Teori Stephen Hawking Tentang Lubang Hitam Telah Terbukti

Teorema area lubang hitam yang dikemukakan Hawking pada 1971 yang diterangkan dengan teori relativitas umum Einstein, menyatakan bahwa tidak mungkin area permukaan lubang hitam akan berkurang seiring dengan berjalan waktu.
Aturan ini menarik minat para fisikawan karena terkait erat dengan aturan lain yang tampaknya mengatur waktu untuk berjalan ke arah tertentu: hukum kedua termodinamika, yang menyatakan bahwa entropi, atau ketidakteraturan, sistem tertutup harus selalu meningkat, karena entropi lubang hitam sebanding dengan luas permukaannya, keduanya harus selalu meningkat.
Menurut studi baru, konfirmasi para peneliti tentang hukum area tampaknya menyiratkan bahwa sifat-sifat lubang hitam adalah petunjuk penting bagi hukum tersembunyi yang mengatur alam semesta.
Anehnya, hukum area tampaknya bertentangan dengan teorema lain yang telah terbukti dari fisikawan terkenal yang menyatakan bahwa lubang hitam harus menguap dalam skala waktu yang sangat lama. Jadi, mencari tahu sumber kontradiksi antara kedua teori tersebut dapat mengungkapkan teori fisika yang baru.
"Luas permukaan lubang hitam tidak dapat dikurangi, seperti yang telah dikemukakan dalam hukum kedua termodinamika. Hukum itu juga memiliki kekekalan massa, karena Anda tidak dapat mengurangi massanya, jadi itu sesuai dengan analog kekekalan energi," kata astrofisikawan di Massachusetts Institute of Technology, Maximiliano Isi, kepada laman Live Science pada akhir pekan lalu.
"Awalnya orang-orang dengan amat takjub menyatakan bahwa semua itu merupakan hal yang paralel, tapi kami segera menyadari bahwa ini justru merupakan hal yang fundamental. Lubang hitam memiliki entropi, dan itu sebanding dengan area mereka. Ini bukan hanya kebetulan belaka, namun ini adalah fakta mendalam tentang dunia, yang mereka ungkapkan," imbuh dia.
Area permukaan lubang hitam ditentukan oleh batas bola yang dikenal sebagai cakrawala peristiwa, di luar titik ini tidak ada apa pun, bahkan cahaya, yang dapat lolos dari tarikan gravitasinya yang kuat.
Menurut interpretasi Hawking tentang relativitas umum, ketika luas permukaan lubang hitam bertambah seiring dengan massanya, dan karena tidak ada benda yang dilemparkan ke dalam yang dapat keluar, luas permukaannya tidak dapat berkurang.
Tetapi luas permukaan lubang hitam juga menyusut seiring makin cepatnya ia berputar, jadi para peneliti bertanya-tanya apakah mungkin untuk melempar benda ke dalam lubang hitam yang berputar bisa mengurangi luasnya.
"Anda akan membuatnya berputar lebih banyak, tetapi tidak cukup untuk mengimbangi massa yang baru saja Anda tambahkan. Apa pun yang Anda lakukan, massa dan putaran akan membuat Anda mendapatkan area yang lebih besar," tutur Isi.

Analisis Gelombang Radiasi
Untuk menguji teori ini, para peneliti menganalisis gelombang gravitasi atau riak dalam struktur ruang-waktu, yang diciptakan 1,3 miliar tahun lalu oleh dua lubang hitam raksasa saat mereka berputar ke arah satu sama lain dengan kecepatan tinggi.
Ini adalah gelombang pertama yang pernah terdeteksi pada 2015 oleh Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), sinar laser sepanjang 1.864 mil (3.000 kilometer) yang mampu mendeteksi distorsi sekecil apa pun dalam ruang-waktu dengan cara mengubah panjang jalurnya.
Dengan membagi sinyal menjadi dua bagian, sebelum dan setelah lubang hitam bergabung, para peneliti menghitung massa dan putaran dari kedua lubang hitam asli dan yang baru digabungkan. Angka-angka ini, pada gilirannya, memungkinkan mereka untuk menghitung luas permukaan setiap lubang hitam sebelum dan sesudah tumbukan.
"Saat mereka berputar satu sama lain lebih cepat dan makin cepat lagi, gelombang gravitasi meningkat dalam amplitudo lebih dan lebih sampai mereka akhirnya jatuh ke satu sama lain, membuat ledakan besar gelombang ini," kata Isi.
"Yang tersisa pada anda adalah lubang hitam baru yang berada dalam keadaan tereksitasi ini, yang kemudian dapat Anda pelajari dengan menganalisis bagaimana getarannya. Ini seperti jika Anda membunyikan bel, nada dan durasi spesifik yang dibunyikannya akan memberitahu Anda struktur dari bel itu, dan juga terbuat dari apa," imbuh dia.
Luas permukaan lubang hitam yang baru dibuat lebih besar dari dua gabungan awal, membenarkan hukum luas Hawking dengan tingkat kepercayaan lebih dari 95 persen. Menurut para peneliti, hasil mereka cukup sesuai dengan apa yang mereka harapkan. Teori relativitas umum, dari mana hukum area berasal, melakukan penjelasan yang sangat efektif untuk menggambarkan lubang hitam dan objek skala besar lainnya.

Misterius dan Membingungkan
Namun, misteri sebenarnya dimulai ketika kita mencoba mengintegrasikan relativitas umum yang jadi aturan objek besar yang dijelaskan dalam mekanika kuantum. Peristiwa aneh mulai terjadi, mendatangkan kekacauan pada semua aturan dasar yang kita pahami dan melanggar hukum area sepenuhnya.
Ini karena lubang hitam tidak bisa menyusut menurut relativitas umum, tetapi bisa menurut mekanika kuantum. Hawking yang menggagas hukum umum mengenai permukaan juga mengembangkan konsep yang dikenal sebagai radiasi Hawking, dimana kabut partikel dipancarkan di tepi lubang hitam melalui efek kuantum yang aneh.
Fenomena ini menyebabkan lubang hitam menyusut dan, akhirnya, selama periode waktu beberapa kali lebih lama dari usia alam semesta, menguap.
Penguapan ini mungkin terjadi dalam rentang waktu yang cukup lama untuk tidak melanggar hukum luas dalam jangka pendek, tetapi itu adalah pencerahan kecil bagi fisikawan.
"Secara statistik, dalam jangka waktu yang lama, hukum dilanggar," kata Isi. "Ini seperti air mendidih, Anda mendapatkan uap yang menguap dari panci Anda, tetapi jika Anda hanya membatasi diri untuk melihat air yang menghilang di dalamnya, Anda mungkin tergoda untuk mengatakan entropi panci menurun. Tetapi jika Anda mengambil uap juga diperhitungkan, entropi keseluruhan Anda telah meningkat. Sama halnya dengan lubang hitam dan radiasi Hawking," papar dia.
Dengan hukum area yang ditetapkan untuk jangka waktu pendek hingga menengah, langkah selanjutnya para peneliti adalah menganalisis data yang diperoleh dari lebih banyak gelombang gravitasi untuk wawasan lebih dalam yang dapat diperoleh dari lubang hitam.
"Saya terobsesi dengan benda-benda ini karena betapa paradoksnya mereka. Mereka sangat misterius dan membingungkan, namun pada saat yang sama kita tahu mereka sebagai benda paling sederhana yang ada," kata Isi.
"Ini, serta fakta bahwa mereka adalah tempat gravitasi bertemu mekanika kuantum, menjadikannya taman bermain yang sempurna untuk pemahaman kita tentang apa itu realitas," pungkas dia. SB/livescience/I-1