[비즈한국] Hamlet pernah berkata, "Hidup atau mati, itu pertanyaannya." Pertanyaan ini tidak hanya penting dalam literatur Shakespeare saja. Dalam fisika modern pun, muncul pertanyaan serupa. Itulah eksperimen kucing Schrödinger.
Di dalam kotak tertutup, terdapat racun, elemen radioaktif, dan seekor kucing. Jika elemen radioaktif meluruh, racun akan terlepas dan kucing akan mati. Jika elemen tidak meluruh, kucing akan hidup. Masalahnya, peluruhan elemen radioaktif ini ditentukan oleh prinsip ketidakpastian mekanika kuantum. Artinya, sebelum kotak dibuka, kucing tersebut berada dalam keadaan hidup sekaligus mati. Situasi yang tidak masuk akal ini dimungkinkan karena adanya 'superposisi kuantum'.
Sebenarnya, eksperimen pikiran kucing yang terkenal dan tak terpisahkan dari mekanika kuantum ini awalnya dibuat untuk menekankan kontradiksi dalam mekanika kuantum itu sendiri. Schrödinger merancang eksperimen ini dengan niat untuk menjahili para fisikawan muda yang mengusung konsep superposisi yang sulit dipahami di dunia mikroskopis. Ia ingin menunjukkan betapa membingungkannya jika keajaiban dunia mikroskopis diperluas sedikit demi sedikit hingga diterapkan pada entitas makroskopis seperti kucing. Namun, para fisikawan yang mendukung mekanika kuantum tidak menyerah dan akhirnya mengakui keadaan superposisi antara kucing mati dan kucing hidup tersebut.
Jika demikian, apakah superposisi harus dibatasi di dalam kotak berisi kucing saja? Logika yang sama bisa diterapkan pada laboratorium tempat kotak itu berada, seluruh bangunan, bahkan alam semesta secara keseluruhan. Maka lahirlah kisah ajaib yang disebut multisemesta (multiverse). Hipotesis multisemesta sangat menarik. Meskipun konsepnya sangat rumit dan kompleks, ia digunakan secara luas dalam budaya populer, termasuk film fiksi ilmiah.
Sebenarnya, multisemesta adalah hipotesis yang menarik secara matematis, namun dianggap hampir mustahil untuk dibuktikan melalui observasi nyata. Namun, baru-baru ini muncul argumen menarik bahwa komputer kuantum yang dikembangkan oleh Google mungkin dapat membuktikan kemungkinan keberadaan multisemesta. Bisakah keberhasilan komputer kuantum menjadi bukti adanya multisemesta?
Untuk memahami isu yang belakangan menjadi kontroversi ini, kita perlu memahami terlebih dahulu mengapa para astronom dan fisikawan serius meneliti hipotesis multisemesta yang bahkan belum bisa mereka buktikan saat ini. Multisemesta bukan sekadar imajinasi fiksi ilmiah. Alasan fisikawan meneliti multisemesta bukan semata-mata karena rasa ingin tahu tentang kemungkinan adanya alam semesta lain. Hipotesis multisemesta sangat berarti karena membuat kita memandang alam semesta yang luas sebagai entitas mekanika kuantum.
Fisika saat ini terdiri dari dua pilar utama. Satu adalah fisika dunia makroskopis yang diwakili oleh fisika klasik Newton dan Einstein, dan yang lainnya adalah fisika dunia mikroskopis yang dijelaskan oleh mekanika kuantum. Masalahnya adalah kedua fisika ini belum terintegrasi dengan sempurna hingga saat ini. Hipotesis multisemesta bisa menjadi kunci penting untuk menghubungkan keduanya. Hal ini karena multisemesta mencakup konsep bahwa seluruh alam semesta yang luas beroperasi sebagai entitas mekanika kuantum, dan alam semesta baru dapat lahir kapan saja dan di mana saja.
Menurut teori Big Bang, alam semesta pada permulaannya berskala lebih kecil daripada atom, sehingga tunduk pada prinsip ketidakpastian mekanika kuantum. Pada masa ini, ruang dan waktu bekerja dengan cara yang sama sekali berbeda dari sekarang, bahkan hukum fisika pun berada dalam keadaan tidak pasti. Menurut prinsip ketidakpastian, nilai besaran fisik tertentu tidak dapat diketahui secara presisi, dan akibatnya, energi dapat berfluktuasi secara acak bahkan di dalam ruang hampa. Prinsip ini digunakan untuk menjelaskan fenomena 'fluktuasi kuantum', di mana pasangan partikel-antipartikel muncul dan menghilang seketika. Fenomena ini mungkin terjadi pada awal kelahiran alam semesta, yang menunjukkan kemungkinan bahwa alam semesta bermula dari fluktuasi kuantum kecil.
Jika fluktuasi kuantum tersebut memiliki densitas energi yang cukup besar, maka ruang baru yang independen dapat tercipta. Dengan kata lain, ada kemungkinan bahwa seluruh alam semesta kita bermula dari satu fluktuasi kecil di masa awal. Ini juga bisa dikaitkan dengan hipotesis multisemesta. Karena selama prinsip ketidakpastian bekerja, hal itu menunjukkan bahwa kelahiran alam semesta bukanlah peristiwa tunggal, melainkan dapat terjadi secara terus-menerus. Ini berarti selain alam semesta tempat kita tinggal, tak terhitung banyaknya alam semesta yang dapat tercipta pada titik waktu yang berbeda, dan ini merupakan salah satu konsep penting yang mendukung hipotesis multisemesta.
Pada tahun 1950-an, Hugh Everett mengusulkan interpretasi baru yang membawa eksperimen pikiran kucing Schrödinger ke tingkat yang lebih tinggi, yang dikenal sebagai interpretasi banyak dunia (many-worlds interpretation). Faktanya, menurut interpretasi mekanika kuantum klasik, kucing di dalam kotak berada dalam keadaan superposisi, yaitu fungsi gelombang dari kemungkinan mati dan kemungkinan hidup berdampingan. Kemudian, dijelaskan bahwa saat kotak dibuka, semua probabilitas runtuh ke satu sisi dan kita hanya bisa memastikan nasib kucing pada satu keadaan.
Namun, Everett merasa penjelasan ini terasa janggal. Ia mencari interpretasi baru di mana dua probabilitas yang tadinya ada tidak perlu runtuh ke satu sisi. Ia berpendapat jika setiap saat observasi dilakukan, alam semesta tempat kucing hidup dan alam semesta tempat kucing mati terus terpisah, dan kita hanya menyaksikan peristiwa yang terjadi di salah satu alam semesta tersebut, maka tidak perlu menambahkan asumsi bahwa dua probabilitas superposisi dalam alam semesta nyata harus runtuh menjadi satu. Singkatnya, ini adalah interpretasi banyak dunia di mana nasib alam semesta terbagi menjadi berbagai cabang setiap kali observasi dilakukan. Interpretasi banyak dunia memberikan jawaban matematis tentang bagaimana alam semesta bisa terdiri dari multisemesta yang tak terhitung jumlahnya.
Jika kita mengasumsikan bahwa alam semesta tidak hanya satu tetapi tak terhitung jumlahnya, kita bisa memecahkan masalah penyetelan halus (fine-tuning) alam semesta yang tidak bisa dijelaskan dengan rapi secara lebih santai. Dalam fisika, ada pertanyaan mengapa konstanta fisik alam semesta kita disetel sedemikian rupa sehingga memungkinkan kehidupan ada. Salah satu interpretasi untuk ini adalah bahwa alam semesta tempat kita tinggal adalah satu dari tak terhitung banyaknya alam semesta, dan di banyak alam semesta lain, konstanta fisiknya diatur secara berbeda sehingga kehidupan tidak bisa lahir. Logikanya, kita akhirnya menghadapi hasil bahwa kita hanya bisa berada di dalam 'alam semesta yang teramati'.
Oleh karena itu, konsep yang tidak bisa dipisahkan saat mendiskusikan hipotesis multisemesta adalah 'Prinsip Antropik (Anthropic Principle)'. Prinsip Antropik pada dasarnya mengandung logika bahwa kita dapat mengamati alam semesta ini karena alam semesta memang dikonfigurasi sedemikian rupa agar pengamat seperti kita ada. Prinsip Antropik dibagi menjadi dua kategori besar.
Pertama adalah 'Prinsip Antropik Lemah (Weak Anthropic Principle)', yang memberikan penjelasan sederhana bahwa kita bisa ada karena alam semesta kita cocok untuk keberadaan makhluk hidup.
Kedua adalah 'Prinsip Antropik Kuat (Strong Anthropic Principle)', yang menyiratkan klaim yang lebih kuat bahwa alam semesta pada dasarnya memang disesuaikan agar pengamat bisa ada. Ini menunjukkan bahwa alasan mengapa konstanta fisik alam semesta disesuaikan dalam bentuk yang memungkinkan kehidupan bukan sekadar kebetulan, dan hal ini sangat berkaitan erat dengan hipotesis multisemesta.
Baru-baru ini, Google mengumumkan kabar tentang komputer kuantum yang disebut 'Willow', dan mempromosikan bahwa mereka memiliki kemampuan untuk melakukan perhitungan yang seharusnya memakan waktu lebih lama dari usia alam semesta dengan sangat cepat. Bersamaan dengan itu, mereka menyebutkan bahwa komputer kuantum mereka menunjukkan kemungkinan adanya multisemesta, yang memicu pembicaraan hangat.
Komputer kuantum adalah konsep baru yang melampaui metode perhitungan yang hanya menggunakan 1 dan 0, dengan memanfaatkan superposisi kuantum di mana dua keadaan berdampingan. Fisikawan Richard Feynman pertama kali merancangnya, dan kemudian fisikawan Inggris, David Deutsch, merintis tata bahasa komputer kuantum modern. Banyak fisikawan memprediksi bahwa jika komputer kuantum dikomersialkan pada tingkat yang signifikan dalam beberapa tahun ke depan, kemungkinan besar Deutsch akan menjadi peraih Hadiah Nobel Fisika.
Deutsch pernah memberikan analogi menarik saat menjelaskan prinsip komputer kuantum. "Komputer kuantum tidak berbeda dengan terhubung dengan beberapa multisemesta seperti GPU untuk melakukan perhitungan paralel sekaligus." Analogi sinematiknya memberikan kesan seolah-olah komputer kuantum di dunia nyata terhubung dengan alam semesta lain di luar alam semesta kita dan bekerja secara misterius. Namun, ini hanyalah analogi puitis yang keren, dan sulit untuk melihat bahwa pengoperasian komputer kuantum itu sendiri secara harfiah menjadi bukti eksperimental multisemesta. Ini hanya menceritakan bahwa pemahaman kita tentang superposisi dan keterikatan kuantum tidak salah, dan bahwa fenomena mekanika kuantum terjadi seperti yang kita prediksi, bukan berarti benar-benar ada tak terhitung banyaknya alam semesta yang berdampingan di luar alam semesta kita.
Bagi saya sebagai seorang astronom yang memiliki penyakit pekerjaan untuk hanya memercayai apa yang diamati dan telah dilatih demikian, hipotesis multisemesta membangkitkan pesona dan penolakan pada saat yang bersamaan. Terasa seolah-olah pesona dan penolakan tersebut sedang berada dalam keadaan superposisi. Jika melihat sejarah astronomi, umat manusia selalu berjalan dengan cara menunjukkan realitas bahwa kita yang dianggap unik ternyata tidaklah unik. Bumi, Matahari, dan galaksi kita yang dulunya dianggap istimewa hanyalah satu dari tak terhitung banyaknya bintang, planet, dan galaksi. Secara alami, kekhawatiran semacam itu kini tertuju pada seluruh alam semesta kita. Mungkinkah alam semesta kita yang dianggap unik hanyalah satu dari sekian banyak alam semesta? Jika melihat jalan yang telah ditempuh sejarah astronomi selama ini, hal itu tidak tampak mustahil.
Namun di saat yang sama, dari sisi berbicara tentang alam semesta di luar alam semesta yang teramati, ini terasa seperti cerita sia-sia yang mustahil dibuktikan sejak awal. Karena pada akhirnya, agar dapat diterima sebagai kebenaran astronomis, itu harus dikonfirmasi melalui pengamatan nyata.
Sebaliknya, multisemesta menarik dalam arti lain. Alam semesta kita pada mulanya adalah dunia yang lebih kecil dari atom. Jadi, untuk memahami awal alam semesta, kita memerlukan mekanika kuantum, bukan fisika Newton dan Einstein yang mendendangkan dunia makroskopis. Alam semesta yang membengkak besar di antaranya berpura-pura menjadi dunia yang besar dan agung sejak awal, namun sebenarnya permulaannya sangat kecil.
Alam semesta adalah entitas mikroskopis yang berpura-pura menjadi makroskopis. Dalam aspek yang membuat kita memandang alam semesta sebagai entitas makroskopis sekaligus mikroskopis, hipotesis multisemesta sangat menarik. Big Bang adalah peristiwa paling makroskopis yang melahirkan alam semesta yang luas, tetapi di saat yang sama, itu adalah peristiwa paling mikroskopis yang terjadi di tengah gelombang fluktuasi kuantum yang sangat acak.
Saya pribadi tidak menyukai istilah komputer kuantum. Faktanya, komputer kuantum bekerja secara fundamental berbeda dengan komputer klasik yang kita gunakan saat ini. Menyebutnya sebagai komputer kuantum menimbulkan kesalahpahaman seolah-olah itu adalah versi yang lebih canggih dari komputer yang kita gunakan sekarang. Jadi, jika harus memberi nama, bukankah paling adil menyebutnya secara datar sebagai mesin kuantum? Jika benar komputer kuantum, yaitu mesin kuantum, adalah mesin seperti GPU yang menghubungkan multisemesta, mungkin saja alam semesta kita pun sudah lama dicuri sumber dayanya oleh alam semesta yang dihuni oleh entitas yang lebih maju. Sekarang, giliran kita yang perlahan mulai mendekati waktu untuk mencuri dari alam semesta orang lain.
Siapakah penulis Ji Ung-bae? Seseorang yang mencintai kucing dan alam semesta. Sejak kecil, setelah menonton 'Galaxy Express 999', ia bermimpi untuk menyebarluaskan keindahan alam semesta. Saat ini, ia meneliti evolusi melalui interaksi galaksi di Pusat Penelitian Evolusi Galaksi dan Laboratorium Kosmologi Dekat Universitas Yonsei, serta melakukan berbagai aktivitas komunikasi sains seperti ceramah dan menulis. Ia menulis buku seperti 'Observatorium yang Sedang PDKT', 'Memikirkan Alam Semesta Sepanjang Hari', dan 'Bintang, Sains Cahaya'.