggar salah satu prinsip paling sakral dalam fisika, yaitu bahwa tidak ada pengaruh yang dapat bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya.

Banyak fisikawan saat itu menganggap Einstein salah. Mereka mengira, di usia 56 tahun, ia hanyalah seorang ilmuwan tua yang tidak mampu menerima teori baru yang terlalu radikal. Namun, tiga puluh tahun kemudian, ketika eksperimen tersebut akhirnya bisa diuji secara nyata, hasilnya mengejutkan dunia. Einstein ternyata benar: alam semesta memang mengandung pengaruh yang tampak bergerak lebih cepat dari cahaya.

Seperti yang kemudian diakui oleh fisikawan:

“We are obliged to invoke something like actions going faster than light from one place to another.”

Artikel ini membahas salah satu eksperimen paling misterius dan paling sering disalahpahami dalam sejarah fisika—eksperimen yang tidak hanya mengubah pemahaman kita tentang realitas, tetapi juga membuka kemungkinan bahwa kita hidup dalam banyak dunia sekaligus.

Dari Gravitasi Newton ke Relativitas Einstein: Masalah Aksi Jarak Jauh

Untuk memahami mengapa temuan ini begitu mengganggu, kita perlu kembali ke persoalan lama dalam fisika: gravitasi.

Menurut teori Newton, gravitasi bekerja secara instan. Jika Matahari tiba-tiba menghilang, Bumi akan langsung terlepas dan melayang ke angkasa. Namun Newton sendiri tidak nyaman dengan gagasan ini. Ia pernah menulis:

“Bahwa satu benda dapat memengaruhi benda lain dari kejauhan tanpa perantara apa pun adalah absurditas yang begitu besar sehingga tak seorang pun dengan akal sehat seharusnya mempercayainya.”

Masalah ini menjadi lebih serius ketika Einstein, pada tahun 1905, menemukan bahwa waktu tidak absolut. Dua pengamat yang bergerak dengan kecepatan berbeda dapat tidak sepakat mengenai urutan peristiwa.

Bayangkan satu pengamat melihat Matahari menghilang dan Bumi terlepas secara bersamaan. Pengamat lain, yang bergerak cepat, bisa melihat Bumi terlepas sebelum Matahari menghilang. Ini menyebabkan paradoks sebab-akibat: bagaimana mungkin Bumi terlepas sementara Matahari masih ada dan menariknya?

Satu-satunya jalan keluar adalah menolak asumsi awal bahwa gravitasi bekerja secara instan.

Relativitas Umum: Gravitasi yang Lokal

Einstein membutuhkan sepuluh tahun untuk menyelesaikan masalah ini. Hasilnya adalah relativitas umum, teori yang merevolusi pemahaman kita tentang gravitasi.

Dalam relativitas umum:

• Gravitasi bukan gaya instan

• Gravitasi adalah kelengkungan ruang-waktu

• Perubahan gravitasi menyebar sebagai gelombang ruang-waktu dengan kecepatan cahaya

Jika Matahari menghilang, efek gravitasinya baru akan sampai ke Bumi sekitar 8 menit kemudian. Semua pengamat, meskipun berbeda kerangka acuan, akan sepakat bahwa Matahari menghilang terlebih dahulu.

Inilah alasan fundamental mengapa tidak ada informasi atau pengaruh yang boleh bergerak lebih cepat dari cahaya. Prinsip ini menjaga konsistensi sebab-akibat di seluruh alam semesta.

Setelah Einstein “memperbaiki” gravitasi, seluruh fisika klasik menjadi lokal dan taat pada batas kecepatan cahaya.

Namun masalah besar justru muncul dari teori baru yang sedang berkembang saat itu: mekanika kuantum.

Masalah Mekanika Kuantum dan Keruntuhan Fungsi Gelombang

Pada Konferensi Solvay tahun 1927, para pendiri mekanika kuantum berkumpul. Sekitar 60% dari mereka kelak memenangkan Nobel. Einstein hadir, namun ia yakin ada sesuatu yang sangat salah.

Ia mengajukan eksperimen pikiran sederhana: sebuah elektron ditembakkan melalui celah sempit menuju layar detektor melingkar. Mekanika kuantum mengatakan bahwa elektron memiliki fungsi gelombang yang menyebar ke seluruh ruang. Ketika terdeteksi, elektron muncul di satu titik.

Masalahnya: mengapa elektron tidak muncul lagi di titik lain sesaat kemudian?

Jawabannya menurut mekanika kuantum adalah bahwa fungsi gelombang runtuh secara instan ke nol di seluruh ruang begitu elektron terdeteksi.

Einstein menyadari implikasinya:

Pengukuran di satu tempat harus langsung memengaruhi fungsi gelombang di tempat lain, sejauh apa pun jaraknya.

Ini berarti mekanika kuantum tidak lokal.

Einstein menutup presentasinya dengan menyebut ini sebagai:

“mekanisme aksi jarak jauh yang sepenuhnya aneh”
dan bertentangan dengan relativitas.

Bohr dan Interpretasi Kopenhagen

Niels Bohr, tokoh sentral mekanika kuantum, tidak melihat ini sebagai masalah. Menurutnya, fungsi gelombang mencakup segala sesuatu yang bisa dan perlu diketahui tentang sistem.

Bohr terkenal dengan pernyataannya:

“Adalah keliru mengira tugas fisika adalah mengetahui bagaimana alam bekerja. Tugas fisika hanyalah memprediksi hasil pengukuran.”

Pertanyaan tentang apa yang dilakukan elektron ketika tidak diukur dianggap tidak bermakna.

Einstein membenci pandangan ini. Ia menyebutnya sebagai “agama penenang”. Bagi Einstein, teori fisika harus menggambarkan realitas, bukan sekadar hasil eksperimen.

EPR dan Keterikatan Kuantum (Entanglement)

Pada tahun 1935, Einstein bersama Boris Podolsky dan Nathan Rosen menerbitkan makalah terkenal yang kini disebut makalah EPR.

Mereka memperkenalkan konsep yang kini dikenal sebagai entanglement: dua partikel yang lahir bersama dan memiliki sifat yang saling bergantung, bahkan ketika dipisahkan oleh jarak yang sangat jauh.

Ketika satu partikel diukur, keadaan partikel lainnya langsung ditentukan. Tidak peduli seberapa jauh jaraknya.

Masalahnya: bagaimana informasi ini sampai? Jika tidak ada pengaruh lebih cepat dari cahaya, maka keadaan partikel harus sudah ditentukan sebelumnya.

Inilah yang disebut hidden variables—variabel tersembunyi lokal yang sudah ditetapkan sejak awal.

Einstein yakin ini membuktikan bahwa mekanika kuantum tidak lengkap.

Bell’s Theorem: Ujian Penentu

Selama puluhan tahun, perdebatan ini dianggap filosofis. Hingga John Bell, pada 1964, menemukan sesuatu yang menentukan.

Bell menunjukkan bahwa:

• Jika alam semesta bersifat lokal

• Maka satu-satunya cara menjelaskan eksperimen EPR adalah dengan hidden variables lokal

• Namun teori ini membuat prediksi yang berbeda dari mekanika kuantum

Eksperimen Bell akhirnya dilakukan, terutama oleh Alain Aspect pada 1980-an. Hasilnya jelas:

Alam semesta mengikuti prediksi mekanika kuantum, bukan teori lokal.

Kesimpulan Bell:

“Kita terpaksa menerima sesuatu seperti aksi yang bergerak lebih cepat dari cahaya.”

Ini tidak berarti kita bisa mengirim pesan lebih cepat dari cahaya—hasilnya selalu acak. Namun korelasi itu nyata dan instan.

Paradoks yang Jinak dan Jalan Keluar yang Lebih Aneh

Non-lokalitas kuantum tidak menyebabkan paradoks waktu seperti dalam relativitas, karena tidak bisa digunakan untuk komunikasi. Namun ketegangan antara kuantum dan relativitas tetap ada.

Salah satu jalan keluar adalah Interpretasi Banyak Dunia (Many Worlds Interpretation).

Dalam pandangan ini:

• Tidak ada keruntuhan fungsi gelombang

• Semua kemungkinan terjadi

• Alam semesta bercabang

• Setiap hasil pengukuran terjadi di dunia yang berbeda

Dengan demikian, tidak ada komunikasi superluminal. Semua hasil sudah ada. Kita hanya berada di satu cabang.

Interpretasi ini mengembalikan lokalitas, tetapi dengan harga yang sangat mahal: tak terhitung banyaknya dunia paralel.

Einstein Tidak Salah

Bell’s theorem tidak membuktikan bahwa Einstein “kalah”. Justru sebaliknya: ia membuktikan bahwa kekhawatiran Einstein sangat beralasan.

Einsteinlah yang pertama kali:

• Menyadari keterikatan kuantum

• Menunjukkan non-lokalitas

• Menolak untuk “diam dan menghitung”

Jika suatu hari kita berhasil menyatukan relativitas dan mekanika kuantum, mungkin jawabannya akan lebih dekat pada mimpi Einstein daripada pada kenyamanan Interpretasi Kopenhagen.

Dan mungkin, kenyataan memang jauh lebih aneh daripada yang pernah kita bayangkan.

Oleh : Veritasium