Oleh: Leonard Susskind
(Sumber: Scientific American, Special Edition – The Edge of Physics, 31 Mei 2003, hal. 18-23)
(Sumber: Scientific American, Special Edition – The Edge of Physics, 31 Mei 2003, hal. 18-23)
Apa yang terjadi dengan informasi pada materi yang dihancurkan oleh black hole? Mencari jawaban tersebut, fisikawan meraba-raba teori gravitasi quantum.
Bagi Windbag permukaan black hole terlihat seperti membran spheris, disebut horizon. Windbag melihat Goulash, yang jatuh ke dalam black hole, melambat dan memipih di horizon; menurut teori string, tubuh Goulash juga tampak terbentang di atasnya. Jadi, Windbag, yang mewakili pengamat luar, melihat informasi yang jatuh ke dalam black hole berhenti di permukaannya. Tapi Goulash merasa dirinya jatuh persis melewati horizon menuju pusat black hole, di mana dia terlumat.
Di suatu tempat di luar angkasa, kapsul waktu milik Profesor Windbag telah disabotase oleh rivalnya, Profesor Goulash. Kapsul itu memuat rumus matematika yang penting bagi generasi masa depan. Tapi rencana jahat Goulash untuk menanam bom telah berhasil. Daaar! Rumus itu menguap menjadi sekumpulan elektron, nukleon, photon, dan terkadang neutrino. Windbag kebingungan. Dia tak punya catatan rumus dan tak dapat mengingat derivasinya.
Berikutnya, di pengadilan, Windbag menuduh Goulash bersalah: “Apa yang sudah dilakukan si goblok ini tak bisa dibalikkan lagi. Lenyap bersama jabatanmu!”
“Omong-kosong,” kata Goulash santai. “Informasi tak bisa dihancurkan. Kau malas saja, Windbag. Kau hanya perlu menemukan setiap partikel di reruntuhan dan membalik gerakannya. Hukum alam bersifat simetris waktu, jadi dengan membalik segalanya, rumus bodohmu itu akan tersusun ulang. Tak diragukan, ini membuktikan bahwa saya tak bisa menghancurkan informasi berhargamu.” Goulash memenangkan perkara.
Balas dendam Windbag sama jahatnya. Sementara Goulash keluar kota, komputernya dicuri beserta semua filenya, termasuk resep masakannya. Windbag lalu meluncurkan komputer itu ke luar angkasa, persis ke black hole terdekat.
Di persidangan terhadap Windbag, Goulash marah. “Tak ada cara untuk mengeluarkan file-file saya. Mereka di dalam black hole, dan jika saya masuk untuk mendapatkannya, saya akan remuk. Kau betul-betul telah menghancurkan informasi, dan kau akan membayarnya.”
“Keberatan, Yang Mulia!” Windbag melompat bangun. “Semua orang tahu bahwa black holeakhirnya menguap. Tunggu saja cukup lama, black hole akan memancarkan seluruh massanya dan berubah menjadi photon dan partikel lain yang berhamburan. Memang benar perlu 1070tahun, tapi yang penting prinsipnya. Goulash cuma perlu membalik jalur reruntuhan, dan komputernya akan terbang kembali keluar dari black hole.”
“Tidak!” seru Goulash. “Ini lain. Resepku lenyap di balik perbatasan black hole, di balik horizonnya. Sekali sesuatu melintasi horizon, ia takkan pernah kembali keluar kecuali jika melampaui kecepatan cahaya, dan tak ada yang bisa melakukkan itu. Tak mungkin hasil penguapan, yang muncul dari luar horizon, mengandung resep-resep saya, sekalipun dalam bentuk campur-aduk. Dia bersalah, Yang Mulia.”
Yang Mulia kebingungan. “Kita perlu saksi ahli. Profesor Hawking, bagaimana menurut Anda?”
Stephen Hawking dari Universitas Cambridge berdiri menjadi saksi. “Goulash benar. Dalam banyak situasi, informasi tercampur-aduk dan praktisnya lenyap. Contoh, jika setumpuk kartu baru dilontarkan ke udara, urutan awal lenyap. Tapi pada prinsipnya, jika kita tahu persis detil-detil bagaimana kartu itu dilemparkan, urutan awal bisa direkonstruksi. Ini disebut mikroreversibilitas. Tapi dalam paper tahun 1976, saya menunjukkan bahwa prinsip mikroreversibilitas, yang salalu ada dalam fisika klasik dan quantum, dilanggar oleh black hole. Karena informasi tidak bisa melarikan diri dari balik horizon, black hole merupakan sumber baruirreversibility yang fundamental di alam. Windbag betul-betul telah menghancurkan informasi.”
Yang Mulia beralih kepada Windbag: “Apa jawaban Anda terhadap hal ini?” Windbag memanggil Profesor Gerard ‘t Hooft dari Universitas Utrecht di Belanda.
“Hawking keliru,” ‘t Hooft mengawali. “Saya percaya black hole tidak harus melanggar hukum lazim mekanika quantum. Kalau tidak, teori tersebut akan lepas kendali. Anda tak bisa meruntuhkan reversibilitas mikroskopis tanpa menghancurkan kekekalan energi. Seandainya Hawking benar, alam semesta akan memanas hingga temperatur 1031 derajat dalam sepecahan detik. Karena hal ini tidak terjadi, pasti ada suatu jalan keluar.”
Dua puluh lebih fisikawan teoritis ternama dipanggil untuk bersaksi. Yang menjadi jelas, mereka semua tidak sepakat.
Paradoks Informasi
Windbag dan Goulash tentu hanyalah sosok fiksi. Namun tidak demikian dengan Hawking dan ‘t Hooft, dan kontroversi tentang apa yang terjadi pada informasi yang jatuh ke dalam black hole. Klaim Hawking bahwa black hole memakan informasi telah menarik perhatian hingga menimbulkan konflik yang berpotensi serius antara mekanika quantum dan teori relativitas umum. Persoalan ini dikenal sebagai paradoks informasi.
Windbag dan Goulash tentu hanyalah sosok fiksi. Namun tidak demikian dengan Hawking dan ‘t Hooft, dan kontroversi tentang apa yang terjadi pada informasi yang jatuh ke dalam black hole. Klaim Hawking bahwa black hole memakan informasi telah menarik perhatian hingga menimbulkan konflik yang berpotensi serius antara mekanika quantum dan teori relativitas umum. Persoalan ini dikenal sebagai paradoks informasi.
Saat sesuatu jatuh ke dalam black hole, kita yakin ia takkan terbang kembali keluar. Informasi yang tersandi pada atribut atom-atom konstituennya, menurut Hawking, mustahil diperoleh kembali. Albert Einstein pernah menolak mekanika quantum dengan protes: “Tuhan tidak bertaruh”. Tapi Hawking menyatakan bahwa “Tuhan bukan cuma bertaruh, Dia juga terkadang melempar dadu ke tempat mereka tak bisa dilihat”—ke dalam black hole.
Dalam analogi ini, invisible horizon (horizon tak tampak) digambarkan sebagai “titik tanpa kembali” di sebuah sungai. Di sebelah kiri, air mengalir lebih deras melampaui kesanggupan “ikan ringan”. Jika ikan kebetulan hanyut melebihi garis ini, ia takkan bisa kembali ke atas; ia pasti terlumat di air terjun. Tapi ikan tak melihat sesuatu yang istimewa di garis tersebut.
Demikian halnya, sinar cahaya atau seseorang yang berada di dalam horizon black hole takkan bisa keluar; objek tak pelak jatuh ke dalam singularitas di pusatnya tapi tidak melihat ada yang istimewa tentang horizon.
Persoalannya adalah, urai ‘t Hooft, jika informasi betul-betul lenyap, mekanika quantum runtuh. Terlepas dari [prinsip] ketidakpastiannya yang masyhur, mekanika quantum mengendalikan perilaku partikel secara rinci: yakni bisa dibalik (reversible). Ketika sebuah partikel berinteraksi dengan partikel lain, ia bisa terserap atau terpantul atau bahkan pecah menjadi partikel-partikel lain. Tapi kita selalu bisa merekonstruksi konfigurasi awal partikel-partikel dari produk akhirnya.
Jika aturan ini dilanggar oleh black hole, berarti energi bisa diciptakan atau dihancurkan, mengancam salah satu tiang fondasi terpenting dalam fisika. Kekekalan energi telah dipastikan oleh struktur matematis mekanika quantum, yang juga menjamin reversibilitas; menghilangkan [kaidah] yang satu berarti menghilangkan [kaidah] yang lainnya. Sebagaimana ditunjukkan oleh Thomas Banks, Michael Peskin, dan saya pada 1980 di Universitas Standford, lenyapnya informasi di black hole menghasilkan energi dalam jumlah berlimpah. Atas alasan demikian, ‘t Hooft dan saya percaya bahwa informasi yang jatuh ke dalam black hole pasti, entah bagaimana caranya, bisa diakses oleh dunia luar.
Beberapa fisikawan merasa pertanyaan tentang apa yang terjadi di black hole bersifat akademis atau bahkan teologis. Tapi masa depan aturan fisika dipertaruhkan. Proses-proses di dalamblack hole hanyalah contoh ekstrim interaksi antara partikel-partikel unsur. Pada [level] energi yang bisa dicapai oleh partikel-partikel di akselerator-akselerator besar hari ini (sekitar 1012eV), tarikan gravitasi di antara mereka sepele/dapat diabaikan. Tapi jika partikel-partikel memiliki “energi Planck” yakni sekitar 1028 eV, begitu banyak energi—dan karenanya massa—jadi terkonsentrasi di volume kecil sehingga gaya gravitasi melampaui bobot gaya-gaya lainnya. Tubrukan yang dihasilkan melibatkan mekanika quantum dan teori relativitas umum dalam kadar setara.
Dari akselerator-akselerator Planckian-lah kita mencari pedoman dalam membangun teori-teori fisika masa depan. Sialnya, Shmuel Nussinov dari Universitas Tel Aviv menyimpulkan bahwa akselerator semacam itu harus sekurangnya sebesar keseluruhan alam semesta kita.
Meski demikian, fisika [skala] energi Planck bisa diungkap melalui atribut-atribut materi dikenal. Partikel-partikel unsur memiliki beragam atribut yang menuntun fisikawan menduga bahwa partikel-partikel itu tidaklah begitu elementer: partikel pasti memiliki banyak perlengkapan internal tak tertemukan, yang ditentukan oleh fisika pada [skala] energi Planck. Kita akan mengenali kecocokan relativitas umum dan fisika quantum—atau gravitasi quantum—lewat kemampuannya menjelaskan atribut-atribut elektron, photon, quark, dan neutrino yang dapat diukur.
Sangat sedikit yang kita ketahui dengan kepastian mutlak mengenai tubrukan pada [level] energi melebihi skala Planck, tapi sudah ada pengalaman. Tubrukan antarhulu pada [skala] energi ini melibatkan begitu banyak massa yang terkonsentrasi di volume kecil sehingga black hole akan terbentuk dan kemudian menguap. Jadi menetapkan apakah black hole melanggar aturan mekanika quantum atau tidak sangatlah penting dalam membongkar struktur terdasar partikel-partikel.
Black hole terlahir ketika begitu banyak massa atau energi berkumpul di volume kecil sehingga gaya gravitasi mengatasi semua gaya lain dan segalanya kolaps di bawah bobotnya sendiri. Material terperas menjadi kawasan luar biasa kecil yang disebut singularitas, yang mana densitas di dalamnya pada esensinya tak terhingga. Di sekeliling singularitas terdapat permukaan imajiner yang disebut horizon. Untuk black hole bermassa seukuran galaksi, horizonnya adalah 1011 km dari pusat—sejauh jangkauan terluar tata surya kita dari matahari. Untuk black hole bermassa seukuran matahari, horizonnya kurang-lebih satu kilometer jauhnya [dari pusat]; untuk black hole bermassa seukuran gunung kecil, horizonnya adalah 10-13 cm jauhnya [dari pusat], kurang-lebih seukuran proton.
Horizon memisahkan ruang menjadi dua kawasan yang boleh kita anggap sebagai interior dan eksterior black hole. Asumsikan Goulash, yang mengintai komputer miliknya dekat black hole, menembakkan sebuah partikel dari tengah-tengah. Jika dia tidak terlalu dekat dan partikel itu memiliki kecepatan tinggi, maka partikel akan mengatasi tarikan gravitasi black hole dan terbang menjauh. Partikel kemungkinan besar akan lolos jika ditembakkan dengan kecepatan maksimum—yakni kecepatan cahaya. Namun, jika Goulash terlampau dekat dengan singularitas, gaya gravitasi akan begitu besar sehingga sinar cahaya sekalipun akan terhisap. Horizon adalah tempat bertanda peringatan (virtual): TITIK TANPA KEMBALI. Tiada partikel atau sinyal apapun dapat melintasinya dari dalam ke luar.
Di Horizon
Sebuah analogi yang terinspirasi oleh William G. Unruh dari Universitas British Columbia, pionir mekanika quantum black hole, membantu menjelaskan relevansi horizon. Bayangkan sebuah sungai yang hilirnya lebih deras. Di antara ikan yang hidup di situ, perenang tercepat adalah “ikan-ringan”. Tapi di suatu titik, sungai mengalir pada kecepatan maksimum ikan; jelas, ikan-ringan manapun yang hanyut ke belakang titik ini takkan bisa kembali ke atas. Mereka pasti lumat di bebatuan di bawah Air Terjun Singularitas, hilir sungai. Tapi bagi ikan-ringan yang tak curiga, melewati “titik tanpa kembali” bukanlah peristiwa signifikan. Tak ada arus atau gelombang kejut yang memperingatkannya agar tidak melintas.
Sebuah analogi yang terinspirasi oleh William G. Unruh dari Universitas British Columbia, pionir mekanika quantum black hole, membantu menjelaskan relevansi horizon. Bayangkan sebuah sungai yang hilirnya lebih deras. Di antara ikan yang hidup di situ, perenang tercepat adalah “ikan-ringan”. Tapi di suatu titik, sungai mengalir pada kecepatan maksimum ikan; jelas, ikan-ringan manapun yang hanyut ke belakang titik ini takkan bisa kembali ke atas. Mereka pasti lumat di bebatuan di bawah Air Terjun Singularitas, hilir sungai. Tapi bagi ikan-ringan yang tak curiga, melewati “titik tanpa kembali” bukanlah peristiwa signifikan. Tak ada arus atau gelombang kejut yang memperingatkannya agar tidak melintas.
Tapi Windbag, menyaksikan Goulash dari kapal antariksa dengan aman di luar horizon, melihat Goulash beraksi secara ganjil. Windbag telah menurunkan sebuah kabel yang dilengkapi kamera video dan perangkat kecil lain ke horizon. Sewaktu Goulash jatuh ke arah black hole, kecepatannya meningkat hingga mendekati kecepatan cahaya. Einstein menemukan bahwa jika dua orang bergerak cepat secara relatif terhadap satu sama lain, masing-masing akan melihat jam rekannya melambat; selain itu, jam di dekat objek masif akan berjalan lambat dibanding jam di ruang hampa. Windbag memandang Goulash yang tak wajar. Sewaktu jatuh, Goulash mengacungkan tinjunya kepada Windbag, tapi Windbag melihat gerakan Goulash melambat hingga berhenti. Walaupun Goulash jatuh melewati horizon, Windbag melihatnya tak sampai-sampai juga.
Nyatanya, Goulash bukan cuma terlihat melambat, tubuhnya juga seolah teremas menjadi lapisan tipis. Einstein juga menunjukkan bahwa jika dua orang bergerak cepat terhadap satu sama lain, masing-masing akan melihat rekannya memipih ke arah gerakan. Yang lebih aneh, Windbag juga pasti melihat semua material yang pernah jatuh ke dalam black hole, termasuk materi awal yang menyusunnya—serta komputer Goulash—sama-sama memipih dan terbeku di horizon. Menurut pengamat luar, semua materi tersebut mengalami dilasi waktu relativistik. Menurut Windbag, black hole adalah tempat rongsokan luas berisi materi pipih di horizonnya. Tapi Goulash tak melihat sesuatu yang aneh sampai beberapa waktu kemudian, ketika dia mencapai singularitas, untuk dilumatkan oleh gaya-gaya ganas di sana.
Para teoris black hole telah menemukan selama bertahun-tahun bahwa dari luar, atribut-atributblack hole dapat dideskripsikan dari segi membran matematis di atas horizon. Lapisan ini memiliki banyak kualitas fisikal, semisal konduktivitas listrik dan kekentalan. Barangkali yang paling mengejutkan dari atributnya dipostulatkan pada awal 1970-an oleh Hawking, Unruh, dan Jacob D. Bekenstein dari Universitas Hebrew Yerusalem. Mereka menemukan bahwa sebagai konsekuensi dari mekanika quantum, black hole—terutama horizonnya—berperilaku seolah mengandung panas/kalor. Horizon adalah lapisan suatu jenis material panas.
Temperatur horizon tergantung pada di mana ia diukur. Asumsikan salah satu perangkat yang Windbag cantelkan pada kabelnya adalah termometer. Jauh dari horizon, dia menemukan bahwa temperaturnya berbanding terbalik dengan massa black hole. Untuk black hole bermassa seukuran matahari, “temperatur Hawking” ini sekitar 10-8 derajat—jauh lebih dingin daripada ruang antargalaksi. Namun, begitu termometer Windbag mendekati horizon, temperatur tercatat sekitar seperseribu derajat; pada [jarak] diamater nuklir, alat itu mencatat 10 miliar derajat. Temperatur akhirnya jadi begitu tinggi sehingga tak ada termometer normal dapat mengukurnya.
Objek panas juga memiliki ketidakteraturan intrinsik yang disebut entropi, yang terkait dengan jumlah informasi yang dapat dimuat oleh sebuah sistem. Bayangkan kekisi kristal berjumlah titik N (lattice site/titik kekisi adalah titik di setiap sudut kekisi—penj); masing-masing titik bisa menyimpan satu atom atau tidak sama sekali. Jadi, setiap titik memuat satu “bit” informasi, ekuivalen dengan apakah atom ada atau tidak; kekisi keseluruhan memiliki N bit dan dapat mengandung N unit informasi. Karena ada dua pilihan untuk tiap titik dan N cara pengkombinasian pilihan-pilihan ini, sistem keseluruhan dapat berada dalam salah satu dari 2Nstatus (yang masing-masing ekuivalen dengan berbagai pola atom). Entropi (atau ketidakteraturan) didefinisikan sebagai logaritma jumlah kemungkinan status. Ini kurang-lebih sama dengan N—bilangan yang mengukur kapasitas sistem untuk memuat informasi.
Bekenstein menemukan bahwa entropi black hole berbanding dengan luas horizonnya. Rumus tepat, yang diperoleh Hawking, memprediksi entropi sebesar 3,2 x 1064 per cm2 luas horizon. Apapun yang dimuat oleh sistem fisikal, bit-bit informasi di horizon pasti amat kecil dan terdistribusi secara rapat: dimensi linier mereka pasti sebesar 1/1020 ukuran dimensi linier proton. Mereka juga pasti sangat istimewa sampai-sampai Goulash meluputkannya sama sekali sewaktu dia melintas.
Penemuan atribut termodinamis black hole membawa Hawking pada kesimpulan yang sangat menarik. Seperti benda panas lainnya, black hole pasti memancarkan energi dan partikel ke ruang sekitar. Radiasi itu timbul dari horizon dan tidak melanggar aturan bahwa tak ada yang bisa lolos dari dalam. Tapi itu menyebabkan black hole kehilangan energi dan massa. Pada waktunya, black hole yang terisolir memancarkan habis seluruh massanya lalu lenyap.
Kerucut cahaya menggambarkan sinar cahaya yang memancar dari sebuah titik. Di luar horizon, kerucut-kerucut ini menunjuk ke atas—yakni, ke masa depan. Tapi di dalam, kerucut meruncing hingga cahaya jatuh ke dalam pusat black hole.
Semua hal di atas, meski ganjil, sudah diketahui oleh para relativis selama beberapa dekade. Kontroversi nyata timbul ketika, mengikuti Hawking, kita mencari nasib informasi yang jatuh ke dalam black hole selama dan setelah pembentukan black hole. Rincinya, bisakah [informasi] itu dibawa keluar oleh produk-produk penguapan—meski dalam bentuk campur-aduk—ataukah lenyap selamanya di balik horizon?
Goulash, yang membuntuti komputernya ke dalam black hole, akan bersikeras bahwa kandungan [black hole] melintas ke balik horizon, di mana mereka hilang ke dunia luar; ini, singkatnya, merupakan argumen Hawking. Sudut pandang berlawanan dapat dijelaskan oleh Windbag: “Saya melihat komputer jatuh menuju horizon, tapi saya tak pernah melihatnya melewatinya. Temperatur dan radiasi naik begitu hebat sehingga saya tak lagi bisa menelusurinya. Saya yakin komputer itu teruapkan; lalu energi dan massanya keluar kembali dalam bentuk radiasi termal. Konsistensi mekanika quantum mensyaratkan bahwa energi penguapan ini juga membawa serta semua informasi di dalam komputer.” Ini merupakan posisi yang diambil saya dan ‘t Hooft.
Komplementaritas Black Hole
Mungkinkah Goulash maupun Windbag sama-sama benar, sedikit-banyak? Mungkinkah pengamatan Windbag memang konsisten dengan hipotesis bahwa Goulash dan komputernya ditermalkan dan dipancarkan kembali ke ruang angkasa sebelum mencapai horizon, meskipun Goulash tak menemukan sesuatu yang aneh sampai akhirnya dia menjumpai singularitas? Ide bahwa kedua skenario ini tidak bertentangan melainkan saling melengkapi pertama kali dikemukakan sebagai prinsip komplementaritas black hole oleh Lárus Thorlacius, John Uglum, dan saya di Standford. Ide-ide serupa juga ditemukan pada karya ‘t Hooft. Komplementaritasblack hole merupakan prinsip baru relativitas. Dalam teori relativitas khusus, kita menemukan bahwa walaupun berbagai pengamat tak sependapat mengenai panjang waktu dan interval ruang, peristiwa-peristiwa terjadi di lokasi-lokasi ruangwaktu definitif. Komplementaritas black hole menyingkirkan hal ini.
Mungkinkah Goulash maupun Windbag sama-sama benar, sedikit-banyak? Mungkinkah pengamatan Windbag memang konsisten dengan hipotesis bahwa Goulash dan komputernya ditermalkan dan dipancarkan kembali ke ruang angkasa sebelum mencapai horizon, meskipun Goulash tak menemukan sesuatu yang aneh sampai akhirnya dia menjumpai singularitas? Ide bahwa kedua skenario ini tidak bertentangan melainkan saling melengkapi pertama kali dikemukakan sebagai prinsip komplementaritas black hole oleh Lárus Thorlacius, John Uglum, dan saya di Standford. Ide-ide serupa juga ditemukan pada karya ‘t Hooft. Komplementaritasblack hole merupakan prinsip baru relativitas. Dalam teori relativitas khusus, kita menemukan bahwa walaupun berbagai pengamat tak sependapat mengenai panjang waktu dan interval ruang, peristiwa-peristiwa terjadi di lokasi-lokasi ruangwaktu definitif. Komplementaritas black hole menyingkirkan hal ini.
Asumsikan Windbag, yang kabelnya juga dilengkapi mikroskop canggih, menyaksikan sebuah atom jatuh menuju horizon. Mulanya dia melihat atom itu sebagai nukleus yang dikelilingi oleh blur muatan negatif. Tapi begitu atom semakin mendekati black hole, gerakan internalnya tampak melambat dan elektron-elektron menjadi terlihat. Tak lama kemudian, elektron-elektron itu membeku, dan proton-proton dan neutron-neutron mulai menampakkan diri. Berikutnya lagi, quark-quark penyusun partikel-partikel ini tersingkap. (Goulash, yang jatuh bersama atom tersebut, tak melihat perubahan.)
Segelintir fisikawan percaya partikel-partikel unsur terbuat dari konstituen yang lebih kecil lagi. Walaupun tak ada teori pasti untuk mekanisme ini, satu kandidat berdiri menonjol: teori string. Dalam teori ini, partikel unsur tidaklah menyerupai titik; justru ia mirip gelang karet amat kecil yang bisa bervibrasi dengan banyak mode. Mode fundamental memiliki frekuensi terendah; lalu ada harmonik-harmonik tinggi, yang bisa dilapiskan ke atas yang lainnya. Jumlah mode ini tak terhingga, yang masing-masingnya ekuivalen dengan satu partikel unsur.
Di sinilah analogi lain membantu. Kita tak dapat melihat sayap burung kolibri yang melayang, sebab sayapnya berkibas terlalu cepat. Tapi dalam foto yang diambil dengan kecepatan shutteryang tinggi, kita dapat melihat sayap-sayapnya—sehingga burung itu tampak lebih besar. Jika seekor burung kolibri jatuh ke dalam black hole, Windbag akan melihat sayapnya mengambil bentuk selagi si burung mendekati horizon dan getaran terlihat melambat; burung terlihat tumbuh. Nah, asumsikan sayap-sayapnya memiliki bulu yang berkepak lebih cepat lagi. Segera, bulu-bulu ini juga akan muncul dalam penglihatan [Windbag], menambah ukuran burung. Windbag melihat burung membesar terus-menerus. Sementara Goulash, yang jatuh bersama burung, tidak melihat pertumbuhan aneh semacam itu.
Seperti sayap-sayap burung kolibri, osilasi string biasanya terlampau cepat untuk dideteksi. String adalah objek amat kecil, 1/1020 ukuran proton. Tapi begitu ia jatuh ke dalam black hole, vibrasinya melambat dan semakin banyak [vibrasinya] yang terlihat. Studi matematis yang dilakukan di Standford oleh Thorlacius, Amanda W. Peet, Arthur Mezhlumian, dan saya telah mendemonstrasikan perilaku string selagi mode-mode tingginya membeku. String terbentang dan tumbuh, seolah ia sedang dibombardir oleh partikel-partikel dan radiasi di lingkungan amat panas. Dalam waktu relatif singkat, string dan semua informasi yang dikandungnya terpulas pada seluruh horizon.
Gambaran ini berlaku pada semua material yang jatuh ke dalam black hole—sebab menurut teori string, segalanya pada dasarnya terbuat dari string. Masing-masing string elementer terbentang dan menumpangtindih semua string lainnya sampai kekusutan yang rapat menutupi horizon. Masing-masing segmen kecil string, berdiameter 10-33 cm, berfungsi sebagai bit. Jadi, string menjadi sarana bagi permukaan black hole untuk memuat informasi berlimpah yang jatuh selama kelahiran black hole dan sesudahnya.
Teori String
Kalau begitu, rupanya horizon cuma terbuat dari zat di black hole, berubah menjadi kekusutan raksasa string-string. Informasi, menurut pengamat luar, tak pernah betul-betul jatuh ke dalamblack hole; ia berhenti di horizon dan kemudian dipancarkan kembali ke luar. Teori string menyodorkan realisasi konkret komplementaritas black hole dan karenanya menjadi jalan keluar dari paradoks informasi. Bagi pengamat luar—yakni kita—informasi tak pernah lenyap. Hal yang terpenting, tampaknya bit-bit di horizon merupakan segmen-segmen kecil string.
Kalau begitu, rupanya horizon cuma terbuat dari zat di black hole, berubah menjadi kekusutan raksasa string-string. Informasi, menurut pengamat luar, tak pernah betul-betul jatuh ke dalamblack hole; ia berhenti di horizon dan kemudian dipancarkan kembali ke luar. Teori string menyodorkan realisasi konkret komplementaritas black hole dan karenanya menjadi jalan keluar dari paradoks informasi. Bagi pengamat luar—yakni kita—informasi tak pernah lenyap. Hal yang terpenting, tampaknya bit-bit di horizon merupakan segmen-segmen kecil string.
Menelusuri evolusi black hole dari awal sampai akhir masihlah jauh dari jangkauan teknik terkini yang bisa diperoleh para teoris string. Tapi beberapa temuan baru yang menggairahkan memberi daging kuantitatif pada ide-ide angker ini. Secara matematis, black hole yang paling mudah diurus adalah black hole “ekstrim”. Sementara black hole yang tak mempunyai muatan listrik menguap hingga seluruh massanya terpancar habis, black hole bermuatan listrik atau (secara teori) magnet tidaklah demikian; penguapannya berhenti ketika tarikan gravitasi setara dengan tolakan elektrostatik atau magnetostatik [zat/benda apapun] yang ada di dalam black hole. Objek stabil yang tersisa disebut black hole ekstrim.
Kaskade vibrasi pada string melambat dan menjadi terlihat jika string jatuh ke dalam black hole. String cukup kecil untuk mengenkode semua informasi yang pernah jatuh ke dalam black hole, sehingga menyodorkan jalan keluar dari paradoks informasi.
Ashoke Sen dari Tata Institute of Fundamental Research (TIFR) di Mumbai, India, menunjukkan pada 1995 bahwa untuk black hole ekstrim tertentu yang bermuatan listrik, jumlah bit yang diprediksi oleh teori string persis menerangkan entropi yang terukur menurut luas horizon. Kesesuaian ini merupakan bukti kuat pertama bahwa black hole konsisten dengan string-string dalam mekanika quantum.
Namun black hole Sen [berukuran] mikroskopis. Belakangan, Andrew Strominger dari Universitas California di Santa Barbara, Cumrun Vafa dari Universitas Harvard, dan, agak kemudian, Curtis G. Callan dan Juan Maldacena dari Universitas Princeton memperluas analisa ini pada black hole-black hole bermuatan listrik maupun magnet. Black hole baru ini cukup besar untuk memungkinkan Goulash jatuh lewat tanpa terluka. Lagi-lagi, para teoris menemukan konsistensi penuh.
Dua kelompok telah mengerjakan kalkulasi baru radiasi Hawking yang lebih menarik lagi: Sumit R. Das dari TIFR, bersama Samir Mathur dari Massachusetts Institute of Technology; dan Avinash Dhar, Gautam Mandal, Spenta R. Wadia, juga di TIFR. Para periset ini mempelajari proses pemancaran lemak oleh black hole ekstrim berenergi atau bermassa berlebihan. Teori string menjawab sepenuhnya radiasi Hawking yang dihasilkan. Persis seperti mekanika quantum yang mendeskripsikan radiasi atom dengan menunjukkan bagaimana elektron melompat dari status “terstimulasi” berenergi tinggi ke status “dasar” berenergi rendah, string quantum rupanya menerangkan spektrum radiasi dari black hole terstimulasi. Paradoks informasi sedang menuju pemecahan. Windbag akan benar.
Prinsip komplementaritas black hole telah mendapat konfirmasi matematis spektakuler dari Maldacena dan yang lainnya. Menyusul pengenalan oleh ‘t Hooft dan saya mengenai apa yang disebut prinsip holografi, Maldacena menemukan ekuivalensi “holografis” yang hebat antara gravitasi quantum di dimensi bernama ruang anti de Sitter dan sistem quantum konvensional. Dia memberikan argumen kuat bahwa informasi di black hole di ruang tersebut tak pernah lenyap di balik horizon. Akibat dari temuan Maldacena, para fisikawan telah menjadikan komplementaritas black hole sebagai salah satu asumsi teori string modern yang berfungsi.
Mekanika quantum, saya yakin, kemungkinan besar akan terbukti konsisten dengan teori gravitasi; kedua arus besar fisika ini sedang bergabung menjadi teori gravitasi quantum berlandaskan teori string. Paradoks informasi telah memainkan peran luar biasa dalam revolusi fisika yang sedang berlangsung ini. Dan walaupun Goulash takkan pernah mengakuinya, Windbag barangkali akan terbukti benar: resep matelote d’anguilles miliknya tak lenyap selamanya dari dunia.
Penulis
Leonard Susskind adalah salah seorang penemu awal teori string. Dia memegang gelar Ph.D. dari Universitas Cornell dan telah menjadi profesor di Universitas Stanford sejak 1978. Dia memberi banyak kontribusi pada fisika partikel unsur, teori medan quantum, kosmologi, dan, teranyar, teori black hole. Studi gravitasi terkininya telah menuntunnya untuk menyatakan bahwa informasi dapat dimampatkan ke dalam sebuah dimensi rendah, konsep yang dia sebut alam semesta holografis.
Leonard Susskind adalah salah seorang penemu awal teori string. Dia memegang gelar Ph.D. dari Universitas Cornell dan telah menjadi profesor di Universitas Stanford sejak 1978. Dia memberi banyak kontribusi pada fisika partikel unsur, teori medan quantum, kosmologi, dan, teranyar, teori black hole. Studi gravitasi terkininya telah menuntunnya untuk menyatakan bahwa informasi dapat dimampatkan ke dalam sebuah dimensi rendah, konsep yang dia sebut alam semesta holografis.
Untuk Digali Lebih Jauh
- Black Holes and Time Warps: Einstein’s Outrageous Legacy. Kip S. Thorne. W.W. Norton, 1994.
- The Illustrated A Brief History of Time. Stephen W. Hawking. Bantam Books, 1996.
- Trends in Theoretical Physics: Explaining Everything. Madhusree Mukerjee dalam Scientific American, Vol. 274, No. 1, hal. 88-94, Januari 1996.
Sumber: sainstory.wordpress.com
Tidak ada komentar:
Posting Komentar