Infomalangraya.com –
Apakah lubang hitam, seperti tentara tua yang sekarat, menghilang begitu saja? Apakah balon tersebut meletus seperti balon hiperdimensi? Mungkin memang demikian, atau mungkin mereka melewati rubikon kosmik, yang secara efektif membalikkan sifat mereka dan menjadi anomali terbalik yang tidak dapat dimasuki melalui cakrawala peristiwa mereka namun terus menerus mengeluarkan energi dan materi kembali ke alam semesta.
Dalam buku terbarunya, Lubang Putih, fisikawan dan filsuf Carlo Rovelli memfokuskan perhatian dan keahliannya pada fenomena luar angkasa yang misterius, menyelam melewati cakrawala peristiwa untuk mengeksplorasi cara kerja teoretisnya dan mengemukakan apa yang mungkin ada di dasar titik-titik gravitasi yang sangat kecil dan sangat menakjubkan itu. Dalam kutipan Hitting the Books minggu ini, Rovelli membahas perpecahan ilmiah yang memecah komunitas astrofisika mengenai ke mana semua informasi – yang, berdasarkan pemahaman kita saat ini tentang aturan-aturan alam semesta, tidak dapat dihancurkan – pergi setelah terperangkap dalam sebuah hal yang tidak dapat dihindari. lubang hitam.
Dikutip dari oleh Lubang Putih oleh Carlo Rovelli. Diterbitkan oleh Buku Riverhead. Hak Cipta © 2023 oleh Carlo Rovelli. Seluruh hak cipta.
Pada tahun 1974, Stephen Hawking membuat penemuan teoretis yang tidak terduga: lubang hitam pasti mengeluarkan panas. Ini juga merupakan efek terowongan kuantum, tetapi lebih sederhana daripada pantulan bintang Planck: foton yang terperangkap di dalam cakrawala lepas berkat celah yang disediakan fisika kuantum untuk segala sesuatu. Mereka “terowongan” di bawah cakrawala.
Jadi lubang hitam mengeluarkan panas, seperti kompor, dan Hawking menghitung suhunya. Panas yang terpancar membawa energi. Ketika kehilangan energi, lubang hitam perlahan-lahan kehilangan massanya (massa adalah energi), menjadi lebih ringan dan lebih kecil. Cakrawalanya menyusut. Dalam jargonnya kita mengatakan bahwa lubang hitam “menguap”.
Emisi panas merupakan ciri paling khas dari proses ireversibel: proses yang terjadi dalam satu arah waktu dan tidak dapat dibalik. Kompor mengeluarkan panas dan menghangatkan ruangan yang dingin. Pernahkah Anda melihat dinding ruangan yang dingin mengeluarkan panas dan memanaskan kompor yang hangat? Ketika panas dihasilkan, prosesnya tidak dapat diubah. Faktanya, setiap kali prosesnya tidak dapat diubah, panas akan dihasilkan (atau analoginya). Panas adalah tanda yang tidak dapat diubah. Panas membedakan masa lalu dari masa depan.
Oleh karena itu, setidaknya ada satu aspek yang jelas tidak dapat diubah dalam kehidupan lubang hitam: cakrawala lubang hitam yang menyusut secara bertahap.
Namun hati-hati: menyusutnya cakrawala tidak berarti bagian dalam lubang hitam menjadi lebih kecil. Sebagian besar interiornya tetap seperti sekarang, dan volume interiornya terus bertambah. Hanya cakrawala yang menyusut. Ini adalah poin halus yang membingungkan banyak orang. Radiasi Hawking adalah fenomena yang terutama terjadi pada cakrawala, bukan bagian dalam lubang. Oleh karena itu, lubang hitam yang sangat tua ternyata memiliki geometri yang aneh: interior yang sangat besar (yang terus berkembang) dan cakrawala yang sangat kecil (karena telah menguap) yang melingkupinya. Sebuah lubang hitam tua bagaikan botol kaca di tangan seorang peniup kaca Murano yang terampil yang berhasil membuat volume botol bertambah seiring dengan semakin sempitnya leher botol.
Pada saat lompatan dari hitam ke putih, lubang hitam dapat memiliki cakrawala yang sangat kecil dan interior yang luas. Cangkang kecil yang berisi ruang-ruang luas, seperti dalam dongeng.
Dalam dongeng, kita menjumpai gubuk-gubuk kecil yang jika dimasuki ternyata berisi ratusan ruangan luas. Tampaknya mustahil, hanya seperti dongeng. Namun tidak demikian. Sebuah ruang luas yang tertutup dalam sebuah bola kecil adalah mungkin secara konkrit.
Jika hal ini tampak aneh bagi kita, itu hanya karena kita menjadi terbiasa dengan gagasan bahwa geometri ruang itu sederhana: itulah yang kita pelajari di sekolah, geometri Euclid. Namun tidak demikian halnya di dunia nyata. Geometri ruang terdistorsi oleh gravitasi. Distorsi ini memungkinkan volume raksasa tertutup dalam bola kecil. Gravitasi bintang Planck menghasilkan distorsi yang sangat besar.
Seekor semut yang selama ini tinggal di alun-alun datar yang besar akan terkagum-kagum ketika mengetahui bahwa melalui lubang kecil ia mempunyai akses ke garasi bawah tanah yang besar. Sama halnya dengan lubang hitam. Apa yang diajarkan oleh keheranan ini adalah bahwa kita tidak boleh memiliki keyakinan buta terhadap gagasan-gagasan yang sudah menjadi kebiasaan: dunia ini lebih asing dan lebih beragam daripada yang kita bayangkan.
Keberadaan volume besar dalam cakrawala kecil juga menimbulkan kebingungan dalam dunia sains. Komunitas ilmiah telah terpecah dan bertengkar mengenai topik ini. Di sisa bagian ini, saya akan memberi tahu Anda tentang perselisihan ini. Ini lebih bersifat teknis daripada yang lain – lewati saja jika Anda mau – tetapi ini adalah gambaran perdebatan ilmiah yang hidup dan berkelanjutan.
Ketidaksepakatan tersebut menyangkut seberapa banyak informasi yang dapat Anda masukkan ke dalam entitas dengan volume besar tetapi permukaannya kecil. Salah satu komunitas ilmiah yakin bahwa lubang hitam dengan cakrawala kecil hanya dapat menampung sedikit informasi. Yang lain tidak setuju.
Apa yang dimaksud dengan “berisi informasi”?
Kurang lebih begini: Adakah benda yang lebih banyak di dalam kotak yang berisi lima bola besar dan berat, atau di dalam kotak yang berisi dua puluh kelereng kecil? Jawabannya tergantung pada apa yang Anda maksud dengan “lebih banyak hal”. Kelima bola tersebut lebih besar dan lebih berat, sehingga kotak pertama berisi lebih banyak materi, lebih banyak zat, lebih banyak energi, lebih banyak barang. Dalam pengertian ini ada “lebih banyak hal” di dalam kotak bola.
Namun jumlah kelereng lebih banyak dibandingkan jumlah bola. Dalam pengertian ini, ada “lebih banyak hal”, lebih banyak detail, di dalam kotak kelereng. Jika kita ingin mengirimkan sinyal, dengan memberikan satu warna pada setiap kelereng atau bola, kita dapat mengirimkan lebih banyak sinyal, lebih banyak warna, lebih banyak informasi, dengan kelereng tersebut, karena jumlah kelerengnya lebih banyak. Lebih tepatnya: dibutuhkan lebih banyak informasi untuk mendeskripsikan kelereng daripada mendeskripsikan bola, karena jumlahnya lebih banyak. Secara teknis, kotak bola berisi lebih banyak energisedangkan sekotak kelereng isinya lebih banyak informasi.
Sebuah lubang hitam tua, yang telah banyak menguap, hanya memiliki sedikit energi, karena energi tersebut terbawa melalui radiasi Hawking. Apakah ia masih bisa memuat banyak informasi, setelah sebagian besar energinya habis? Inilah tawurannya.
Beberapa rekan saya meyakinkan diri mereka sendiri bahwa tidak mungkin menjejalkan banyak informasi ke dalam permukaan yang kecil. Artinya, mereka menjadi yakin bahwa ketika sebagian besar energi habis dan cakrawala menjadi sangat kecil, hanya sedikit informasi yang tersisa di dalamnya.
Bagian lain dari komunitas ilmiah (yang saya ikuti) yakin akan hal sebaliknya. Informasi dalam lubang hitam—bahkan yang sangat menguap sekalipun—masih bisa berjumlah besar. Masing-masing pihak yakin bahwa pihak lain telah tersesat.
Ketidaksepakatan semacam ini biasa terjadi dalam sejarah ilmu pengetahuan; bisa dikatakan bahwa mereka adalah garam dari disiplin. Mereka bisa bertahan lama. Para ilmuwan berpisah, bertengkar, berteriak, bertengkar, berkelahi, saling menyerang. Kemudian, perlahan-lahan, kejelasan muncul. Ada yang akhirnya benar, ada pula yang salah.
Pada akhir abad kesembilan belas, misalnya, dunia fisika terpecah menjadi dua faksi yang sengit. Salah satu dari mereka mengikuti pemikiran Mach bahwa atom hanyalah fiksi matematika; yang lain mengikuti Boltzmann dengan keyakinan bahwa atom benar-benar ada. Argumentasinya sangat sengit. Ernst Mach adalah sosok yang tinggi, namun Boltzmann-lah yang ternyata benar. Saat ini, kita bahkan melihat atom melalui mikroskop.
Saya pikir rekan-rekan saya yang yakin bahwa cakrawala kecil hanya dapat memuat sedikit informasi telah melakukan kesalahan serius, meskipun pada pandangan pertama argumen mereka tampak meyakinkan. Mari kita lihat ini.
Argumen pertama adalah bahwa kita dapat menghitung berapa banyak komponen dasar (berapa banyak molekul, misalnya) yang membentuk suatu benda, dimulai dari hubungan antara energi dan suhunya. Kita mengetahui energi lubang hitam (massanya) dan suhunya (dihitung oleh Hawking), sehingga kita dapat menghitungnya. Hasilnya menunjukkan bahwa semakin kecil horizonnya, semakin sedikit pula komponen dasarnya.
Argumen kedua adalah adanya kalkulasi eksplisit yang memungkinkan kita menghitung komponen dasar ini secara langsung, menggunakan kedua teori gravitasi kuantum yang paling banyak dipelajari—teori string dan teori loop. Kedua teori archrival menyelesaikan perhitungan ini dalam waktu beberapa bulan satu sama lain pada tahun 1996. Untuk keduanya, jumlah komponen dasar menjadi sedikit ketika horizonnya kecil.
Ini sepertinya argumen yang kuat. Berdasarkan argumen-argumen ini, banyak fisikawan yang menerima “dogma” (mereka sendiri menyebutnya demikian): jumlah komponen dasar yang terkandung dalam suatu permukaan kecil pastilah sedikit. Dalam cakrawala yang kecil hanya terdapat sedikit informasi. Jika bukti atas “dogma” ini begitu kuat, di manakah letak kesalahannya?
Hal ini terletak pada kenyataan bahwa kedua argumen tersebut hanya merujuk pada komponen lubang hitam yang dapat dideteksi dari luar, selama lubang hitam tersebut tetap apa adanya. Dan ini hanyalah komponen-komponen yang ada di cakrawala. Kedua argumen tersebut, dengan kata lain, mengabaikan bahwa mungkin terdapat komponen dalam volume interior yang besar. Argumen-argumen ini dirumuskan dari sudut pandang seseorang yang berada jauh dari lubang hitam, tidak melihat bagian dalamnya, dan berasumsi bahwa lubang hitam akan tetap seperti apa adanya selamanya. Jika lubang hitam tetap seperti ini selamanya—ingatlah—mereka yang berada jauh darinya hanya akan melihat apa yang ada di luar atau apa yang ada di cakrawala. Bagi mereka, interiornya seolah-olah tidak ada. Untuk mereka.
Tapi interiornya memang ada! Dan bukan hanya bagi mereka (seperti kita) yang berani masuk, tapi juga bagi mereka yang sekedar bersabar menunggu cakrawala hitam menjadi putih, membiarkan apa yang terperangkap di dalam keluar. Dengan kata lain, membayangkan bahwa kalkulasi jumlah komponen lubang hitam yang diberikan oleh teori string atau teori loop sudah lengkap adalah kegagalan untuk menerima artikel Finkelstein tahun 1958. Deskripsi lubang hitam dari luar tidak lengkap.
Perhitungan gravitasi kuantum loop mengungkapkan hal ini: jumlah komponen dihitung secara tepat dengan menghitung jumlah kuanta ruang di cakrawala. Namun perhitungan teori string, jika diamati lebih dekat, juga melakukan hal yang sama: mengasumsikan bahwa lubang hitam tidak bergerak, dan didasarkan pada apa yang terlihat dari jauh. Secara hipotesis, ia mengabaikan apa yang ada di dalam dan apa yang akan terlihat dari jauh setelah lubang selesai menguap — ketika lubang tersebut tidak lagi diam.
Saya pikir beberapa rekan saya melakukan kesalahan karena ketidaksabaran, mereka ingin semuanya terselesaikan sebelum akhir penguapan, di mana gravitasi kuantum menjadi tak terelakkan) dan karena mereka lupa memperhitungkan apa yang ada di luar apa yang bisa segera dilihat – dua kesalahan yang sering kita lakukan. buat dalam hidup.
Penganut dogma menemukan diri mereka menghadapi masalah. Mereka menyebutnya “paradoks informasi lubang hitam”. Mereka yakin bahwa di dalam lubang hitam yang menguap tidak ada lagi informasi apapun. Kini, segala sesuatu yang jatuh ke dalam lubang hitam membawa informasi. Jadi sejumlah besar informasi bisa masuk ke lubang tersebut. Informasi tidak bisa hilang. Kemana perginya?
Untuk mengatasi paradoks ini, para penganut dogma tersebut membayangkan bahwa informasi keluar dari lubang dengan cara yang misterius dan barok, mungkin melalui radiasi Hawking, seperti Ulysses dan rekan-rekannya yang melarikan diri dari gua cyclop dengan bersembunyi di bawah domba. Atau mereka berspekulasi bahwa bagian dalam lubang hitam terhubung ke bagian luar melalui saluran hipotetis yang tak kasat mata. . . Pada dasarnya, mereka berusaha keras—seperti semua penganut dogmatis yang berada dalam kesulitan, mencari cara-cara yang sulit untuk menyelamatkan dogma.
Namun informasi yang masuk ke cakrawala tidak luput dari cara-cara yang misterius dan magis. Ia muncul begitu saja setelah cakrawala berubah dari cakrawala hitam menjadi cakrawala putih.
Di tahun-tahun terakhirnya, Stephen Hawking sering berkata bahwa tidak perlu takut dengan lubang hitam kehidupan: cepat atau lambat, pasti ada jalan keluarnya. Ada — melalui lubang putih anak.
Artikel ini pertama kali muncul di Engadget di https://www.engadget.com/hitting-the-books-white-holes-carlo-rovelli-riverhead-153058062.html?src=rss
