Zero Point Energy (ZPE)

Ini adalah artikel pertama yang saya kirim ke redaksi KOMPAS dan langsung dimuat. btw artikel ini dibuat dalam waktu dua hari weekend (sabtu-minggu) dan selang waktu antara dari sejak dikirim sampai dimuat kurang lebih 5 minggu. Seneng, tapi sebelnya waktu terbit, nama penulisnya salah (dan ga ada kabar kalau hari itu bakal terbit). Dimuat pada hari Jumat 11 Oktober 2002

--------------------------------------------------------------------------------

Zero Point Energy: Energi dari ketiadaan?

Selama beberapa dekade terakhir ini para ilmuwan memimpikan sumber energi baru yang murah, aman, bebas polusi dan melimpah. Mungkinkah energi ini dapat terwujud justru dari ruang hampa?

Pada sekitar abad ke-17 orang berpendapat untuk membuat sebuah ruang hampa adalah cukup dengan menghisap keluar semua materi yang mengisi ruang tersebut yang dalam hal ini adalah molekul-molekul udara. Kemudian pada abad ke-19 orang menyadari dalam ruang hampa yang dibuat dengan cara demikian, akan masih tersisa radiasi thermal, yaitu radiasi disebabkan oleh perbedaan temperatur. Untuk menghilangkan radiasi thermal, cukup dengan mendinginkan ruang tersebut pada temperatur nol absolut. Secara teori, pada temperatur ini tidak ada radiasi thermal dan semua partikel akan diam serta ruangan pun akan kosong dari partikel yang berseliweran.

Namun hasil penelitian mutakhir menunjukkan hal yang baru. Pada kondisi hampa seperti diatas masih terdapat radiasi yang tetap ada walau temperatur telah diturunkan hingga nol absolut. Radiasi ini disebut dengan "zero point radiation", dinamakan demikian karena sesuai dengan sifatnya yang tetap muncul pada temperatur nol absolut, dan energi pembangkitnya disebut dengan "zero point energy" (ZPE).

Keberadaan ZPE sesungguhnya telah diperkirakan secara teoritis dalam teori mekanika Quantum. Paul Dirac, salah seorang pentolan pendiri teori mekanika quantum, pernah mengemukakan bahwa sebuah ruang hampa sesungguhnya didalamnya berisi partikel berenergi negatif. Hal ini menumbuhkan konsep baru bahwa "hampa secara fisik" tidaklah sama sekali hampa. Mekanika quantum meramalkan bahwa partikel-partikel tak terlihat ini bisa berubah wujud menjadi materi nyata dalam waktu yang singkat dan menghasilkan gaya yang dapat terukur. Pernyataan Dirac diatas adalah salah satu implikasi dari prinsip ketidak pastian yang dinyatakan oleh seorang ilmuwan dari Jerman bernama Werner Heisenberg pada tahun 1927. Prinsip ini pada intinya mengatakan bahwa mustahil kita mengetahui secara eksak semua properti yang dimiliki oleh suatu partikel secara sekaligus melainkan akan selalu terdapat ketidak pastian pada kuantitas tertentu. Misalnya, kita tidak dapat mengetahui kedudukan dan kecepatan partikel kedua-duanya secara eksak. Semakin teliti kita mengukur kecepatan sebuah partikel, kedudukannya makin tidak teliti, dan begitu juga sebaliknya. Ketidak pastian ini berlaku secara umum, tidak bergantung dari metoda dan instrument yang digunakan, dan tidak dapat dihindari.

Dasar dari prinsip ketidak pastian dan mekanika quantum adalah bahwa terdapat fenomena fundamental yang tidak dapat diprediksikan oleh hukum-hukum fisika klasik. Sebagai contoh: menurut hukum fisika klasik, sebuah bandul yang berayun perlahan-lahan akan melambat berayun karena gaya gesek dan akhirnya diam dititik kesetimbangan. Dalam teori mekanika kuantum, bandul tersebut tidak akan pernah benar-benar diam di titik kesetimbangan. Bandul tersebut akan selalu berayun secara acak disekitar titik kesetimbangannya. Gerakan acak ini disebabkan oleh suatu fenomena yang dikenal dengan fluktuasi quantum. Namun secara praktis sangat sulit mengamati fluktuasi quantum pada benda relatif besar semisal sebuah bandul jam. Fluktuasi quantum lebih teramati pada materi sebesar atom atau elektron.

ZPE adalah hasil dari fluktuasi quantum yang timbul secara acak dari energi ruang hampa sebagaimana diramalkan oleh prinsip ketidak pastian Heisenberg. Pada kasus bandul diatas, energi yang menyebabkan bandul terus bergerak disekitar titik diamnya adalah ZPE. Walaupun ZPE dalam kasus diatas sangat kecil. Namun terdapat sangat banyak kemungkinan modus propagasi yang penjumlahannya akan menghasilkan ZPE yang sangat besar. Dalam beberapa kasus, fluktuasi yang terjadi harus cukup besar untuk menciptakan partikel secara spontan dari kehampaan, walau akhirnya akan lenyap kembali sebelum melanggar prinsip ketidak pastian.

Dari semua fenomena fluktuasi zero point, fluktuasi dari energi elektoromagetik yang paling mudah di deteksi dan diukur. Salah satu eksperiment yang pernah dilakukan adalah dikenal dengan efek Casimir (di ambil dari nama ilmuwan yang pertama kali menemukannya, Hendrik B.G Casimir), efek ini menunjukkan jika terdapat dua plat metal saling didekatkan dalam jarak yang sangat-sangat dekat (pada kisaran sekitar satu per sejuta meter) akan timbul gaya saling tarik menarik antara kedua plat tersebut. Gaya ini tetap muncul walaupun dalam kondisi hampa udara dan pada suhu nol absolut, yang menjadi bukti adanya ZPE.

ZPE di duga berperan penting dalam berbagai fenomena lain. Mengapa gas helium tidak dapat dibekukan (helium adalah satu-satunya unsur yang tidak dapat mencapai fase zat padat walau temperaturnya dibuat nol absolut) diduga ZPE-lah penyebabnya. Beberapa penelitian lain menemukan anomali fisika yang diduga akibat dari konversi energi dari ZPE. Akhir-akhir ini fisikawan juga mencoba menghubungkan gaya gravitasi dan elektromagnetik sebagai implikasi dari ZPE.

Lalu pertanyaannya, Seberapa besar potensi ZPE? Dua orang ilmuwan, Richard Feynman dan John Wheeler menghitung bahwa energi dari ruang vakum seukuran bola lampu biasa, dapat memiliki kandungan energi yang lebih dari cukup untuk menguapkan semua air di lautan! Sungguh merupakan potensi yang sangat besar. Yang menantang adalah bagaimana menyadap energi sebesar itu untuk dimanfaatkan. Bila manusia mampu menciptakan teknologi ZPE, masalah krisis energi akan terpecahkan dan perusakan lingkungan akibat polusi dari penggunaan bakar minyak atau limbah nuklir dapat dihilangkan. Bahkan bukan tidak mungkin bagi manusia dapat pergi menjelajah ruang angkasa dengan mesin ZPE.