Bayangkan Anda menatap secangkir kopi panas di pagi hari. Uapnya naik perlahan, menyebarkan panas ke udara. Sekilas, fenomena ini tampak sederhana: panas berpindah dari benda yang lebih panas ke yang lebih dingin, hukum dasar termodinamika.
Namun, apa jadinya jika kita mencoba memahami perpindahan panas, energi, dan keseimbangan termal bukan di dapur atau laboratorium, tetapi di ruang-waktu itu sendiri? Inilah yang dilakukan dua fisikawan, Bhera Ram dan Bibhas Ranjan Majhi, dalam penelitian terbaru mereka yang diterbitkan di Physics Letters B (2025) berjudul “Thermodynamic parameters of fluids on conformally connected spacetimes.”
Baca juga artikel tentang: Ilmuwan Temukan Bukti Kuat Kehidupan Di Planet K2-18b
Dari Termodinamika Biasa ke Kosmos
Termodinamika biasanya membahas bagaimana energi berpindah antara panas dan kerja. Tapi dalam fisika modern, konsep ini jauh melampaui panci, mesin, atau gas di tabung. Ia menjelajah hingga ke alam semesta, ke dalam lubang hitam, medan gravitasi, dan ruang-waktu melengkung yang menjadi panggung seluruh realitas.
Fisikawan tahu bahwa ruang dan waktu tidak kaku. Mereka bisa melengkung dan berubah bentuk, tergantung pada massa dan energi yang ada di dalamnya (menurut teori relativitas Einstein). Sekarang bayangkan jika sebuah fluida (gas panas, plasma, atau bahkan radiasi) mengalir di dalam ruang-waktu yang berubah bentuk. Apakah hukum-hukum termodinamika yang biasa kita gunakan masih berlaku? Bagaimana suhu, tekanan, dan energi fluida itu berubah jika bentuk ruang-waktunya ikut “mengerut” atau “mengembang”? Itulah inti dari penelitian ini.
Apa Itu “Conformally Connected Spacetimes”?
Istilah ini mungkin terdengar seperti teka-teki, tapi idenya cukup elegan. Bayangkan Anda memotret peta dunia lalu memperbesarnya di komputer. Anda bisa meregangkan atau mengecilkan bagian-bagian tertentu tanpa mengubah bentuk benua, hanya ukurannya yang berbeda.
Dalam fisika, dua ruang-waktu dikatakan “conformally connected” jika satu bisa diubah menjadi yang lain hanya dengan mengalikan semua ukurannya dengan faktor tertentu (disebut conformal factor). Artinya, bentuk dasarnya sama, hanya “ukurannya” yang berubah.
Jadi, Ram dan Majhi mencoba menjawab pertanyaan ini:
“Jika kita tahu bagaimana fluida berperilaku secara termodinamika di satu ruang-waktu, apakah kita bisa langsung tahu perilakunya di ruang-waktu lain yang bentuknya serupa tapi skalanya berbeda?”
Dan hasilnya: ya, bisa dengan hubungan matematis yang sangat elegan.
Menyatukan Panas dan Geometri
Dalam fisika, “keseimbangan termal” (thermal equilibrium) biasanya berarti tidak ada aliran panas semuanya sudah setara suhunya.
Penelitian ini berangkat dari kondisi itu. Para ilmuwan mencari hubungan antara variabel termodinamika fluida (seperti suhu, tekanan, energi, dan entropi) pada dua ruang-waktu yang terhubung secara konformal.
Mereka menemukan bahwa nilai-nilai tersebut tidak acak, melainkan mengikuti aturan penskalaan (scaling relations) yang sangat teratur. Aturan ini sejalan dengan argumen heuristik Dicke (seorang fisikawan yang meneliti gravitasi dan termodinamika pada 1960-an) dan hukum Klein, yang menghubungkan energi dan suhu dalam relativitas umum.
Dengan kata lain, jika sebuah hukum termodinamika berlaku di satu “versi” ruang-waktu, maka ia juga berlaku di ruang-waktu lain yang konformalnya terkait, hanya dengan faktor pengali tertentu.
Geomateri Termodinamika: Fisika Bertemu Geometri
Salah satu aspek paling menarik dari penelitian ini adalah konsep yang disebut geometrothermodynamics gabungan antara geometri dan termodinamika. Ide ini melihat setiap sistem termodinamika (seperti gas, fluida, atau bahkan lubang hitam) bukan sekadar angka dan rumus, tapi permukaan geometris yang bisa dilengkungkan.
Lengkungan itu menunjukkan bagaimana sistem bereaksi terhadap perubahan:
- Jika permukaannya datar, sistemnya stabil.
- Jika melengkung tajam, itu tanda ada transisi fasa atau ketidakstabilan (seperti air yang tiba-tiba mendidih).
Ram dan Majhi menunjukkan bahwa ketika dua ruang-waktu saling terhubung secara konformal, “geometri termodinamika” keduanya juga ikut terhubung. Dengan kata lain, bukan hanya hukum fisika yang mengikuti bentuk ruang-waktu, tetapi bentuk ruang-waktu itu sendiri “berbicara” dalam bahasa termodinamika.
Mengapa Ini Penting?
Sekilas, penelitian ini terdengar sangat teoretis, seolah hanya relevan bagi para kosmolog atau ahli relativitas. Namun, dampaknya meluas jauh lebih luas. Konsep ini membuka kemungkinan untuk menyatukan termodinamika, gravitasi, dan teori medan kuantum dalam satu kerangka yang konsisten.
Ini relevan bagi:
- Fisika lubang hitam: karena lubang hitam memiliki suhu dan entropi, dan ruang-waktunya sering dijelaskan dengan transformasi konformal.
- Kosmologi: untuk memahami bagaimana energi dan panas berperilaku selama ekspansi alam semesta.
- Teori kuantum gravitasi: sebagai jembatan menuju pemahaman ruang-waktu pada skala Planck, di mana hukum klasik gagal bekerja.
Dengan penelitian ini, para ilmuwan semakin yakin bahwa energi, panas, dan ruang-waktu tidak bisa dipisahkan. Mereka adalah tiga wajah dari fenomena yang sama, semesta yang dinamis dan hidup.
Melihat Ulang Alam Semesta Melalui Lensa Panas
Penelitian Ram dan Majhi mengajak kita untuk melihat alam semesta bukan hanya sebagai ruang kosong yang diisi bintang, tetapi sebagai fluida kosmik raksasa yang terus berubah, mengalir di atas jalinan ruang dan waktu. Dan seperti fluida di dalam pipa, ia juga memiliki suhu, tekanan, dan keseimbangan yang bisa dipahami secara ilmiah.
Jika teori ini benar, maka hukum-hukum yang mengatur secangkir kopi panas di meja Anda juga berlaku (dengan cara yang jauh lebih kompleks) untuk gas antarbintang, galaksi, bahkan ruang di sekitar lubang hitam.
Penelitian ini merupakan contoh luar biasa dari bagaimana fisika modern mencoba menyatukan hal-hal yang tampak tidak berhubungan panas dan ruang, fluida dan gravitasi, energi dan geometri.
Dengan membuktikan bahwa hukum termodinamika tetap konsisten di antara ruang-waktu yang “terhubung secara konformal,” mereka menunjukkan bahwa alam semesta tidak hanya mengikuti hukum fisika tapi juga mengikuti hukum itu sendiri yang berwujud.
Dari secangkir kopi hingga kosmos yang tak terbatas, energi selalu mencari keseimbangan, dan dalam proses itulah, alam semesta terus bergerak, berkembang, dan berbicara dalam bahasa panas dan waktu.
Baca juga artikel tentang: Anders’ Earthrise: Dari Simbol Perdamaian ke Laboratorium Eksplorasi Antariksa
REFERENSI:
Ram, Bhera & Majhi, Bibhas Ranjan. 2025. Thermodynamic parameters of fluids on conformally connected spacetimes. Physics Letters B, 139700.
