Paradoks Lubang Hitam Stepen Hawking Telah Terungkap oleh Peneliti

Berita Baru, Inggris – Para ilmuwan telah memecahkan “paradoks lubang hitam” sejak 50 tahun yang pertama kali diajukan oleh Profesor Stephen Hawking, yang dimana pernah mengancam untuk mematahkan pemahaman kita tentang alam semesta.

Dilansir dari Dailymail.co.uk, pada 7 April, paradoks informasi lubang hitam mengadu mekanika kuantum dengan relativitas umum, di mana di satu sisi, tidak ada yang bisa meninggalkan lubang hitam karena kekuatan gravitasinya; namun di sisi lain, di bawah mekanika kuantum, masih ada sesuatu yang terpancar keluar lubang.

Hal ini didasarkan pada teori oleh Hawking bahwa lubang hitam sebenarnya tidak hitam, dengan pasangan partikel dan antipartikel yang dihasilkan di cakrawala peristiwanya. Yang satu masuk ke lubang hitam, yang lain melarikan diri , tetapi kedua keadaan ini kontradiktif.

Sebuah studi baru oleh tim dari University of Sussex di Inggris menemukan bahwa materi jejak yang sangat halus membuat lubang hitam saat masuk, yang dikenal sebagai ‘rambut kuantum’, menyediakan mekanisme yang mengikat masalah kuantum dan relativistik.

Solusi mereka memungkinkan informasi untuk disimpan di bawah teori mekanika kuantum, sementara juga memastikan ‘tidak ada yang lolos’ terhadap gravitasi, di bawah teori relativitas.

Sepasang makalah telah diterbitkan menguraikan solusi elegan untuk masalah yang telah membingungkan para ilmuwan selama setengah abad.

Dalam makalah pertama, tim menunjukkan bahwa lubang hitam lebih kompleks daripada yang dipahami semula dan memiliki medan gravitasi yang, pada tingkat kuantum, lebih kepada mengkodekan informasi tentang bagaimana mereka terbentuk.

Penemuan, oleh Profesor Xavier Calmet dan rekan, telah dijuluki ‘rambut kuantum dari teori gravitasi’.

Nama itu mengacu pada gagasan fisikawan John Archibald Wheeler pada 1960-an, bahwa lubang hitam tidak memiliki fitur yang dapat diamati di luar massa total, putaran, dan muatannya, dengan Wheeler saat itu mengatakan “lubang hitam tidak memiliki rambut.”

Ini dikenal sebagai ‘teorema tanpa rambut’, tetapi Prof Calmet dan rekan-rekannya telah menunjukkan bahwa lubang hitam memang memiliki ‘rambut’ dari beberapa bentuk, yang terbentuk dari gravitasi.

Para ilmuwan telah menunjukkan secara eksplisit bahwa materi yang runtuh ke dalam lubang hitam meninggalkan jejak di medan gravitasi lubang hitam ketika koreksi gravitasi kuantum diperhitungkan.

Jejak inilah yang oleh para ilmuwan disebut sebagai ‘rambut kuantum’.

Secara khusus, mereka membandingkan medan gravitasi dua bintang dengan massa dan jari-jari total yang sama tetapi komposisinya berbeda.

Pada tingkat klasik, kedua bintang memiliki potensi gravitasi yang sama, tetapi pada tingkat kuantum, potensinya bergantung pada komposisi bintang.

“Ketika bintang-bintang runtuh ke dalam lubang hitam, medan gravitasi mereka mempertahankan ingatan dari apa bintang-bintang itu dibuat dan mengarah pada kesimpulan bahwa lubang hitam memang memiliki rambut,” para penulis menjelaskan.

Dalam makalah lanjutan, Prof Calmet dan rekan penulis Profesor Stephen Hsu, dari Michigan State University, menunjukkan bahwa ‘rambut kuantum’ mereka menyelesaikan Paradoks Informasi Lubang Hitam Hawking.

Diterbitkan pada tahun 1976, Hawking menyarankan bahwa, saat mereka menguap dan memancarkan radiasi termal, lubang hitam menghancurkan informasi tentang apa yang telah membentuknya.

Ini tampaknya melanggar hukum dasar mekanika kuantum yang menyatakan bahwa setiap proses dalam fisika dapat dibalik secara matematis.

‘Rambut kuantum’ para ilmuwan, bagaimanapun, menyediakan mekanisme di mana informasi disimpan selama runtuhnya lubang hitam dan dengan demikian menyelesaikan salah satu kebingungan sains modern yang paling terkenal.

Pekerjaan ini didasarkan pada studi sebelumnya tentang sifat lubang hitam dan gravitasi kuantum, termasuk penelitian dari tahun 2021 yang menunjukkan bahwa lubang hitam juga ‘memberikan tekanan’.

Profesor Calmet berkata: “Lubang hitam telah lama dianggap sebagai laboratorium yang sempurna untuk mempelajari bagaimana menggabungkan teori relativitas umum Einstein dengan mekanika kuantum,” dua teori utama untuk menjelaskan alam semesta dan segala isinya.

“Secara umum diasumsikan dalam komunitas ilmiah bahwa menyelesaikan paradoks ini akan membutuhkan perubahan paradigma besar dalam fisika, memaksa perumusan ulang potensial baik mekanika kuantum atau relativitas umum,” ilmuwan menjelaskan.

“Apa yang kami temukan dan saya pikir sangat menarik adalah bahwa ini tidak perlu.”

Solusi kami tidak memerlukan ide spekulatif, sebaliknya penelitian kami menunjukkan bahwa kedua teori dapat digunakan untuk membuat perhitungan yang konsisten untuk lubang hitam dan menjelaskan bagaimana informasi disimpan tanpa memerlukan fisika baru.

“Ternyata lubang hitam sebenarnya adalah anak-anak yang baik, yang menyimpan ingatan bintang-bintang yang melahirkannya.”

Menjelaskan penemuan rambut kuantum, rekan penulis, Roberto Casadio, Profesor Fisika Teoritis dari Universitas Bologna, mengatakan aspek penting dari penelitian ini adalah cara lubang hitam terbentuk.

“Lubang hitam terbentuk oleh runtuhnya benda-benda padat dan kemudian, menurut teori kuantum, tidak ada pemisahan mutlak antara bagian dalam dan bagian luar lubang hitam,” jelasnya.

“Dalam teori klasik, cakrawala bertindak sebagai membran satu arah yang sempurna yang tidak membiarkan apa pun keluar dan oleh karena itu bagian luarnya sama untuk semua lubang hitam dengan massa tertentu. Ini adalah teorema klasik tanpa rambut.”

“Dalam teori kuantum, keadaan materi yang runtuh dan membentuk lubang hitam terus mempengaruhi keadaan luar, meskipun dengan cara yang sesuai dengan batas eksperimental saat ini. Inilah yang dikenal sebagai rambut kuantum.”

Profesor Hsu mengatakan konsep cakrawala kausal adalah inti dari gagasan Lubang Hitam, di mana, apa yang berada di belakang cakrawala, dalam fisika klasik, tidak dapat memengaruhi bagian luar lubang hitam.

“Kami menunjukkan bahwa ada keterikatan rumit antara keadaan kuantum materi di belakang cakrawala (di dalam lubang) dan keadaan gravitasi di luar.”

“Keterjeratan ini memungkinkan untuk mengkodekan informasi kuantum tentang interior lubang hitam dalam radiasi teori Hawking yang lolos hingga tak terhingga.”