Efek Lubang Hitam dengan Tabung Nano

Sebuah kekuatan penghancur berskala kecil



Para ahli fisika Harvard menemukan bahwa sebuah tabung nano bervoltasi tinggi dapat menyebabkan atom-atom dingin berpilin ke dalam dengan akselerasi dramatis sebelum hancur dengan dahsyat - sebuah kekuatan penghancur berskala kecil yang mirip dengan daya tarik tak terelakkan lubang hitam pada materi di skala kosmik.

"Yang penting bagi para ilmuwan, ini adalah penggabungan pertama dari sains atom dingin dan skala nano, dan ini membuka pintu bagi generasi baru percobaan atom dingin dan perangkat berskala nano," kata peneliti Lene Hau Vestergaard kepada jurnal Physical Review Letters.

Hau dan rekan penulis Anne Goodsell, Trygve Ristroph, dan A. Jene Golovchenko melaserdinginkan awan satu juta atom rubidium menjadi bagian kecil satu derajat di atas nol mutlak. Para fisikawan kemudian meluncurkan awan atomik berukuran milimeter ini ke tabung nano karbon dan membebankan dengan ratusan volt.

Sebagian besar atom melewati kawat dengan benar, tapi yang datang dalam satu mikron tak dapat menghindar dan tertarik, mencapai kecepatan tinggi luar biasa ketika atom-atom itu berpilin ke dalam tabung nano. "Dari sebuah permulaan sekitar 5 meter per detik, atom-atom dingin mencapai kecepatan kasar 1.200 meter per detik atau 4.320 km/jam ketika mereka memutari tabung nano," kata Goodsell. "Sebagai bagian dari akselerasi luar biasa ini, temperatur yang berhubungan dengan energi kinetis atom meningkat dari 0,1 derajat Kelvin ke ribuan derajat Kelvin dalam waktu kurang dari satu mikrodetik."

Atom dalam percepatan itu kemudian berpisah menjadi satu elektron dan satu ion berotasi pararel di sekitar kawat nano, menyelesaikan setiap orbit hanya dalam beberapa milyar dari satu detik. Elektron itu pada akhirnya terhisap ke dalam tabung nano melalui penerowongan kuantum, menyebabkan teman ionnya tertembak ke luar - terpukul oleh beban tabung nano 300 volt - pada kecepatan berkisar 26 kilometer per detik (93.600 km/jam).

"Sains atom dingin dan skala nano masing-masing telah menyediakan sistem menyenangkan baru untuk penelitian dan aplikasi," kata Golovchenko yang merupakan Profesor Fisika di Harvard. "Ini merupakan realisasi eksperimental pertama suatu sistem gabungan atom dingin dan struktur nano. Sistem kami mempertunjukkan penyelidikan sensitif kedinamisan atom, elektron, dan ion pada skala nano."

Kelahiran Kembali Alam Semesta

Pola-pola sirkuler pada latar radiasi keseluruhan alam semesta mengindikasikan bahwa Ledakan Dahsyat (Big Bang) hanya merupakan bagian terakhir dari sebuah rentetan proses penciptaan.



Kebanyakan kosmolog menelusuri kelahiran alam semesta sampai ke Ledakan Dahsyat 13,7 milyar tahun lalu. Namun analisis baru terhadap sisa-sisa radiasi yang dihasilkan oleh peristiwa ledakan tersebut mengindikasikan bahwa alam semesta mulai diciptakan milyaran tahun sebelumnya dan telah melalui banyak sekali peristiwa kelahiran dan kematian, dan Ledakan Dahsyat hanya merupakan kejadian terakhir pada rentetan ledakan-ledakan pencetus.

Pemikiran mengejutkan tersebut yang dikemukakan oleh fisikawan teoritis Roger Penrose dari Universitas Oxford di Inggris dan Vahe Gurzadyan dari Institut Fisika Yerevan dan Universitas Yerevan di Armenia, melawan arus teori standar kosmologi yang dikenal dengan inflasi atau inflation.

Para peneliti mendasarkan penemuan mereka pada pola-pola sirkuler yang mereka temukan pada latar gelombang mikro (microwave) alam semesta yaitu cahaya gelombang mikro yang tersisa dari Ledakan Dahsyat. Elemen-elemen sirkulernya mengindikasikan bahwa alam semesta itu sendiri bersiklus melewati periode-periode akhir dan awal, tegas Penrose dan Gurzadyan.

Elemen-elemen sirkuler tersebut merupakan daerah di mana variasi-variasi temperatur dalam latar keseragaman gelombak mikro lainnya lebih kecil dari rata-rata. Penrose mengatakan bahwa elemen-elemen tersebut tidak dapat dijelaskan oleh teori inflasi yang sangat sukses tersebut, yang menghipotesakan bahwa alam semesta yang baru tercipta mengalami semburan pertumbuhan yang sangat besar, membalon dari sesuatu pada skala ukuran sebuah atom menjadi berukuran satu buah anggur selama sepersekian detik pertama alam semesta. Inflasi akan menghapus pola-pola seperti itu.

"Keberadaan elemen-elemen koheren berskala besar pada latar gelombang mikro bentuk ini, nampaknya akan berkontradiksi dengan model inflasioner dan akan menjadi penanda yang sangat berbeda dari model Penrose tentang alam semesta siklik," kosmolog David Spergel dari Universitas Princeton berkomentar. Namun, dia menambahkan, "Makalah tersebut tidak memberikan cukup rincian mengenai analisis untuk menilai realitas lingkaran-lingkaran ini." Demikian seperti yang dikutip dari ScienceNews (26/11/10).

Penrose menginterpretasikan lingkaran-lingkaran tersebut sebagai sesuatu yang menyediakan sarana untuk melihat ke masa lalu, melewati tembok kaca Ledakan Dahsyat paling terakhir, menuju periode alam semesta sebelumnya. Dia mengemukakan bahwa lingkaran-lingkaran tersebut dihasilkan oleh tabrakan antara lubang-lubang hitam raksasa yang terjadi selama periode sebelumnya tersebut. Tabrakan lubang-lubang hitam akan menciptakan disonansi gelombang gravitasional yang berdesir dalam waktu ruang dikarenakan akselerasi massa raksasa tersebut. Gelombang-gelombang itu akan terdestribusi secara sirkuler dan seragam.

Menurut rincian matematis yang dikerjakan Penrose, ketika distribusi seragam gelombang gravitasional dari periode sebelumnya tersebut memasuki periode sekarang, mereka terkonversi ke dalam pulsa energi. Pulsa tersebut menyediakan satu tendangan seragam ke porsi materi gelap yang merupakan material tak kelihatan yang membentuk lebih dari 80 persen massa alam semesta.

"Oleh sebab itu material materi gelap di sepanjang ledakan tersebut memiliki ciri seragam ini," tutur Penrose. "Inilah yang terlihat sebagai sebuah lingkaran pada langit latar gelombang mikro alam semesta kita, dan hal tersebut seharusnya terlihat seperti lingkaran yang cukup seragam."

Setiap lingkaran memiliki variasi temperatur lebih rendah dari rata-rata, seperti yang dia dan Gurzadyan temukan ketika mereka menganalisa data dari alat luar angkasa Wilkinson Microwave Anisotropy Probe milik NASA, disingkat WMAP, yang memindai keseluruhan langit selama sembilan tahun, dan eksperimen balloon-borne BOOMERANG yang meneliti latar gelombang mikro di sebagian kecil alam semesta.

Oleh karena tim tersebut menemukan elemen-elemen sirkuler yang sama dengan menggunakan dua detektor, Penrose mengatakan tidak mungkin dia dan para koleganya tertipu oleh noise instrumental atau benda-benda lainnya.

Namun Spergel mengatakan bahwa dia kuatir jangan-jangan tim tersebut belum memperhitungkan variasi tingkat noise data WMAP yang didapatkan dari bagian-bagian langit yang berbeda. WMAP memeriksa berbagai daerah langit dengan alokasi waktu yang tidak sama. Peta-peta latar gelombang mikro yang dihasilkan dari daerah-daerah tersebut mempelajari yang terlama memiliki noise lebih rendah dan variasi-variasi lebih kecil yang terekam pada temperatur cahaya gelombang mikro tersebut. Peta-peta dengan noise yang lebih rendah tersebut secara artifisial dapat menghasilkan lingkaran-lingkaran yang Penrose dan Gurzadyan atribusikan ke model alam semesta siklik mereka, kata Spergel.

Peta baru latar gelombang mikro alam semesta yang lebih rinci, yang sekarang sedang dikerjakan oleh the European Space Agency’s Planck mission, bisa menyediakan uji yang lebih definitif terhadap teori tersebut, tutur Penrose.

Penemuan kontroversial tersebut dipublikasikan di arXiv.org

Cahaya Bisa Menghasilkan Daya Angkat

Para ilmuwan menciptakan foil cahaya yang dapat mendorong obyek-obyek kecil ke samping.



Cahaya difungsikan untuk menghasilkan tenaga yang sama yang membuat pesawat udara terbang, seperti yang ditunjukkan oleh studi baru.

Dengan desain yang tepat, aliran seragam cahaya mendorong obyek-obyek yang sangat kecil seperti halnya sayap pesawat terbang menaikkan tubuh pesawat ke udara.

Para peneliti telah lama mengetahui bahwa memukul sebuah obyek dengan cahaya dapat mendorong obyek tersebut. Itulah pemikiran di balik layar surya, yang memanfaatkan radiasi untuk tenaga pendorong di luar angkasa. "Kemampuan cahaya untuk mendorong sesuatu sudah diketahui," tutur rekan peneliti Grover Swartzlander dari Institut Teknologi Rochester di New York, seperti yang dikutip Science News (05/12/10).

Trik baru cahaya lebih menarik dari sebuah dorongan biasa: Hal itu menciptakan tenaga yang lebih rumit yang disebut daya angkat, bukti ketika sebuah aliran pada satu arah menggerakkan sebuah obyek secara tegak lurus. Foil udara atau airfoil menghasilkan daya angkat; ketika mesin memutar baling-baling dan menggerakkan pesawat ke depan, sayap-sayapnya yang dimiringkan menyebabkan pesawat itu naik.

Foil cahaya tidak dimaksudkan untuk menjaga sebuah pesawat tetap berada di udara selama penerbangan dari satu bandara ke bandara lainnya. Namun kesatuan alat-alat yang sangat kecil tersebut boleh digunakan untuk mendayakan mesin-mesin mikro, mentransportasikan partikel-partikel yang sangat kecil atau bahkan membolehkan metode-metode sistem kemudi pada layar surya.

Daya angkat optik merupakan "ide yang sangat rapi", kata fisikawan Miles Padgett dari Universitas Glasgow di Skotlandia, namun terlau dini untuk mengatakan bagaimana efek tersebut boleh dimanfaatkan. "Mungkin berguna, mungkin tidak. Waktu yang akan membuktikan."

Cahaya tersebut dapat memiliki daya angkat yang tak terduga ini dimulai dari sebuah pertanyaan yang sangat sederhana, Swartzlander mengatakan, "Jika kita mempunyai sesuatu berbentuk sayap dan kita menyinarinya dengan cahaya, apa yang terjadi?" Eksperimen-eksperimen pemodelan menunjukkan kepada para peneliti bahwa sebuah defleksi asimetris cahaya akan menciptakan sebuah daya angkat yang sangat stabil. "Jadi kami pikir lebih baik melakukan satu eksperimen," kata Swartzlander

Para peneliti membuat batangan-batangan sangat kecil berbentuk mirip sayap pesawat terbang, di satu sisi pipih dan di sisi lainnya berliku. Ketika foil-foil udara berukuran mikron ini dibenamkan ke dalam air dan dipukul dengan 130 miliwatt cahaya dari dasar wadah, foil-foil tersebut mulai bergerak ke atas, seperti yang diduga. Namun batangan-batangan tersebut juga mulai bergerak ke samping, arah tegak lurus terhadap cahaya yang datang. Bola-bola simetris sangat kecil tidak menunjukkan efek daya angkat ini, seperti yang ditemukan tim tersebut.

Daya angkat optik berbeda dari daya angkat aerodinamis dengan sebuah foil udara. Sebuah pesawat udara terbang karena udara yang mengalir lebih lambat di bawah sayap-sayapnya menggunakan tekanan lebih besar daripada udara yang mengalir lebih cepat di atas. Namun pada foil cahaya,daya angkat diciptakan di dalam obyek-obyek tersebut ketika sorotan sinar melaluinya. Bentuk foil udara transparan terebut menyebabkan cahaya dibiaskan berbeda-beda tergantung pada tempat cahaya itu lewat, yang menyebabkan pembengkokan sesui momentum sorotan yang menghasilkan daya angkat.

Sudut-sudut daya angkat foil-foil cahaya ini sekitar 60 derajat, menurut temuan tim tersebut. "Kebanyakan benda-benda aerodinamis mengudara pada sudut-sudut yang sangat gradual, akan tetapi hal ini memiliki sudut daya angkat yang luar biasa dan sangat kuat," ujar Swartzlander. "Anda bisa bayangkan apa yang akan terjadi jika pesawat anda mengudara pada 60 derajat -- perut anda akan berada di kaki."

Ketika batangan-batangan itu terangkat, seharusnya tidak jatuh atau kehilangan daya angkat, seperti yang diprediksi. "Sebenarnya benda tersebut bisa menstabilkan diri sendiri," kata Padgett.

Swartzlander mengatakan bahwa dia berharap pada akhirnya bisa menguji foil-foil cahaya tersebut di udara juga, dan mencoba berbagai bentuk serta material dengan berbagai sifat pembiasan. Dalam studi tersebut para penelit menggunakan cahaya infra merah untuk menghasilkan daya angkat tersebut, tapi jenis cahaya lainnya juga bisa, kata Swartzlander. "Yang indah tentang hal ini ialah bahwa benda itu akan berfungsi selama anda memiliki cahaya."

Penemuan Baru Bisa Mempengaruhi Bagaimana Tubuh Menerima Obat

Para peneliti di Universitas Queen menemukan bahwa molekul-molekul dalam kaca atau plastik mampu bergerak ketika terkena cahaya laser.



Penemuan ini suatu hari nanti bisa digunakan untuk memfasilitasi pendistribusian obat dengan memperkenankan para dokter untuk mengontrol waktu dan kecepatan di mana obat didistribusikan ke dalam tubuh. Obat-obatan yang berada dalam pembungkus plastik bisa dilepaskan ke dalam tubuh ketika terkena cahaya.

Ketua peneliti Jean-Michael Nunzi yang merupakan seorang profesor di bagian Kimia dan Fisika menemukan bahwa "kerjasama molekular" merupakan hal yang memperkenankan molekul-molekul untuk bergerak dan berubah.

"Gelas/kaca dan plastik adalah material misterius. Kita tahu bagaimana molekul bergerak dalam cairan, tapi kita tidak tahu bagaimana molekul bergerak dalam kaca atau plastik," kata Dr. Nunzi. "Kami menemukan cara terjadinya pergerakan pada skala molekular dalam kaca atau plastik."

Dr. Nunzi membandingkan penemuan tersebut dengan mobil-mobil yang diparkir di sebuah tempat parkir yang sesak. Apabila tempat parkir itu penuh dengan mobil tanpa ruang di antara mereka, maka satu mobil tidak dapat bergerak kecuali mobil lainnya bergerak bersama mobil tersebut. Hal yang sama bisa berlaku bagi molekul-molekul, cahaya menyebabkan molekul-molekul bergerak sedikit, tapi kerjasama dengan molekul lainnya yang memungkinkan mereka bisa bergerak secara signifikan.

Ketika plastik terkena cahaya dari seperangkat laser, molekul-molekul di bawah cahaya bergerak bersama yang mengubah bentuk material keras. Molekul-molekul yang tak terkena cahaya akan tetap stabil. Hasilnya ialah perubahan dramatis dalam bentuk material keras yang bisa dilihat dengan mata telanjang.

Penemuan tersebut yang dipublikasikan di Jurnal Fisika Kimia, didasarkan pada studi yang dilakukan di Universitas Queen pada tahun 1995 yang menunjukkan bahwa membuat material keras menjadi cair atau bergerak menggunakan cahaya adalah hal yang mungkin dilakukan.