Cahaya adalah sesuatu yang amat unik. Menurut Albert Einstein, cahaya merupakan polis alam semesta – tiada apa yang boleh bergerak lebih laju dari cahaya. Hal ini kerana cahaya – sekiranya bergerak dalam keadaan vaakum, memiliki kelajuan sebesar 299,792,458 m/s (1,079,252,848.8 km/h). Untuk rekod, probe angkasa NASA, Helios 2 memegang rekod objek buatan manusia terpantas di dunia, dengan kelajuan 252,792.5 km/h, hanyalah 0.02% dari kelajuan cahaya.
Jadi, kalau betul lah cahaya ni sebenarnya benda paling laju dekat dalam alam semesta, adakah apa-apa benda yang lagi laju dari cahaya?
Jawapannya: ada.
Di sini penulis akan senaraikan beberapa fenomena fizikal di mana kelajuan cahaya ini dapat dipecahkan, dan perkara ini merupakan antara fenomena menarik dalam fizik.
Cahaya Cherenkov.
Perkara pertama yang perlu kita perjelaskan adalah, cahaya mempunyai nilai kelajuan paling tinggi apabila ia bergerak dalam medium vakuum. Sekiranya cahaya bergerak dalam medium lain, dalam medium air, sebagai contoh, cahaya akan bergerak lebih perlahan, dan hal ini akan membolehkan objek lain untuk bergerak lagi laju dari cahaya.
“Eh, apa ni. Ni bukan gerak lagi laju dari cahaya, ni cahaya yang jadi lagi perlahan!”
Eh, saya tak cakap pun perkara macam ni tak dibenarkan. (senyum)
Di dalam air, cahaya bergerak dengan ¾ kelajuan asalnya. Hal ini membolehkan partikel-partikel tercas bergerak lebih laju daripada cahaya. Hal ini pertama kali disedari oleh Pamel Cherenkov, seorang saintis Russia sewaktu dalam makmal melakukan kajian PhD beliau. Dia terperasan bahawa air dalam tangki radioaktifnya mengeluarkan cahaya biru, dan dia kemudian bertanya kepada dua orang rakannya, Igor Tamm dan Ilya Frank mengenai perkara berkenaan.
Mereka kemudian berusaha bersama menerangkan fenomena tersebut dalam kerangka Teori Relativiti dan mendapat anugerah Nobel pada tahun 1958. Secara mudahnya, Radiasi Cherenkov ini terhasil apabila partikel bercas bergerak di dalam air dengan kelajuan melebihi kelajuan cahaya di dalam air, dan cahaya radiasi yang terhasil selalunya dalam lingkungan warna biru yang terang.
Bayang-bayang.
Bayangkan anda ada satu lampu suluh, dan anda suluhkan lampu anda ke bulan. Sekarang, anda halakan lampu anda ke satu bahagian bulan, dan kita tanda bahagian itu dengan jari kita sebagai titik A. Sekarang, kita gerakkan jari kita dari titik A ke satu lagi tempat di permukaan bulan, dan kita panggil tempat ini sebagai titik B. Sekarang, gerakkan jari anda dari titik A ke titik B berkali-kali, dan bayang-bayang anda akan bergerak melalui permukaan Bulan berkali-kali dari titik A ke titik B, dengan kelajuan melebihi kelajuan cahaya!
Eh, macam mana benda ni boleh terjadi?
Apabila saintis mengatakan bahawa tiada apa yang boleh bergerak melebihi kelajuan cahaya, saintis secara asasnya memaksudkan perkataan “tiada apa” itu dengan informasi atau jirim – tiada informasi atau objek yang boleh bergerak melebihi kelajuan cahaya. Dalam kes ini, bayang-bayang jari kita tidak termasuk dalam mana-mana kategori yang dinyatakan – ia bukan satu bentuk informasi, dan ia juga bukanlah objek yang mempunyai jirim dan jisim.
Sebenarnya, dalam kes ini, apa yang berlaku adalah lebih kepada ilusi perspektif kita.
Kita seringkali menyangka bayang-bayang merupakan satu bentuk objek fizikal, namun hakikatnya, bayang-bayang (ataupun kegelapan secara amnya) merupakan manifestasi ketiadaan cahaya. Justeru, kegelapan antara jari kita dengan bulan itu sebenarnya sentiasa wujud. Bentuk informasi yang sedang bergerak pula sebenarnya adalah pergerakan cahaya dari bumi ke tangan kita, dan dari jari kita ke bulan. Pergerakan itu akan sentiasa berada dalam kelajuan cahaya (sebab yang bergerak tu adalah cahaya), jadi tiada hukum fizik pun yang dilanggar sebenarnya.
Gunting Superluminal.
Dalam kertas kajian yang diterbitkan oleh Neerav Kaushal dan Robert J Nemiroff bertajuk “Analyses of Scissors Cutting Paper at Superluminal Speeds”, mereka berdua membuat beberapa kajian teoretikal terhadap beberapa situasi memotong menggunakan gunting dan berjaya membuktikan bahawa ia boleh dilakukan.
Situasi pertama adalah dengan menggunakan gunting yang berbentuk biasa. Dalam kertas kajian ini, mereka berdua menunjukkan bahawa apabila gunting ditutup, belahan gunting tersebut akan bergerak lebih laju dari pergerakan keseluruhan gunting itu. Hal ini boleh menjadi fenomena Faster-Than-Light (FTL) sekiranya kita mempunyai gunting yang mempunyai kepanjangan bilah sepanjang 299,792,458 meter, dan sekiranya kita menutup gunting tersebut dengan kelajuan kurang dari 1 saat, kita akan memiliki gunting yang bergerak melebihi kelajuan cahaya.
Situasi lain yang ditulis dalam kertas kajian ini adalah dengan menggunapakai Guillotine, satu bentuk alat hukuman pemenggal yang sering digunapakai oleh orang Perancis. Mekanisma yang sama dengan gunting tadi, pemenggal Guillotine akan membenarkan bilah pisau turun dari ketinggian tertentu, dan kelajuan bilahnya sewaktu tiba di permukaan adalah lebih laju dari pergerakan Guillotine itu sendiri. Menurut pengiraan yang ditunjukkan oleh laman youtube Because Science, sekiranya kita inginkan Guillotine itu mempunyai bilah yang memiliki kelajuan FTL, ia perlu mempunyai bilah yang mempunyai darjah 1.2 x 10-6, dengan lebar Guillotine itu perlu dalam 14,500 km.
Fenomena-fenomena ini amat menarik untuk dikaji, kerana sepertimana yang telahpun diterangkan, tiada berlakunya maklumat atau jisim yang dihantar melebihi kelajuan cahaya, sebaliknya yang berlaku adalah pergerakan bilah yang terhasil akibat pergerakan asal gunting atau Guillotine itu tadi.
Kebergusutan Kuantum.
Kebergusutan Kuantum adalah satu fenomena kuantum yang melibatkan penghantaran maklumat (information transfer) antara dua system yang bergusutan antara satu sama lain. Perkara ini pertama kali dipertikaikan oleh Albert Einstein, dan ia turut membawa kepada EPR Paradoks, satu bentuk ketidaksenambungan antara Teori Kuantum yang wujud pada zaman tersebut dengan satu lagi teori yang dibina oleh Einstein, Teori Relativiti.
Kebergusutan Kuantum, secara mudahnya, merujuk kepada dua objek (atau sistem) yang saling bergusutan, dengan pemerhatian yang dibuat pada satu sistem akan mengakibatkan sistem yang satu lagi turut terkesan akibat pemerhatian tersebut.
Fenomena ini sekarang dikaji dengan mendalam, dengan pasukan penyelidik dari China dan Austria pada tahun lepas mengeluarkan kertas kajian yang mengatakan bahawa mereka telahpun berjaya melakukan pemindahan cahaya (photon) atau turut dipanggil sebagai Quantum Teleportation oleh pihak media. Baru-baru ini juga, penyelidik dari China mengumumkan bahawa mereka telahpun berjaya melakukan Teleportasi Kuantum pada cip silicon dengan menggunakan cahaya, satu kejayaan yang amat menarik.
Kebergusutan Kuantum merupakan topik menarik kerana ia masih menjadi perdebatan sama ada penghantaran informasi antara sistem kuantum berlaku lebih laju dari cahaya atau tidak, namun kebanyakan saintis sekarang yakin bahawa Teori Relativiti Einstein masih belum digagalkan lagi dengan pembuktian dari fenomena ini.
Sebenarnya terdapat beberapa lagi fenomena yang memiliki kelajuan FTL, seperti pengembangan alam semesta dan galaksi, namun mungkin cukup buat setakat ini.
Bacaan lanjut:
“Is Faster-Than-Light Travel or Communication Possible?”, http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SpeedOfLight/FTL.html
“An Introduction to Cherenkov Radiation”, http://large.stanford.edu/courses/2014/ph241/alaeian2/
“Analyses of Scissors Cutting Paper at Superluminal Speeds”, https://arxiv.org/abs/1907.04885
“Chip-to-chip quantum teleportation and multi-photon entanglement in silicon”, https://www.nature.com/articles/s41567-019-0727-x
“Complex quantum teleportation achieved for the first time” https://phys.org/news/2019-08-complex-quantum-teleportation.html
