[Parallel Universes] Sebuah Film dan Sebuah Pertanyaan

Post ini udah nangkring di drafku selama beberapa tahun terakhir. Beberapa bulan belakangan aku terus balik ke tulisan ini, dan lama-lama tulisan ini berubah jadi sebuah seri.

Kamu percaya sama semesta paralel?

Tahun 2014 aku nonton You Are the Apple of My Eye, film Taiwan dari tahun 2011. Menjelang akhir film, tokoh utamanya menanyakan pertanyaan yang hampir persis sama ke cewek yang dia suka waktu sekolah. Dalam versi bahasa Inggris yang biasa dikutip fans, kalimatnya begini: "Do you believe in parallel universe? Maybe in that parallel universe we are together."

Kalimat itu bikin aku penasaran apakah fisika punya sesuatu untuk dikatakan soal semesta paralel, atau semesta paralel cuma ada di film.

Fisika punya banyak hal untuk dikatakan. Para fisikawan menjelaskan beberapa jenis semesta paralel, masing-masing lahir dari teori yang berbeda, dan mereka memperdebatkan semuanya.

Kenapa aku menulis ini

Aku menulis ini murni karena tertarik sama teorinya. Aku software engineer, dan aku mengerjakan sistem pembayaran di perbankan, yang nggak ada hubungannya sama kosmologi.

Aku rasa semesta paralel itu ada, dan aku berharap memang ada.

Filmnya

You Are the Apple of My Eye ditulis dan disutradarai oleh Giddens Ko, dan ini film panjang pertamanya. Film ini diangkat dari novel semi autobiografinya sendiri yang judulnya sama. Ko Chen-tung memerankan Ko Ching-teng, si pembuat onar di SMA, dan Michelle Chen memerankan Shen Chia-yi, murid paling pintar di kelasnya. Film ini tayang di Taiwan tanggal 19 Agustus 2011, hari yang sama ketika Taipei Times mengulasnya.

Kalimat soal semesta paralel itu muncul di sebuah telepon setelah gempa yang mengguncang Taiwan tanggal 21 September 1999, waktu Ching-teng menelepon untuk memastikan Chia-yi baik-baik aja. Kalimat aslinya dalam bahasa Mandarin, dan frasanya secara harfiah berarti "waktu dan ruang paralel". Subtitle bahasa Inggris menuliskannya dengan cara yang sedikit beda-beda, jadi anggap kutipan di atas sebagai versi fans yang umum, bukan subtitle resmi.

Aku nggak bakal spoiler sisanya. Film itu nggak pernah bilang apakah semesta yang lain itu ada, dan dua belas tahun kemudian aku masih pengin tahu.

Interstellar dan X-Men: Days of Future Past

Dua film lain membentuk caraku membayangkan ide ini, dan dua-duanya keluar di tahun 2014.

X-Men: Days of Future Past, disutradarai Bryan Singer, tayang di Amerika Serikat tanggal 23 Mei 2014. Di masa depan yang suram tahun 2023, Kitty Pryde mengirim pikiran Logan balik ke tubuhnya di tahun 1973. Tugasnya adalah mencegah Mystique membunuh seorang ilmuwan bernama Bolivar Trask, kejadian yang mengarah ke masa depan itu. Waktu Logan bangun lagi di tahun 2023, dunianya udah berubah. Masa depan yang lama hilang, diganti dengan yang lebih baik. Seperti yang ditunjukkan ulasan ScreenCrush soal ending-nya, film itu nggak pernah menunjukkan masa depan lama itu terus berjalan di tempat lain. Timeline-nya cuma satu, dan film itu menulisnya ulang.

Interstellar, disutradarai Christopher Nolan, mulai tayang luas di Amerika Serikat tanggal 7 November 2014. Penasihat sains sekaligus produser eksekutifnya adalah Kip Thorne, fisikawan di Caltech. Di film itu, semesta kita adalah sebuah lembaran, yang disebut brane, yang mengambang di ruang yang lebih besar dengan satu dimensi tambahan, yang disebut bulk. Makhluk yang hidup di bulk membangun sebuah struktur bernama tesseract, tempat Cooper bisa melihat momen-momen di kamar anak perempuannya dari luar dan mengirim pesan ke anaknya pakai gravitasi. Thorne menulis satu buku penuh soal fisika di baliknya, The Science of Interstellar.

Taruh film-film itu berdampingan dan kamu dapat tiga ide yang berbeda:

Perbandingan: bayangkan video game yang punya save file. Days of Future Past adalah game dengan satu slot save: load save lama, main dengan cara yang beda, dan progres yang lama hilang. Sebagian besar ide semesta paralel dalam fisika adalah game yang membiarkan setiap save file terus berjalan, dan kamu cuma bisa membuka punyamu sendiri.

Nggak ada teori fisika soal semesta paralel yang memungkinkan kamu pergi ke semesta lain, mengirim pesan ke sana, atau mengubah masa lalu. Kalau semesta-semesta lain itu ada, mereka nggak menggantikan semesta kita dan nggak pernah menyentuhnya.

Apa arti "semesta" di sini

Kata semesta biasanya berarti segala sesuatu yang ada, jadi "semesta lain" kedengarannya kontradiktif.

Para fisikawan mengakalinya dengan memakai kata itu dalam arti yang lebih sempit. Seringnya, "semesta kita" berarti bagian yang bisa kita lihat, atau sebuah wilayah ruang dengan satu sejarah yang sama. Kata untuk seluruh kumpulannya, semua semesta digabung jadi satu, adalah multiverse.

Untuk ngomongin ukuran bagian yang bisa kita lihat, kamu butuh tahun cahaya: jarak yang ditempuh cahaya dalam satu tahun. Cahaya bergerak sekitar 300.000 kilometer per detik, jadi satu tahun cahaya kira-kira 9,46 triliun kilometer. Matahari jaraknya sekitar 8 menit cahaya. Bintang terdekat setelah Matahari jaraknya sedikit lebih dari 4 tahun cahaya.

Alam semesta umurnya sekitar 13,8 miliar tahun. Jadi seberapa jauh tempat paling jauh yang bisa kamu lihat?

Jawaban yang kelihatannya jelas adalah 13,8 miliar tahun cahaya, karena cahaya punya waktu 13,8 miliar tahun untuk merambat. Jawaban yang sebenarnya sekitar 46 miliar tahun cahaya.

Bedanya datang dari mengembangnya alam semesta. Cahaya dari wilayah yang paling jauh udah menempuh perjalanan ke arah kita selama miliaran tahun, dan ruang terus mengembang selama itu. Jadi yang kita lihat adalah gambaran kuno dari wilayah-wilayah itu, sementara wilayah-wilayah itu sendiri udah bergerak jauh lebih jauh, sampai sekitar 46 miliar tahun cahaya dari kita.

Bola di sekitar kita ini disebut alam semesta teramati (observable universe): semua hal yang cahayanya udah punya cukup waktu untuk sampai ke kita sejak alam semesta dimulai. Batasnya dikenal sebagai cakrawala kosmik.

Bayangin aja kayak cakrawala di laut. Kapal yang menghilang di balik cakrawala nggak lenyap. Kamu cuma nggak bisa melihatnya dari tempatmu berada.

Jenis semesta paralel yang paling sederhana adalah wilayah di balik cakrawala ini. Ruang terus berlanjut di sana, dan mungkin kelihatan persis kayak wilayah kita, dengan bintang, galaksi, dan planet. Kita nggak bisa melihatnya dan dia nggak bisa melihat kita. Dari tempat kita berdiri, itu semesta yang lain.

Empat level Tegmark

Di tahun 2003, fisikawan Max Tegmark menulis artikel untuk Scientific American berjudul Parallel Universes. Versi yang lebih panjang dan lebih teknis tersedia gratis di arXiv. Dia mengelompokkan ide-ide itu ke dalam empat level. Masing-masing memungkinkan variasi yang lebih banyak daripada level sebelumnya dan datang dari bagian fisika yang berbeda.

graph TD
    M["The multiverse: all universes together"] --> L1["Level I: regions beyond our cosmic horizon"]
    M --> L2["Level II: other bubbles made by inflation"]
    M --> L3["Level III: branches of quantum physics"]
    M --> L4["Level IV: other mathematical structures"]
    L1 --> A1["Same laws of physics, different arrangement of matter"]
    L2 --> A2["Same deep laws, different constants and particles"]
    L3 --> A3["Same space, every possible outcome happens"]
    L4 --> A4["Different laws entirely"]

Level I adalah ide cakrawala dari bagian sebelumnya. Kalau ruang terbentang cukup jauh, alam semesta teramati kita cuma satu bola di antara bola-bola yang jumlahnya luar biasa banyak. Setiap bola mengikuti hukum fisika yang sama dengan bola kita. Cuma susunan materinya yang beda. Tegmark memperkirakan seberapa jauh kamu harus pergi untuk menemukan salinan persis dirimu: sekitar 10¹⁰²⁹ meter.

Level II datang dari sebuah teori tentang sepersekian detik pertama alam semesta, yang disebut inflasi. Di banyak versi teori itu, inflasi nggak pernah berhenti di semua tempat sekaligus. Inflasi terus membuat wilayah-wilayah baru, kayak gelembung, dan setiap gelembung bisa berakhir dengan nilainya sendiri untuk beberapa konstanta alam. Gelembung tetangga mungkin punya partikel yang beda, atau jumlah dimensi tempat kamu bisa bergerak yang beda.

Level III datang dari fisika kuantum, fisika untuk benda-benda yang sangat kecil kayak elektron dan atom. Dalam salah satu cara membaca fisika kuantum, yang disebut interpretasi many worlds, setiap hasil yang mungkin dari sebuah peristiwa kuantum terjadi, masing-masing di cabang realitasnya sendiri. Cabang-cabang ini letaknya nggak jauh di luar angkasa. Mereka tumpang tindih dengan cabang kita, di ruang yang sama, dan mereka nggak bisa saling memengaruhi.

Level IV yang paling aneh. Tegmark mengusulkan bahwa setiap struktur matematika ada sebagai semestanya sendiri, termasuk struktur yang hukum fisikanya sama sekali nggak mirip hukum fisika kita. Aku nggak membahas Level IV, karena dari keempat level, inilah yang paling susah diuji.

Peta Tegmark bukan satu-satunya. Brian Greene, fisikawan lain, mendaftar sembilan jenis semesta paralel di bukunya tahun 2011, The Hidden Reality: quilted, inflationary, brane, cyclic, landscape, quantum, holographic, simulated, dan ultimate multiverse. Salah satunya adalah landscape teori string: teori string, kandidat untuk teori fisika yang lebih mendasar, kelihatannya memungkinkan semesta-semesta dengan hukum yang berbeda, dalam jumlah yang luar biasa banyak. Yang lain adalah braneworld: seluruh semesta kita bisa jadi sebuah lembaran tiga dimensi yang mengambang di ruang dengan dimensi yang lebih banyak, dengan lembaran-lembaran lain di dekatnya. Itulah ide di balik bulk di Interstellar.

Ini sains atau fiksi ilmiah?

Keberatan yang paling jelas adalah kamu nggak bisa melihat semesta lain. Cahaya darinya nggak pernah sampai ke kita. Jadi gimana fisika bisa bilang sesuatu soal semesta itu?

Jawaban yang umum: kamu nggak pernah menguji semesta yang lain itu. Kamu menguji teori yang memprediksinya.

Belum pernah ada yang melihat bagian dalam lubang hitam. Nggak ada apa pun yang melewati tepinya, horizon peristiwa, yang bisa keluar lagi untuk melapor. Para fisikawan tetap ngomong dengan yakin soal apa yang terjadi di dalamnya, karena teori gravitasi Einstein, relativitas umum, memprediksinya. Teori itu udah lolos banyak uji yang bisa kita lihat. Di tahun 2015, detektor LIGO mengukur gelombang gravitasi dari dua lubang hitam yang bergabung, sinyal yang cocok dengan prediksi relativitas umum. Sinyal itu datang tanggal 14 September 2015, dan tim LIGO dan Virgo menerbitkannya sebagai Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger. Temuan itu memenangkan Hadiah Nobel Fisika 2017. Kalau sebuah teori lolos uji sebanyak itu, kamu menganggap serius prediksi-prediksinya yang lain, bahkan yang nggak bisa kamu cek.

Semesta paralel juga begitu. Inflasi menjelaskan ciri-ciri cahaya tertua di langit yang bisa kita ukur, dan sejauh ini nggak ada eksperimen yang bertentangan dengan fisika kuantum. Banyak versi inflasi memprediksi semesta lain, begitu juga fisika kuantum kalau dibaca sebagai many worlds. Itu sebabnya sebagian fisikawan menganggap serius semesta paralel, walaupun nggak ada yang bisa membuktikan semesta-semesta itu ada.

Nggak semua fisikawan menerima ini. Di bulan Desember 2014, kosmolog George Ellis dan Joe Silk menulis komentar di Nature berjudul Scientific method: Defend the integrity of physics. Mereka berargumen bahwa teori yang nggak bisa diuji lewat eksperimen nggak seharusnya diperlakukan sebagai fisika yang udah mapan, dan multiverse jadi salah satu contoh utama mereka. Tahun 2018, Sean Carroll menjawab di Beyond Falsifiability bahwa teori-teori yang memprediksi semesta paralel tetap diuji, lewat semua hal lain yang diprediksinya.

Posisiku

Tegmark menyebut Level I "rather uncontroversial", karena Level I cuma mengasumsikan ruang itu tak terhingga, dan dia berargumen bahwa Level III nggak menambahkan apa pun yang baru di luar Level I dan II. Keduanya lahir dari fisika yang udah lolos uji. Itu bagian besar dari alasanku merasa semesta paralel itu ada.

Ada juga alasan yang kurang serius untuk berharap. Kalau Level I benar, berarti di suatu tempat yang jauh banget ada salinan Chelsea yang memainkan salinan musim ini dengan salinan dari pemain-pemain yang persis sama. Di tempat yang lebih jauh lagi, salinan-salinan itu menang di setiap pertandingan. Buatku, itulah prediksi paling penting dalam kosmologi haha.

Bagian-bagian seri ini

1. Sebuah Film dan Sebuah Pertanyaan (post ini): apa arti "semesta paralel", dan jenis apa aja yang ada?
2. Kamu yang Lain, Jauh Banget di Sana: kalau ruang terbentang tanpa ujung, apakah ada salinan dirimu di suatu tempat?
3. Semesta Gelembung dari Inflasi: gimana sepersekian detik pertama bisa menghasilkan lebih dari satu semesta?
4. Landscape String dan Brane: kenapa semesta lain mungkin punya hukum fisika yang berbeda, dan apa itu bulk di Interstellar?
5. Many Worlds, Setiap Hasil Terjadi: apakah fisika kuantum membelah realitas jadi cabang-cabang?
6. Aku yang Lain: apakah ada versi lain dariku yang menjalani hidup yang berbeda, dan apakah pilihanku ada artinya?
7. Apa yang Aku Percaya, dan Kenapa: kenapa aku percaya semesta paralel itu ada, dan apa yang aku harapkan.