Stephen Hawking menyampaikan teori yang mengganggu pada tahun 1974 yang mengklaim bahwa lubang hitam menguap. Sekarang, 40 tahun kemudian, seorang peneliti telah mengumumkan penciptaan simulasi radiasi Hawking di laboratorium.
Kemungkinan lubang hitam datang dari teori Relativitas Umum Einstein. Karl Schwarzchild pada tahun 1916 adalah orang pertama yang menyadari kemungkinan singularitas gravitasi dengan batas yang mengelilinginya di mana cahaya atau materi yang masuk tidak bisa lepas.
Bulan ini, Jeff Steinhauer dari Technion - Israel Institute of Technology, menjelaskan dalam makalahnya, "Pengamatan radiasi Hawking yang menguatkan diri sendiri dalam laser lubang hitam analog" di jurnal Nature, bagaimana ia menciptakan horizon peristiwa analog menggunakan zat. didinginkan mendekati nol mutlak dan menggunakan laser mampu mendeteksi emisi radiasi Hawking. Mungkinkah ini bukti sah pertama tentang keberadaan radiasi Hawking dan akibatnya menyegel nasib semua lubang hitam?
Ini bukan upaya pertama untuk membuat analog radiasi Hawking di laboratorium. Pada 2010, analog dibuat dari balok kaca, laser, cermin, dan detektor dingin (Phys. Rev. Letter, September 2010); tidak ada asap menemani cermin. Denyut ultra-pendek dari sinar laser intens melewati kaca menginduksi gangguan indeks bias (RIP) yang berfungsi sebagai horizon peristiwa. Cahaya terlihat memancarkan dari RIP. Namun demikian, hasil oleh F. Belgiorno et al. tetap kontroversial. Eksperimen lebih lanjut masih diperlukan.
Upaya terbaru untuk mereplikasi radiasi Hawking oleh Steinhauer mengambil pendekatan teknologi yang lebih tinggi. Dia menciptakan kondensat Bose-Einstein, suatu keadaan materi eksotis pada suhu nol absolut yang sangat dekat. Batas yang dibuat dalam kondensat berfungsi sebagai horizon peristiwa. Namun, sebelum masuk ke perincian lebih lanjut, mari kita mundur dan mempertimbangkan apa yang coba ditiru oleh Steinhauer dan yang lainnya.
Resep untuk membuat radiasi Hawking dimulai dengan lubang hitam. Lubang hitam ukuran apa pun bisa digunakan. Teori Hawking menyatakan bahwa lubang hitam yang lebih kecil akan lebih cepat terpancar dari lubang yang lebih besar dan jika tidak ada materi yang jatuh ke dalamnya - pertambahan, akan "menguap" lebih cepat. Lubang hitam raksasa bisa memakan waktu lebih dari satu juta kali usia Alam Semesta saat ini untuk menguap melalui radiasi Hawking. Seperti ban dengan kebocoran lambat, sebagian besar lubang hitam akan membawa Anda ke stasiun perbaikan terdekat.
Jadi, Anda memiliki lubang hitam. Ini memiliki horizon acara. Cakrawala ini juga dikenal sebagai jari-jari Schwarzchild; cahaya atau materi yang masuk ke cakrawala acara tidak pernah bisa dilihat. Atau begitulah pemahaman yang diterima sampai teori Dr. Hawking mengatasinya. Dan di luar horizon peristiwa adalah ruang biasa dengan beberapa peringatan; pertimbangkan dengan menambahkan beberapa rempah. Pada horizon peristiwa, gaya gravitasi dari lubang hitam sangat ekstrem sehingga menyebabkan dan memperbesar efek kuantum.
Semua ruang - di dalam kita dan di sekitar kita sampai ke ujung Semesta mencakup kekosongan kuantum. Di mana-mana di ruang hampa kuantum ruang angkasa, pasangan partikel virtual muncul dan menghilang; segera memusnahkan satu sama lain dalam skala waktu yang sangat singkat. Dengan kondisi ekstrim pada horizon peristiwa, pasangan partikel dan anti-partikel virtual, seperti, elektron dan positron, terwujud. Yang terlihat cukup dekat dengan horizon peristiwa dapat memiliki satu atau partikel virtual lainnya tersusun oleh gravitasi lubang hitam yang hanya menyisakan satu partikel yang akibatnya sekarang bebas untuk menambahkan radiasi yang berasal dari sekitar lubang hitam; radiasi yang secara keseluruhan adalah apa yang dapat digunakan para astronom untuk mendeteksi keberadaan lubang hitam tetapi tidak secara langsung mengamatinya. Ini adalah tidak berpasangan partikel virtual oleh lubang hitam di cakrawala peristiwa yang menyebabkan radiasi Hawking yang dengan sendirinya merupakan hilangnya massa bersih dari lubang hitam.
Jadi mengapa tidak astronom hanya mencari di luar angkasa untuk radiasi Hawking? Masalahnya adalah bahwa radiasi sangat lemah dan kewalahan oleh radiasi yang dihasilkan oleh banyak proses fisik lainnya yang mengelilingi lubang hitam dengan piringan akresi. Radiasi ditenggelamkan oleh paduan suara dari proses yang energetik. Jadi kemungkinan paling cepat adalah meniru radiasi Hawking dengan menggunakan analog. Sementara radiasi Hawking lemah dibandingkan dengan massa dan energi lubang hitam, radiasi pada dasarnya memiliki semua waktu di Semesta untuk memotong di tubuh induknya.
Di sinilah konvergensi pemahaman yang berkembang tentang lubang hitam mengarah pada pekerjaan mani Dr. Hawking. Para ahli teori termasuk Hawking menyadari bahwa terlepas dari teori Quantum dan Gravitasi yang diperlukan untuk menggambarkan lubang hitam, lubang hitam juga berperilaku seperti benda hitam. Mereka diatur oleh termodinamika dan menjadi budak entropi. Produksi radiasi Hawking dapat dicirikan sebagai proses termodinamika dan inilah yang membawa kita kembali ke para pencoba. Proses termodinamika lainnya dapat digunakan untuk mereplikasi emisi dari jenis radiasi ini.
Dengan menggunakan kondensat Bose-Einstein dalam sebuah bejana, Steinhauer mengarahkan sinar laser ke kondensat halus untuk menciptakan horizon peristiwa. Selanjutnya, eksperimennya menciptakan gelombang suara yang menjadi terperangkap di antara dua batas yang menentukan horizon peristiwa. Steinhauer menemukan bahwa gelombang suara pada horizon peristiwa analognya diperkuat ketika terjadi cahaya di rongga laser umum tetapi juga seperti yang diprediksi oleh teori lubang hitam Dr. Hawking. Cahaya lolos dari kehadiran laser di horizon peristiwa analog. Steinhauer menjelaskan bahwa cahaya yang keluar ini mewakili radiasi Hawking yang telah lama dicari.
Publikasi karya ini di Nature menjalani peer review yang cukup untuk diterima tetapi itu saja tidak memvalidasi temuannya. Pekerjaan Steinhauer sekarang akan tahan terhadap pengawasan yang lebih besar. Orang lain akan berusaha menduplikasi karyanya. Pengaturan labnya adalah analog dan masih harus diverifikasi bahwa apa yang dia amati benar-benar mewakili radiasi Hawking.
Referensi:
"Pengamatan radiasi Hawking yang menguatkan diri sendiri dalam laser lubang hitam analog", Nature Physics, 12 Oktober 2014
"Hawking Radiation from Ultrashort Laser Pulse Filamen", F. Belgiorno, et al., Phys. Surat, September 2010
"Ledakan lubang hitam?", S. W. Hawking, et al., Nature, 01 Maret 1974
"Mekanika Kuantum Lubang Hitam", S. Hawking, Scientific American, Januari 1977
