Lubang dalam Cahaya yang Berlari Lebih Cepat dari Cahaya

PARA fisikawan berhasil mengamati fenomena unik di mana “lubang” dalam cahaya bukan cahayanya sendiri dapat bergerak melampaui kecepatan cahaya. Temuan ini menandai kemajuan penting dalam pemahaman tentang dinamika gelombang dan membuka jalan bagi eksplorasi baru di dunia fisika modern.

Fenomena tersebut dikenal sebagai singularitas fase atau pusaran optik, yakni struktur dalam gelombang cahaya yang membentuk pola berputar menyerupai pusaran air. Sejak 1970-an, para ilmuwan telah memprediksi bahwa seperti pusaran dalam aliran sungai yang dapat bergerak lebih cepat dari arus air di sekitarnya, pusaran dalam gelombang cahaya pun berpotensi melampaui kecepatan cahaya itu sendiri. Namun, prediksi ini selama puluhan tahun sulit dibuktikan secara eksperimental.

Penting untuk dicatat, temuan ini tidak melanggar teori relativitas Einstein. Dalam fisika, tidak ada objek bermassa atau pembawa informasi yang dapat bergerak lebih cepat dari cahaya. Pusaran optik tidak membawa energi atau informasi secara langsung ia hanyalah hasil dari geometri dan evolusi pola gelombang. Dengan kata lain, yang bergerak supercepat adalah “pola” atau “ketiadaan cahaya” di dalamnya, bukan entitas fisik yang melintasi ruang.

Mengintip “Kegelapan” di Dalam Cahaya

Secara kasat mata, cahaya tampak seragam. Namun pada skala mikro, cahaya memiliki struktur kompleks yang dapat berperilaku sebagai gelombang sekaligus partikel. Dalam kondisi tertentu, gelombang cahaya dapat berinterferensi dan membentuk pusaran. Di pusat pusaran ini, gelombang saling meniadakan sehingga tercipta titik dengan intensitas nol sebuah “lubang gelap” di tengah cahaya terang.

Fenomena ini secara matematis telah lama dipahami. Ketika dua singularitas dengan “muatan” berlawanan saling mendekat, mereka akan dipercepat hingga mencapai kecepatan ekstrem sebelum akhirnya saling memusnahkan. Dalam kerangka teori, kecepatan ini dapat tampak melampaui kecepatan cahaya, meski hanya terjadi dalam skala ruang dan waktu yang sangat kecil.

“Ketika dua singularitas bertemu, lintasan mereka dalam ruang-waktu harus tetap kontinu, sehingga percepatannya melonjak sangat tinggi tepat sebelum pemusnahan,” tulis para peneliti dalam studi yang diterbitkan di jurnal Nature itu.

Terobosan Teknologi: Dari Prediksi ke Observasi

Selama ini, keterbatasan teknologi menjadi hambatan utama dalam mengamati pusaran optik secara langsung. Kecepatan pembentukan dan pergerakannya terjadi dalam rentang waktu yang sangat singkat, membuatnya sulit ditangkap dengan instrumen konvensional.

Terobosan datang dari tim yang dipimpin fisikawan Ido Kaminer dari Technion – Israel Institute of Technology. Mereka menggunakan material dua dimensi bernama boron nitrida heksagonal, yang mampu memperlambat gelombang cahaya melalui fenomena yang disebut polariton fonon hibrida antara cahaya dan getaran atom.

Dalam medium ini, cahaya tidak bergerak secepat di ruang hampa, sehingga pola interferensi yang terbentuk menjadi lebih mudah diamati. Pusaran-pusaran optik yang muncul pun dapat dilacak secara lebih detail.

Kunci keberhasilan lainnya adalah penggunaan mikroskop elektron berkecepatan ultra-tinggi dengan resolusi spasial dan temporal yang sangat presisi. Teknologi ini mampu merekam peristiwa dalam skala waktu hingga 3 kuadriliun detik (femtodetik).

Para peneliti menjalankan eksperimen berulang kali dengan jeda waktu berbeda, lalu menggabungkan ratusan hasil rekaman menjadi rangkaian gambar seperti time-lapse. Dari sinilah terlihat jelas bagaimana pusaran optik bergerak, saling mendekat, dan akhirnya bertabrakan dengan kecepatan yang secara matematis melampaui cahaya dalam waktu singkat.

Implikasi Luas bagi Sains