Sebuah makalah baru-baru ini oleh Stephen Hawking telah menciptakan kegemparan, bahkan membuat Nature News menyatakan tidak ada lubang hitam. Seperti yang saya tulis di posting sebelumnya, bukan itu yang dikatakan Hawking. Tetapi sekarang jelas bahwa klaim Hawking tentang lubang hitam salah karena paradoks yang dia coba atasi bukanlah paradoks.
Semuanya bermuara pada apa yang dikenal sebagai paradoks firewall untuk lubang hitam. Fitur utama dari black hole adalah horizon acara. Horison peristiwa lubang hitam pada dasarnya adalah titik tidak bisa kembali ketika mendekati lubang hitam. Dalam teori relativitas umum Einstein, horizon peristiwa adalah di mana ruang dan waktu begitu dibengkokkan oleh gravitasi sehingga Anda tidak pernah dapat melarikan diri. Seberangi cakrawala acara dan Anda selamanya terjebak.
Sifat satu arah horizon peristiwa ini telah lama menjadi tantangan untuk memahami fisika gravitasi. Misalnya, cakrawala peristiwa lubang hitam tampaknya akan melanggar hukum termodinamika. Salah satu prinsip termodinamika adalah bahwa tidak boleh ada suhu nol mutlak. Bahkan hal-hal yang sangat dingin memancarkan sedikit panas, tetapi jika lubang hitam memerangkap cahaya maka itu tidak mengeluarkan panas. Jadi lubang hitam akan memiliki suhu nol, yang seharusnya tidak mungkin terjadi.
Kemudian pada tahun 1974 Stephen Hawking menunjukkan bahwa lubang hitam memancarkan cahaya karena mekanika kuantum. Dalam teori kuantum ada batasan untuk apa yang bisa diketahui tentang suatu objek. Misalnya, Anda tidak dapat mengetahui energi pasti suatu objek. Karena ketidakpastian ini, energi dari suatu sistem dapat berfluktuasi secara spontan, selama rata-rata tetap konstan. Apa yang Hawking tunjukkan adalah bahwa di dekat horizon peristiwa sebuah lubang hitam pasangan partikel dapat muncul, di mana satu partikel menjadi terperangkap dalam horizon peristiwa (mengurangi massa lubang hitam sedikit) sementara yang lain dapat melarikan diri sebagai radiasi (membawa sedikit partikel). energi black hole).
Sementara radiasi Hawking memecahkan satu masalah dengan lubang hitam, itu menciptakan masalah lain yang dikenal sebagai paradoks firewall. Ketika partikel kuantum muncul berpasangan, mereka terjerat, artinya mereka terhubung secara kuantum. Jika satu partikel ditangkap oleh lubang hitam, dan yang lainnya lolos, maka sifat terjerat dari pasangan tersebut rusak. Dalam mekanika kuantum, kita akan mengatakan bahwa pasangan partikel muncul dalam keadaan murni, dan horizon peristiwa tampaknya akan merusak keadaan itu.
Tahun lalu ditunjukkan bahwa jika radiasi Hawking dalam keadaan murni, maka entah itu tidak dapat memancarkan dengan cara yang diperlukan oleh termodinamika, atau itu akan menciptakan firewall partikel energi tinggi di dekat permukaan horizon peristiwa. Ini sering disebut paradoks firewall karena menurut relativitas umum jika Anda berada di dekat horizon peristiwa lubang hitam, Anda seharusnya tidak melihat sesuatu yang tidak biasa. Gagasan mendasar relativitas umum (prinsip kesetaraan) mensyaratkan bahwa jika Anda secara bebas jatuh ke dekat cakrawala peristiwa, seharusnya tidak ada firewall yang mengamuk dari partikel energi tinggi. Dalam makalahnya, Hawking mengusulkan solusi untuk paradoks ini dengan mengusulkan bahwa lubang hitam tidak memiliki cakrawala acara. Alih-alih mereka memiliki cakrawala nyata yang tidak memerlukan firewall untuk mematuhi termodinamika. Karenanya deklarasi "tidak ada lagi lubang hitam" di pers populer.
Tetapi paradoks firewall hanya muncul jika radiasi Hawking dalam keadaan murni, dan sebuah makalah bulan lalu oleh Sabine Hossenfelder menunjukkan bahwa radiasi Hawking tidak dalam keadaan murni. Dalam makalahnya, Hossenfelder menunjukkan bahwa alih-alih disebabkan oleh sepasang partikel terjerat, radiasi Hawking disebabkan oleh dua pasang partikel terjerat. Satu pasangan terjerat terjebak oleh lubang hitam, sementara pasangan terjerat lainnya lolos. Prosesnya mirip dengan proposal asli Hawking, tetapi partikel Hawking tidak dalam keadaan murni.
Jadi tidak ada paradoks. Lubang hitam dapat memancar dengan cara yang sesuai dengan termodinamika, dan wilayah di dekat horizon peristiwa tidak memiliki firewall, seperti yang dibutuhkan relativitas umum. Jadi proposal Hawking adalah solusi untuk masalah yang tidak ada.
Apa yang saya sajikan di sini adalah gambaran kasar dari situasinya. Saya telah membahas beberapa aspek yang lebih halus. Untuk ikhtisar yang lebih rinci (dan sangat jelas) lihat pos Ethan Seigel di blog-nya Mulai Dengan Bang! Juga lihat pos di blog Sabine Hossenfelder, Back Reaction, di mana dia berbicara tentang masalah itu sendiri.
