Pada Bulan JULI 2006 menjadi bulan bersejarah dunia astrofisika karena Stephen Hawking
yang pertama kali mengemukakan teka-teki paradoks lubang hitam
menyampaikan perubahan pandangannya. Paradoks informasi yang berumur 30
tahun ini menyatakan bahwa informasi yang masuk lubang hitam akan lenyap
bersama lenyapnya lubang hitam.
Tahun 1975, penulis buku terkenal A Brief History of Time
(Buku ini telah diterjemahkan dengan judul Riwayat Sang Kala) ini
menyatakan bahwa lubang hitam bisa kehilangan massa dengan radiasi. Saat
itu Hawking percaya bahwa benda apa pun yang terjebak dalam gravitasi
lubang hitam tidak bisa lagi ditelusuri.
Namun, dalam konferensi internasional tentang Relativitas Umum dan Gravitasi ke-17, Juli 2004, Hawking mengumumkan apa yang ia percayai keliru.
Menurut dia, informasi yang ditelan lubang hitam mungkin bisa
ditelusuri kembali dalam bentuk yang membingungkan. Ini memungkinkan
penyatuan teori gravitasi dan mekanika kuantum.
Keunikan lubang hitam
Untuk
mengerti dan mengapresiasi pentingnya paradoks informasi ini dalam ilmu
fisika harus perlu dipahami apa dan sifat-sifat lubang hitam.
Lubang
hitam adalah benda angkasa yang terbentuk sedemikian rupa sehingga
memiliki gaya tarik besar sekali. Tidak sesuatu pun dalam jangkauan
medan gravitasinya akan terbebas dari gaya tariknya.
Lubang
hitam bisa terbentuk dari sebuah bintang tua. Pada bintang-kumpulan
gas-gas partikel-terjadi reaksi fusi nuklir pada pusatnya yang
memampukan partikel-partikel gas tadi untuk tidak tertarik ke pusat
bintang oleh gravitasinya sendiri. Jika bahan bakar reaksi fusi habis,
gaya dorong ke luar tidak lagi dihasilkan. Akibatnya, partikel-partikel
gas akan tersedot ke pusat gravitasi dan menekan seluruh massa bintang
jadi lubang hitam.
Medan gravitasi lubang hitam memiliki lapisan pembatas yang jelas membedakan kedua sisi dari batas tersebut. Membran yang menandai batas point of no return ini dikenal sebagai cakrawala peristiwa.
Misalkan
dua pemuda, Agus dan Kocu, mengendarai pesawat antariksa bisa mencapai
membran ini. Secara tak sengaja Agus melampaui batas. Dengan kepastian
100 persen Agus akan bergerak makin cepat jatuh ke lubang hitam. Ia
memiliki kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Ia tak mungkin memberi
syarat dengan kilatan cahaya karena cahaya pun ditarik lubang hitam.
Akibat
efek perlambatan waktu pada relativitas khusus, Kocu tidak melihat Agus
jatuh semakin cepat, melainkan semakin lambat dan akhirnya berhenti.
Lebih aneh lagi Kocu akan melihat tubuh Agus menjadi pipih gepeng akibat
efek kontraksi panjang. Dari luar cakrawala peristiwa, Kocu akan
melihat lubang hitam seperti tempat sampah penuh barang.
Keunikan lubang hitam lain adalah tidak hitam, melainkan berwarna.
Pada paper-nya tahun 1976, Hawking menunjukkan bahwa permukaan
cakrawala peristiwa memiliki suhu sekitar 10 biliun derajat. Kondisi ini
memungkinkan lubang hitam memancarkan radiasi-disebut radiasi Hawking.
Jadi, lubang hitam dapat meluruh sampai massanya hilang.
Radiasi
terjadi akibat proses produksi pasangan di cakrawala peristiwa. Dalam
teori Dirac, ruang vakum adalah lautan partikel dan anti-partikel yang
dari dalam secara virtual mungkin tercipta pasangan partikel dan
anti-partikel yang kemudian lenyap jika keduanya menyatu. Jika proses
ini terjadi pada daerah cakrawala peristiwa dan salah satu partikel yang
tercipta ada dalam cakrawala peristiwa dan yang lain di luar, maka
partikel yang di luar akan mungkin lepas sebagai radiasi Hawking.
Letak paradoksnya
Jika
informasi benar-benar hilang dalam lubang hitam, maka ada beberapa
prinsip mekanika kuantum yang dilanggar. Yang pertama adalah prinsip
mikroreversibilitas.
Menurut
mekanika kuantum, setiap proses fisis dapat dibalik kejadiannya. Maka
informasi akhir bisa digunakan menelusuri informasi awal proses. Lubang
hitam adalah sumber irreversibilitas di semesta karena salah satu
pasangan partikel yang tercipta pada produksi pasangan berada di luar
cakrawala peristiwa tidak mengandung bit informasi tentang apa yang
terjadi di sisi dalam cakrawala peristiwa.
Prinsip selanjutnya yang dilanggar adalah unitarity.
Propagasi informasi dari keadaan awal ke keadaan akhir secara matematis
mengalami evolusi yang unitary. Artinya, fluks dijamin utuh. Menurut
Preskill, profesor informasi kuantum di California Institute of
Technology (Caltech), yang terjadi pada lubang hitam adalah keadaan awal
informasi yang murni berevolusi menjadi keadaan yang bercampur. Keadaan
ini melanggar prinsip unitarity.
Lebih
parah lagi, prinsip kekekalan energi juga harus dilanggar. Dalam
kekekalan energi hilangnya informasi dalam bentuk materi harus diiringi
terciptanya energi sangat besar. Jika paradoks ini benar, alam semesta
akan bersuhu sekitar 1031 derajat hanya dalam beberapa detik, yang dalam
kenyataan tidak terjadi.
Solusi yang menjanjikan
Apa
benar informasi yang masuk ke cakrawala peristiwa akan lenyap ditelan
lubang hitam? Benarkah pengamatan Agus dari dalam cakrawala peristiwa
berbeda dengan pengamatan Kocu di luarnya? Ataukah keduanya saling
melengkapi sehingga obyek yang jatuh ke dalam lubang hitam akan terurai
secara termal dan energinya disebarkan merata ke permukaan cakrawala
peristiwa dan ke luar dalam bentuk radiasi Hawking?
Kemungkinan
pemecahan teka-teki ini datang dari teori fisika yang kini berkembang
pesat: teori string (dawai). Dua fisikawan besar yang bekerja pada
bidang ini: Leonard Susskind dari Amerika dan Gerald t’Hooft dari
Belanda membuat postulat baru yang digabungkan dengan postulat pada
teori relativitas. Postulat ini dikenal dengan prinsip complementarity pada lubang hitam.
Dengan
prinsip complementarity, teori dawai punya cara untuk menjelaskan bahwa
informasi yang masuk lubang hitam tidak hilang melainkan diduplikasikan
ke permukaan cakrawala peristiwa.
Misalkan
sebuah atom jatuh ke lubang hitam. Karena atom ini mengalami percepatan
yang tinggi sekali, maka yang tampak pertama kali adalah inti atom yang
dikelilingi oleh awan elektron kabur. Semakin mendekati lubang hitam,
gerak elektron akan semakin lambat dan akibatnya elektron akan semakin
terlihat jelas. Beberapa saat berikutnya munculah partikel penyusun
inti, proton dan neutron, diikuti quark.
Pada
bagian ini teori dawai melengkapi penjelasan yang hilang sebelumnya.
Teori dawai percaya bahwa bahan penyusun materi yang fundamental
bukanlah quark melainkan dawai yang berukuran 1/1.020 kali ukuran
proton.
Dawai
digambarkan seperti sehelai karet yang bisa bergetar. Frekuensi
getarannya bisa bersuperposisi dengan sesamanya dan mode getaran yang
berbeda menghasilkan partikel-partikel elementer berbeda pula. Jika
frekuensi tinggi yang dimiliki kawat berhenti, kawat semakin melar.
Dalam
gambaran atom, setelah quark muncullah kumpulan dawai penyusun atom
sesungguhnya dan dalam waktu singkat kumpulan dawai akan melar lalu
memenuhi permukaan cakrawala peristiwa. Ini berlaku untuk semua materi
yang masuk lubang hitam.
Jadi
bagi Agus yang jatuh ke dalam lubang hitam, ia tidak melihat perubahan
selain kemusnahan dirinya dan obyek-obyek lain dalam lubang hitam.
Sementara bagi Kocu, ia sama sekali tidak melihat bahwa informasi yang
masuk hilang melainkan tersebar pada permukaan cakrawala peristiwa.
Inilah keunggulan prinsip complementarity.
Meskipun
sulit dibuktikan secara eksperimen, banyak kelompok teori dari
universitas ternama seperti Harvard, Princeton, dan MIT di AS telah
mengonfirmasikan hasil perhitungan mereka dengan menggunakan prinsip
baru ini.
0 komentar:
:)) :)] ;)) ;;) :D ;) :p :(( :) :( :X =(( :-o :-/ :-* :|
8-} ~x( :-t b-( :-L x( =))
Posting Komentar