Waktu dipahami sebagai bagian yang paling mendasar bagi kehidupan dengan manusia. Manusia menggunakan untuk mengukur dan menunjukkan perubahan, urutan peristiwa sampai perubahan alam semesta. Waktu dipandang sebagai anak panah yang melesat ke depan dan tidak akan pernah bisa kembali ke belakang. Apa yang terjadi hari ini akan menjadi sejarah di masa yang akan datang dan kejadian tidak dapat diubah maupun diputar ulang.

Paling tidak demikianlah waktu dipandang secara umum. Namun tidak bagi fisikawan. Waktu masih menjadi misteri box dalam ilmu pengetahuan fisika. Fisikawan memiliki pandangan yang jauh lebih kompleks terkait dengan waktu itu sendiri.

Mendefenisikan Waktu

Feynman menyatakan bahwa waktu bukanlah hal yang berjalan begitu saja tanpa bisa dikendalikan. Waktu tidak tepat dianalogikan sebagai bentuk dari sungai yang dialiri oleh peristiwa (air yang mengalir).

Pandangan pertama kita mengenai waktu adalah keterkaitannya dengan perubahan dan peristiwa yang terjadi. Waktu dianggap ada karena ada hal-hal yang berubah. Jika tidak terjadi perubahan sama sekali di alam semesta maka waktu tidak bisa diukur atau kehilangan makna.

Hukum-hukum fisika jelas mengatur kejadian yang di alam semesta termasuk waktu. Menariknya tidak ada satupun hukum Fisika yang menyatakan waktu tidak dapat berjalan mundur. Einstein sendiri memperkenalkan kita pada konsep waktu dapat ditekuk bagi objek-objek yang bergerak. Tekukan ini relatif antara pengamat diam dan bergerak dengan kecepatan yang sangat tinggi, terutama gerak yang mendekati kecepatan cahaya.

Kebanyakan realitas dari waktu yang didefenisikan oleh manusia dibentuk dari pengalaman-pengalaman yang menunjukkan waktu selalu bergerak maju yang disebabkan oleh peningkatan entropi (Tidak teratur/Chaos) dari awal kejadian Bog Band dimana alam semesta lebih teratur.

Waktu dan jarak (gerak) memiliki kaitan yang sangat erat, dimana laju waktu akan tampak berbeda bergantung bagaimana gerak kita saat mengamatinya. Pengamat yang memiliki kondisi gerak berbeda akan mengamati waktu dengan hasil yang berbeda sehingga waktu bukanlah sebuah entitas yang sama atau bergerak bebas sesuai dengan lini masa sebagaimana yang kesan yang kita bentuk terkait dengan waktu.

Ruang-Waktu

Jim Al-Khalili memulai penjelasan waktu dengan sebuah pertanyaan menarik meskipun mungkin saja ini sedikit membingungkan para penganut waktu sebagai aliran sungai atau anak panah.

Apakah waktu benar-benar ada sebagai suatu hal yang fundamental atau sebenarnya hanya sebuah ilusi yang muncul dari cara manusia memahami perubahan peristiwa?

Albert Einstein mengantarkan kita pada sebuah konsep tunggal Ruang-Waktu (bukan ruang dan waktu) yang dipengaruhi oleh gerak sehingga akan ada perbedaan yang mendasar bagi masing-masing pengamat. Konsep ini juga dikenal sebagai relativitas Einstein.

Dalam relativitas Einstein, Ruang dan waktu tidak lagi dipandang sebagai dua hal yang terpisah namun sebuah kesatuan (Singularitas) yang dapat dipengaruhi oleh gerak dan gravitasi. Ini adalah pengantar pertama yang menjatuhkan konsep waktu akan selalu berjalan begitu saja. Waktu tidak akan selalu berjalan dengan laju yang sama bagi setiap pengamat. Kecepatan dan gravitasi dapat menyebabkan perbedaan dalam pengukuran waktu. Fenomena ini dikenal sebagai dilatasi waktu.

Masalah ada pada cara manusia memandang sebuah objek termasuk juga waktu. Realitas ini dibangun dari pengalaman-pengalaman manusia dalam memaknai perubahan yang selalu bergerak maju atau menuju masa depan yang tidak lain disebabkan oleh Entropi, yakni ukuran yang berkaitan dengan tingkat ketidakteraturan sebuah sistem.

Pengalaman seperti melihat telur yang menetas sesuai dengan urutan waktu akan terjadi spontan namun tidak akan terjadi reversible. Fenomena berkaitan dengan hukum II Termodinamika yang menyatakan bahwa entropi suatu sistem terisolasi cenderung meningkat.

Analog dengan ini, Waktu kemudian dikaitkan dengan asal-usul alam semesta. Jika alam semesta memiliki satu titik awal, maka pertanyaan berikutnya mendasar berikutnya adalah dari mana waktu itu sendiri berasal? Atau bahkan lebih liar lagi apa yang terjadi sebelum waktu itu ada? Ketidakadaan merupakan jawaban yang sama sekali tidak memiliki konsep atau pengetahuan terkait dengan hukum-hukum fisika yang saat ini telah berhasil didefenisikan.

Fisika modern memberikan banyak kemungkinan penjelasan yang mungkin aneh mengenai waktu. Salah satu penjelasan tersebut adalah kemungkinan bawah masa lalu, masa kini dan masa depan dipandang sebagai sebuah struktur ruang-waktu yang sama. Pandangan selanjutnya disebut sebagai block universe, meskipun konsep ini masih menimbulkan banyak perdebatan dan belum paripurna.

Kompleksitas terkait konsep waktu ini semakin rumit ketika teori relativitas dan mekanika kuantum harus disatukan. Kedua tersebut dianggap telah stabil dan berhasil menjelaskan berbagai fenomena alam dengan sangat baik namun masih belum mumpuni menjelaskan gravitasi pada skala kuantum.

Mari kita memulai dengan gravitasi yang membuat ruang melengkung sehingga jika cahaya adalah kecepatan maksimal dari benda yang bergerak akan berdampak pada waktu yang akan semakin lama untuk melintasi ruang dengan kelengkungan yang lebih panjang dari pengamat diam. Jika gravitasi ini sangat kuat maka akan ada kondisi dimana waktu akan seolah-oleh berhenti bagi pengamat diam.

Misalkan tinjauan pada skala yang sangat kecil (Mungkin saja paling kecil), materi bahkan alam digambarkan dalam keadaan keadaan kuantum, probabilitas, superposisi dan fluktuasi kuantum.

Misalkan sebuah elektron memiliki kebolehjadian memiliki spin ke arah atas ∣↑⟩ atau ke arah bawah ∣↓⟩. Atas dan bawah tidak sesederhana realitas yang kita bangun terkait atas dan bawah dalam dunia makro.

Namun ada kemungkinan elektron berada dalam berada keadaan superposisi

∣ψ⟩=α∣↑⟩+β∣↓⟩

dengan demikian

∣α∣²+∣β∣²=1

Artinya, sebelum dilakukan pengukuran, keadaan elektron bukan sekadar “spin atas atau spin bawah tetapi kita belum tahu”. Secara kuantum, keadaan elektron memang merupakan kombinasi keduanya.

Dalam mekanika kuantum, hubungan antara elektron dan waktu dapat dipahami melalui perubahan keadaan kuantumnya. Sebuah elektron dapat berada dalam superposisi beberapa keadaan energi, dan setiap keadaan tersebut mengalami perubahan fase seiring berjalannya waktu dengan laju yang berbeda. Perbedaan fase inilah yang memungkinkan munculnya interferensi dan menentukan bagaimana keadaan kuantum elektron berkembang. Dengan demikian, evolusi elektron tidak hanya berkaitan dengan perubahan posisi atau energi, tetapi juga dengan perubahan hubungan fase antar-keadaan.

Hal ini menimbulkan pertanyaan fundamental dalam fisika modern:

apakah waktu merupakan sesuatu yang benar-benar fundamental dan mengalir, ataukah konsep waktu dapat muncul dari perubahan hubungan antara keadaan-keadaan kuantum?

Pertanyaan ini menjadi semakin mendalam ketika mekanika kuantum digabungkan dengan gravitasi, karena dalam relativitas umum, waktu bukanlah besaran mutlak, melainkan bagian dari struktur ruang-waktu yang dipengaruhi oleh gravitasi.

Dengan demikian hakikat dari waktu masih belum bisa dipastikan dan menjadi pertanyaan terbuka. Apakah waktu merupakan komponen fundamental alam semesta? Apakah aliran waktu yang kita amati merupakan konsekuansi dari entropi? Apakah waktu pada akhirnya muncul sebagai konsep dari teori fisika? Atau mungkin gagasan liar Feynman yang menyatakan bahwa alam semesta tidak membutuhkan waktu tau waktu itu sendiri tidak benar-benar ada.

Perjalanan Waktu

Konsep ruang-waktu ini menjadikan waktu terlihat seperti koordinat yang saat ini mungkin hanya bisa dilenturkan. Namun Perbedaan bentuk waktu menjadi dasar adanya posisi waktu yang berbeda sehingga ada kemungkinan perjalanan antar waktu bisa dilakukan.

Perjalanan ke masa depan sudah mendapatkan garansi dari hukum-hukum fisika yang sudah ada. Konsep ini juga menjadi pintu mendefenisikan ruang-waktu sebagai sebuah struktur yang analog dengan kartesian sehingga ada kebolehjadian kita bergerak ke arah belakang (masa lalu). Hanya saja, gagasan perjalanan ke masa lalu lebih memunculkan masalah-masalah dalam persoalan fisika dan logika dibandingkan solusi yang ditawarkan.