Teleskop saya, yang disiapkan untuk astrofotografi di halaman belakang San Diego yang tercemar cahaya, diarahkan ke sebuah galaksi yang tak terbayangkan jauhnya dari Bumi. Istri saya, Cristina, datang tepat saat foto luar angkasa pertama ditayangkan di tablet saya. Itu berkilau di layar di depan kami.
“Itu adalah galaksi Pinwheel,” kata saya. Nama itu berasal dari bentuknya – meskipun pinwheel ini berisi sekitar satu triliun bintang.
Cahaya dari Pinwheel melakukan perjalanan selama 25 juta tahun melintasi alam semesta – sekitar 150 kuintilion mil – untuk sampai ke teleskop saya.
Istri saya bertanya: “Apakah cahaya tidak merasa lelah selama perjalanan yang begitu panjang?”
Rasa ingin tahu itu memicu percakapan yang memicu pemikiran tentang cahaya. Pada akhirnya, mengapa cahaya tidak kelelahan dan kehilangan energi seiring waktu?
Mari kita bicara tentang cahaya. Saya adalah astrofisikawan, dan salah satu hal pertama yang saya pelajari dalam studi saya adalah bagaimana cahaya sering bertindak dengan cara yang menantang intuisi kita. Cahaya adalah radiasi elektromagnetik: secara dasarnya gelombang listrik dan gelombang magnetik yang dikobarkan bersama dan bergerak melalui waktu-ruang. Itu tidak memiliki massa. Titik itu penting karena massa objek, apakah itu butiran debu atau pesawat luar angkasa, membatasi kecepatan teratasnya dalam melakukan perjalanan melalui ruang.
Tetapi karena cahaya tidak memiliki massa, ia dapat mencapai batas kecepatan maksimum dalam ruang hampa – sekitar 186.000 mil (300.000 kilometer) per detik, atau hampir 6 triliun mil per tahun (9,6 triliun kilometer). Tidak ada yang melakukan perjalanan lebih cepat melalui ruang. Untuk memberikan gambaran: Dalam waktu yang dibutuhkan untuk Anda mengedipkan mata, partikel cahaya melakukan perjalanan mengelilingi lingkar Bumi lebih dari dua kali.
Secepat itu pun, ruang sangat luas. Cahaya dari Matahari, yang berjarak 93 juta mil (sekitar 150 juta kilometer) dari Bumi, membutuhkan sedikit lebih dari delapan menit untuk sampai ke kita. Dengan kata lain, cahaya matahari yang Anda lihat berusia delapan menit. Alpha Centauri, bintang terdekat dari kita setelah Matahari, berjarak 26 triliun mil (sekitar 41 triliun kilometer). Jadi pada saat Anda melihatnya di langit malam, cahayanya sudah berusia lebih dari empat tahun. Atau, seperti yang dikatakan para astronom, itu empat tahun cahaya jauhnya.
Bayangkan – perjalanan mengelilingi dunia dengan kecepatan cahaya. Dengan jarak yang sangat besar itu dalam pikiran, pertimbangkan pertanyaan Cristina: Bagaimana cahaya bisa melakukan perjalanan melintasi alam semesta dan tidak kehilangan energi secara perlahan?
Sebenarnya, beberapa cahaya kehilangan energi. Ini terjadi ketika ia memantul dari sesuatu, seperti debu antarbintang, dan tersebar. Tetapi sebagian besar cahaya hanya pergi dan pergi, tanpa bertabrakan dengan apa pun. Ini hampir selalu terjadi karena ruang sebagian besar kosong – ketiadaan. Jadi tidak ada yang menghalangi. Ketika cahaya melakukan perjalanan tanpa halangan, ia tidak kehilangan energi. Ia dapat mempertahankan kecepatan 186.000 mil per detik itu selamanya.
Ini tentang waktu. Berikut adalah konsep lain: Bayangkan diri Anda sebagai astronot di International Space Station. Anda mengorbit dengan kecepatan 17.000 mil (sekitar 27.000 kilometer) per jam. Dibandingkan dengan seseorang di Bumi, jam tangan Anda akan berdetik 0,01 detik lebih lambat selama satu tahun.
Itu adalah contoh dilatasi waktu – waktu bergerak pada kecepatan yang berbeda di bawah kondisi yang berbeda. Jika Anda bergerak sangat cepat, atau dekat dengan medan gravitasi besar, jam Anda akan berdetik lebih lambat daripada seseorang yang bergerak lebih lambat dari Anda, atau yang lebih jauh dari medan gravitasi besar. Untuk mengatakannya dengan singkat, waktu itu relatif.
Bahkan astronot di International Space Station mengalami dilatasi waktu, meskipun efeknya sangat kecil.
NASA Sekarang pertimbangkan bahwa cahaya terhubung secara tak terpisahkan dengan waktu. Bayangkan duduk di atas foton, sebuah partikel dasar cahaya; di sini, Anda akan mengalami dilatasi waktu maksimum. Semua orang di Bumi akan menghitung Anda pada kecepatan cahaya, tetapi dari bingkai referensi Anda, waktu benar-benar berhenti.
Itu karena “jam” yang mengukur waktu berada di dua tempat yang bergerak dengan kecepatan yang sangat berbeda: foton yang bergerak dengan kecepatan cahaya, dan kecepatan yang relatif lebih lambat Bumi berputar mengelilingi Matahari.
Lebih lanjut, ketika Anda melakukan perjalanan pada atau dekat dengan kecepatan cahaya, jarak antara tempat Anda berada dan tempat tujuan Anda menjadi lebih pendek. Artinya, ruang itu sendiri menjadi lebih padat ke arah gerakan – jadi semakin cepat Anda dapat pergi, semakin pendek perjalanan Anda. Dengan kata lain, bagi foton, ruang menjadi diperkecil.
Yang membawa kita kembali ke gambar saya tentang galaksi Pinwheel. Dari sudut pandang foton, sebuah bintang dalam galaksi mengeluarkannya, dan kemudian satu piksel dalam kamera halaman belakang saya menyerapnya, tepat pada saat yang sama. Karena ruang menjadi diperkecil, bagi foton perjalanan itu sangat cepat dan sangat singkat, hanya sebagian kecil detik.
Tetapi dari sudut pandang kita di Bumi, foton meninggalkan galaksi 25 juta tahun yang lalu dan melakukan perjalanan 25 juta tahun cahaya melintasi ruang hingga mendarat di tablet saya di halaman belakang.
Dan di sana, di malam musim semi yang sejuk, gambar yang memukau itu menginspirasi percakapan yang menyenangkan antara seorang ilmuwan kutu buku dan istrinya yang penasaran.
Jarred Roberts, Ilmuwan Proyek, Universitas California, San Diego. Artikel ini dipublikasikan ulang dari The Conversation di bawah lisensi Creative Commons. Baca artikel asli.