Lubang hitam adalah salah satu tempat paling misterius di alam semesta; lokasi di mana struktur ruang dan waktu sangat melengkung sehingga bahkan cahaya pun tidak bisa lepas darinya. Menurut teori relativitas umum Einstein, di pusatnya terdapat singularitas, tempat di mana massa banyak bintang dihancurkan menjadi volume dengan ukuran persis nol. Namun, dua makalah fisika terbaru, yang diterbitkan pada 10 Desember di jurnal Physical Review Letters dan Physical Review D, masing-masing, dapat membuat para ilmuwan mempertimbangkan kembali apa yang kita pikir kita ketahui tentang lubang hitam. Lubang hitam mungkin tidak bertahan selamanya, dan mungkin saja kita telah salah memahami sifat mereka dan seperti apa bentuknya di tengah, menurut surat kabar.
Tepi fisika Einstein
Para astronom dan fisikawan telah lama berpendapat bahwa gagasan singularitas pasti salah. Jika suatu objek dengan massa tidak memiliki ukuran, maka ia memiliki kerapatan tak hingga. Dan, sama seperti para peneliti melemparkan kata "tak terhingga", ketidakterbatasan seperti itu tidak ada di alam. Alih-alih, ketika Anda menemukan ketidakterbatasan dalam situasi sains, fisik, sungguhan, yang sebenarnya artinya adalah Anda telah mendorong matematika Anda melampaui bidang tempat mereka diterapkan. Anda membutuhkan matematika baru.
Sangat mudah untuk memberikan contoh yang familier tentang ini. Hukum gravitasi Newton mengatakan bahwa kekuatan tarikan gravitasi berubah ketika satu dari jarak kuadrat antara dua objek. Jadi, jika Anda mengambil bola yang terletak jauh dari Bumi, itu akan mengalami berat tertentu. Kemudian, saat Anda membawanya lebih dekat ke Bumi, beratnya akan meningkat. Mengambil persamaan itu secara ekstrem, ketika Anda membawa objek dekat ke pusat Bumi, itu akan mengalami kekuatan yang tak terbatas. Tapi ternyata tidak.
Alih-alih, saat Anda mendekatkan objek ke permukaan Bumi, hukum gravitasi Newton yang sederhana tidak lagi berlaku. Anda harus memperhitungkan distribusi massa Bumi yang sebenarnya, dan ini berarti Anda perlu menggunakan persamaan yang berbeda dan lebih kompleks yang memprediksi perilaku yang berbeda. Demikian pula, sementara teori relativitas umum Einstein memprediksi bahwa singularitas kepadatan tak terbatas ada di pusat lubang hitam, ini tidak mungkin benar. Pada ukuran yang sangat kecil, teori gravitasi baru harus berperan. Kami memiliki nama generik untuk teori baru ini: Ini disebut gravitasi kuantum.
Nama gravitasi quantum berarti "gravitasi pada skala terkecil," tetapi frasa tersebut tidak menyiratkan teori tertentu. Namun, proposal teoretis spesifik telah dibuat yang akan menggambarkan gravitasi sebagaimana ada dalam mikrokosmos. Satu proposal disebut loop quantum gravity.
Loop quantum gravity didefinisikan dengan baik secara matematis, dan mengekspresikan struktur ruang-waktu sebagai kisi-kisi jaringan spin, yang berevolusi seiring waktu. Spin network hanyalah formulasi matematis yang menggambarkan bagaimana partikel dan medan berinteraksi. Dari sudut pandang yang lebih praktis, loop quantum gravity memprediksi bahwa ruang-waktu dikuantisasi, dengan unit atau bagian terkecil dari ruang dan waktu, di luar mana ruang-waktu tidak dapat dibagi lagi.
Loop quantum gravity adalah teori matematika yang sulit yang telah menolak pembuatan prediksi yang dapat diuji di dalam lubang hitam. Namun, Abhay Ashtekar dan Javier Olmedo di Pennsylvania State University dan Parampreet Singh di Louisiana State University telah menerapkan loop quantum gravity ke pusat lubang hitam. Mereka mengklaim bahwa hasilnya bukan singularitas.
Perhitungan mereka memprediksi bahwa ruang-waktu melengkung sangat kuat di dekat pusat lubang hitam. Hasilnya adalah ruang-waktu berlanjut ke suatu wilayah di masa depan yang memiliki struktur lubang putih. Lubang putih seperti lubang hitam terbalik, artinya tidak seperti lubang hitam, yang menarik materi, lubang putih menembakkan materi.
Mungkin ada cara lain untuk membayangkan apa yang mereka prediksi. Sudah diketahui umum bahwa di medan gravitasi yang kuat, waktu melambat. Dan lubang hitam mengandung medan gravitasi terkuat di alam semesta. Karena itu, salah satu interpretasi yang mungkin dari karya baru ini adalah bahwa materi jatuh ke dalam lubang hitam dan kemudian "memantul," menembak massa kembali melintasi kosmos. Karena waktu sangat lambat di dekat pusat lubang hitam, proses itu hanya memakan banyak waktu. Jika para peneliti benar, di masa depan yang sangat jauh, di mana sekarang ada lubang hitam, materi akan meletus, menyebarkan materi ke seluruh kosmos.
Seperti biasa dalam ilmu teori, ada banyak ide menarik dan provokatif yang tidak benar, dan ini mungkin salah satunya. Jadi, penting untuk melihat apakah ada dukungan eksperimental untuk ide-ide teoretis seperti ini.
Ada beberapa kemungkinan. Para ilmuwan telah mengamati fenomena energi yang sangat tinggi di ruang angkasa yang belum sepenuhnya dijelaskan. Salah satunya adalah adanya sinar kosmik berenergi sangat tinggi yang menghantam atmosfer bumi. Lain adalah apa yang disebut "ledakan radio cepat," yaitu ketika sejumlah besar energi radio diamati dalam waktu yang sangat singkat. Kedua fenomena itu, setidaknya secara prinsip, bisa menjadi tanda tangan dari lubang hitam yang beralih ke lubang putih.
Tentu terlalu dini untuk menerima ide baru yang menarik ini. Sebaliknya, akan lebih bijaksana untuk melihat bagaimana perhitungan yang sedang berlangsung menggunakan loop quantum gravity terbuka. Jika prediksi meningkat dan mulai lebih mirip beberapa fenomena astronomi yang diamati yang tidak dapat dijelaskan, bisa jadi hasil baru ini akan menjelaskan bagaimana gravitasi kuantum bekerja dan membentuk kembali pemahaman kita tentang masa lalu dan masa depan alam semesta kita.
Don Lincoln adalah peneliti fisika di Fermilab. Dia adalah penulis "The Large Hadron Collider: Kisah Luar Biasa dari Higgs Boson dan Hal-Hal Lain yang Akan Memukau Anda"(Johns Hopkins University Press, 2014), dan ia menghasilkan serangkaian pendidikan sains video. Ikuti dia di Facebook. Pendapat yang diungkapkan dalam komentar ini adalah miliknya.
Don Lincoln menyumbang artikel ini ke Live Science Suara Ahli: Op-Ed & Insights.
