Sejarah Ringkas Pengukuran Gravitational Waves

Oleh: Mohamad Izzat Azmer Adnan
Low Dimensional Materials Research Centre (LDMRC)
Jabatan Fizik, Fakulti Sains
Universiti Malaya

Pembentukan Gelombang

Keadaan tasik yang mulanya tenang tiba-tiba terganggu oleh percikan air dari batuan kecil yang dilontarkankan ke dalamnya. Lalu terbentuk lingkaran gelombang yang pantas sekali merambat ke serata permukaan air tasik tersebut. Kelihatan begitu harmoni sekali pergerakan objek-objek yang terapung di permukaannya, seolah-olah menurut sahaja denyut rentak alunan yang terhasil.

Mungkin keadaan inilah yang memberikan ilham kepada ahli fizik lagenda, Albert Einstein sebelum mula-mula kemukakan idea bagi menjawab persoalan berkenaan sifat misteri daya graviti yang seringkali menghantui benak fikiran beliau.

Misteri Terjawab

Bermula dengan penerbitan ‘On the General Theory of Relativity’ pada 1915, Einstein mengejutkan dunia fizik melalui penjelasan teoretikal beliau terhadap sifat graviti yang menurutnya, terbentuk hasil dari lengkungan geometri ruang-masa. Sebelumnya, melalui teori yang dibangunkan Sir Isaac Newton, graviti dianggap satu daya misteri yang terhasil melalui interaksi jarak jauh oleh dua objek berjisim.

                                  Eksperimen Ligo (Sumber-washington post)

Persoalan timbul, bagaimana dua objek berjauhan itu mampu berkomunikasi dan memberi kesan antara satu sama lain tanpa sebarang medium perantara? Seterusnya, melalui Teori Kerelatifan Umum, Einstein menjelaskan bahawa fabrik ruang-masa yang fleksibel adalah merupakan ‘medium komunikasi’ bagi kedua objek tersebut.

Ketika itu, idea ini dianggap amat radikal berikutan pemahaman semasa yang menganggap dimensi ruang masa adalah bersifat mutlak, tetap, atau pegun. Menariknya melalui formula yang diungkapkan, teori ini turut meramalkan kewujudan gelombang graviti yang antaranya dihasilkan melalui pertembungan ganas dua ‘jasad raksasa’, seperti black holes, dan bintang neutron.

Ramalan Teori Radikal Einstein

Secara umumnya, gelombang gravitasi (gravitational waves) adalah merupakan getaran yang terhasil dari lenturan fabrik ruang-masa akibat dari kehadiran jasad berjisim. Gelombang ini merambat pada kadar kelajuan cahaya, iaitu sekitar 299 juta meter per saat. Ini bukanlah mustahil, kerana dimensi ruangan-masa sendiri yang menjadi medium pergerakan gelombang ini adalah tidak berjisim, sepertimana zarah cahaya, foton.

Mengambil analogi batu yang dilemparkan ke atas permukaan air, gelombang graviti terbentuk oleh pecutan dari jasad berjisim yang memindahkan tenaga dengan membentuk gangguan pada struktur geometri ruang-masa. Riak perubahan ini seterusnya merambat keluar persekitaran ruang kosmos.

   Bunyi gelombang yang dikesan (Sumber-Georgia Tech)

Secara teori, kesemua jasad berjisim mampu menghasilkan radiasi gelombang graviti melalui pemindahan tenaga dari momentum pergerakannya ke atas fabrik ruangan-masa. Bagaimanapun untuk mengesan kehadiran gelombang ini dibumi terbukti begitu sukar sekali.

Alat pengesan dengan kadar ketepatan pengukuran dan sensitiviti yang amat tinggi diperlukan bagi tujuan itu. Malah Einstein sendiri ketika hayatnya meragui keupayaan sebarang bentuk teknologi untuk mengesan gelombang graviti. Jadi selama satu lebih satu abad, pemburuan gelombang graviti menjadi antara pergelutan terbesar dalam dunia fizik, sehinggalah ianya dapat diatasi melalui penemuan bersejarah yang diumumkan baru-baru ini melalui eksperimen LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory).

Mengesan Gelombang Gravitasi (Gravitational Waves)

Sebaik sahaja gelombang ini terhasil, mana-mana objek yang berada pada laluannya akan mengalami kesan regangan (stretching) dan mampatan (squeezing) secara berterusan hasil dari gangguan pada struktur dimensi ruangan persekitaran. Kesan ini seterusnya dianalisa oleh saintis melalui fasiliti yang dibangunkan oleh projek The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) di Louisiana, dan Virginia, USA.

Alat pengesan tersebut berupaya mengesan tekstur perubahan tersebut melalui cahaya laser yang membentuk pancaran berserenjang antara satu sama lain. Kedua-dua sumber cahaya tersebut dilepaskan untuk bergerak sejauh 4 kilometer sebelum dipantulkan semula kepada alat pengesan. Sebarang perubahan yang dapat dikesan pada panjang gelombang dari salah satu pancaran tersebut membawa isyarat telah berlakunya kesan regangan dan mampatan pada dimensi ruangan persekitaran yang turut sama memberi indikasi akan kehadiran gelombang graviti dari angkasa.

Sumber–Caltech

Sepertimana yang diumumkan LIGO, penemuan bersejarah ini begitu signifikan sekali memandangkan ianya sekaligus mengesahkan ramalan berkenaan kewujudan gelombang graviti seperti yang dikemukakan Einstein 101 tahun lalu.

Malah penemuan ini pastinya dapat membuka lembaran baru dalam bidang kosmologi, melalui pemahaman dan perspektif yang lebih jelas akan sifat-sifat misteri jasad kosmos seperti galaksi, black holes, jirim serta tenaga gelap, dan fenomena letupan besar ketika pembentukan alam semesta yang telah sekian lama menjadi tanda tanya.

SUMBER

[1] Thorne, Kip. Black Holes & Time Warps: Einstein’s Outrageous Legacy (Commonwealth Fund Book Program). WW Norton & Company, 1995.

[2] http://einsteinpapers.press.princeton.edu/

[3] http://space.mit.edu/scientists-make-first-direct-detection-gravitational-waves

[4] http://www.iop.org/resources/topic/archive/gravitational-waves/page_67003.html

[5] https://www.youtube.com/watch?v=B4XzLDM3Py8