Ahli astrofisika sering membahas gravitational lensing, salah satu aspek paling menarik dari dualitas partikel-gelombang cahaya yang terkenal. Fenomena ini menunjukkan, dengan cara yang terprediksi dan terukur, bagaimana massa kecil dalam setiap foton cahaya yang memancar dari bintang jauh sebenarnya menyebabkan cahaya itu membelok di bawah tarikan gravitasi benda langit padat di sepanjang jalurnya.
Kini, seorang fisikawan dari Universitas Wollongong telah menciptakan sistem laser serat optik baru—cukup kecil dan kokoh untuk dioperasikan dari pesawat maupun kapal selam—yang telah menguasai pembelokan gravitasi cahaya ini untuk aplikasi penginderaan jarak jauh. Menurut Enbang Li, yang merancang dan menguji perangkat baru ini, sensor pembelok cahaya tersebut suatu hari nanti dapat digunakan dalam survei udara untuk pemetaan bawah tanah dan pemantauan lingkungan, serta sistem navigasi bawah laut.
“Pergeseran kecil dalam gravitasi dapat mengungkap perubahan kritis di bawah atau di sekitar kita, mulai dari level air bawah tanah hingga akumulasi magma di bawah gunung berapi yang dapat mengindikasikan erupsi mendatang,” kata Li dalam sebuah pernyataan pers.
Li melihat aplikasi lebih lanjut yang mencakup eksplorasi sumber daya geologis, pemantauan iklim, serta penilaian bahaya alam seperti sonar atau radar. “Penelitian kami menunjukkan bahwa teknologi penginderaan berbasis cahaya suatu hari nanti bisa menyediakan cara baru untuk mendetekdoi dan memantau perubahan-perubahan tersebut dengan presisi sangat tinggi,” ujarnya.
Pemetaan Gravitasi
Ilmuwan dan teknisi di berbagai bidang seperti pertahanan serta pertambangan telah lama mengandalkan berbagai bentuk mekanis penginderaan gravitasi. Namun, metode pengukuran yang digunakan untuk mendeteksi fitur seperti kepadatan batuan, kantong air tersembunyi, atau jaringan gua bawah tanah ini—sayangnya—bisa menjadi tidak akurat akibat getaran dan pergerakan halus sekalipun.
Teknologi sensor pembelok cahaya milik Li, atau yang dia sebut “pemetaan gravitasi,” dalam studi barunya di Scientific Reports, menawarkan keunggulan signifikan dalam mobilitas dan sensitivitas. (Makalah Li masih menjani proses editorial review di jurnal, namun versi tidak diedit telah dipublikasikan untuk memberikan akses awal atas temuan tersebut.)
Alat ini ternyata sangat kecil, dengan tinggi sekitar satu meter, yang berisi dua gulungan kabel serat optik yang masing-masing dapat membentang hingga sedikit lebih dari 10 kilometer. Cara kerja perangkat ini adalah dengan membandingkan jeda waktu antara dua berkas laser, ketika masing-masing berkas dengan cepat memompa foton melalui gulungan spiral miliknya sendiri dan kembali. Penundaan waktu yang sangat kecil ini, dalam orde beberapa pikodetik, menyediakan titik data individual yang diskalakan untuk mencatat gangguan pada laser akibat gravitasi—yang telah diuji Li di laboratorium menggunakan proximity dua gulungannya terhadap sebuah silinder baja berbobot 72 kilogram yang dilengkapi roda.
Di atas, fisikawan Enbang Li memegang sistem serat optik yang mirip dengan yang digunakan di alat pengukuran barunya. Kredit: University of Wollongong
University of Wollongong mendeskripsikan alat ini sebagai “early, proof-of-concept” dalam pernyataan pers mereka, seraya mencatat bahwa penelitian lebih lanjut, yang mengeksplorasi interaksi tambahan antara cahaya dan medan gravitasi, akan diperlukan sebelum teknologi tersebut cukup tangguh untuk digunakan di lapangan.
Seberapa Konstan Kecepatan Cahaya, Sebenarnya?
Seperti yang dicatat Li dalam studi ini, eksperimen tersebut dilakukan di laboratorium optik yang “sepenuhnya ber-AC” dan berada di “bangunan bebas getaran,” dua faktor yang membantu mengesampingkan variabel lain saat mengkalibrasi alat ukur barunya.
Meskipun demikian, seperti diakuinya dalam studi, masih ada “lebih banyak pekerjaan yang harus dilakukan untuk mengidentifikasi lebih lanjut sumber yang menghasilkan fluktuasi pada sinyal penundaa waktu yang diukur.”
Namun, dalam proses itu, jeda waktu ini mungkin pada akhirnya akan memicu kembali perdebatan atas beberapa pertanyaan mendasar dalam fisika, menurut Li—khususnya asumsi lama bahwa kecepatan cahaya bekerja sebagai konstanta.
“Pada tahun 1905, Albert Einstein mempostulatkan bahwa kecepatan cahaya dalam vakum adalah konstan dan tidak bergantung pada gerakan pengamat,” kata Li dalam sebuah pernyataan. “Hasil eksperimen kami menyarankan bahwa foton dapat berinteraksi dengan medan gravitasi Bumi dengan cara yang mungkin mempengaruhi transmisi cahaya, yang memberikan perspektif baru pada asumsi lama ini.”