Lubang hitam mungkin merupakan objek paling misteri di alam semesta. Kecuali, tentu saja, perkara-perkara tersembunyi di suatu tempat yang mendalam, kewujudan yang tidak kita ketahui dan tidak dapat kita ketahui, yang tidak mungkin berlaku. Lubang hitam adalah massa dan ketumpatan kolosal, dimampatkan menjadi satu titik radius kecil. Sifat fizikal objek-objek ini sangat pelik sehingga meneka teka-teki ahli fizik dan astrofizik yang paling canggih. Sabine Hossfender, seorang ahli fizik teori, menyusun pilihan sepuluh fakta mengenai lubang hitam yang mesti diketahui oleh semua orang.
Apa itu lubang hitam?
Harta penentu lubang hitam adalah cakrawala. Ini adalah sempadan di mana tidak ada, bahkan cahaya yang dapat kembali. Sekiranya kawasan yang terpisah menjadi terpisah selamanya, kita bercakap mengenai "cakrawala peristiwa". Sekiranya hanya dipisahkan buat sementara waktu, kita bercakap mengenai "cakrawala yang kelihatan". Tetapi "sementara" ini juga dapat berarti wilayah ini akan terpisah lebih lama daripada zaman alam semesta sekarang. Sekiranya cakrawala lubang hitam bersifat sementara tetapi lama, perbezaan antara yang pertama dan yang kedua adalah kabur.
Berapa besar lubang hitam?
Anda dapat membayangkan cakrawala lubang hitam sebagai sfera, dan diameternya akan berkadar langsung dengan jisim lubang hitam. Oleh itu, semakin banyak jisim jatuh ke dalam lubang hitam, semakin besar lubang hitam itu. Akan tetapi, dibandingkan dengan objek bintang, lubang hitam kecil, kerana jisim dimampatkan menjadi isipadu yang sangat kecil di bawah pengaruh tekanan graviti yang luar biasa. Jejari lubang hitam dengan jisim planet Bumi, misalnya, hanya beberapa milimeter. Ini adalah 10,000,000,000 kali lebih sedikit daripada radius Bumi sekarang.
Video promosi:
Jejari lubang hitam disebut radius Schwarzschild setelah Karl Schwarzschild, yang pertama kali menyimpulkan lubang hitam sebagai penyelesaian teori relativiti umum Einstein.
Apa yang berlaku di kaki langit?
Semasa anda melintasi cakrawala, tidak ada yang istimewa berlaku di sekitar anda. Semuanya kerana prinsip kesetaraan Einstein, dari mana ia menunjukkan bahawa anda tidak dapat mencari perbezaan antara pecutan dalam ruang rata dan medan graviti, yang mewujudkan kelengkungan ruang. Walau bagaimanapun, seorang pemerhati yang jauh dari lubang hitam yang memerhatikan orang lain jatuh ke dalamnya akan melihat bahawa orang itu akan bergerak lebih perlahan dan perlahan ketika mereka mendekati cakrawala. Seolah-olah masa bergerak lebih perlahan berhampiran cakrawala peristiwa daripada jauh dari cakrawala. Namun, beberapa waktu akan berlalu, dan pemerhati yang jatuh ke dalam lubang akan melintasi cakrawala peristiwa dan mendapati dirinya berada di dalam radius Schwarzschild.
Apa yang anda alami di kaki langit bergantung pada daya pasang surut medan graviti. Kekuatan pasang surut di cakrawala berbanding terbalik dengan kuadrat jisim lubang hitam. Ini bermakna bahawa lubang hitam yang lebih besar dan lebih besar, semakin kurang daya. Dan jika hanya lubang hitam yang cukup besar, anda boleh melintasi cakrawala sebelum anda menyedari bahawa sesuatu berlaku. Kesan daya pasang surut ini akan meregangkan anda: istilah teknikal yang digunakan oleh ahli fizik untuk ini adalah spageti.
Pada hari-hari awal relativiti umum, diyakini ada satu keunikan di cakrawala, tetapi ini ternyata tidak berlaku.
Apa yang ada di dalam lubang hitam?
Tidak ada yang tahu pasti, tetapi pasti bukan rak buku. Relativiti umum meramalkan bahawa terdapat satu kesamaan di dalam lubang hitam, tempat di mana daya pasang surut menjadi sangat besar, dan setelah anda melintasi cakerawala peristiwa, anda tidak boleh pergi ke tempat lain melainkan keunikan. Oleh itu, lebih baik tidak menggunakan kerelatifan umum di tempat-tempat ini - ia tidak berfungsi. Untuk mengetahui apa yang berlaku di dalam lubang hitam, kita memerlukan teori graviti kuantum. Secara umum diterima bahawa teori ini akan menggantikan keunikan dengan sesuatu yang lain.
Bagaimana lubang hitam terbentuk?
Kami kini mengetahui empat cara berlainan lubang hitam. Paling difahami berkaitan dengan keruntuhan bintang Bintang yang cukup besar membentuk lubang hitam setelah peleburan nuklearnya berhenti, kerana semua yang sudah dapat disintesis telah disintesis. Apabila tekanan yang dihasilkan oleh peleburan berhenti, jirim mulai jatuh ke pusat gravitiasinya sendiri, menjadi semakin padat. Pada akhirnya, ia menjadi begitu padat sehingga tidak ada yang dapat mengatasi kesan graviti pada permukaan bintang: ini adalah bagaimana lubang hitam dilahirkan. Lubang hitam ini disebut "lubang hitam berjisim suria" dan yang paling biasa.
Jenis lubang hitam umum yang seterusnya adalah "lubang hitam supermasif", yang dapat dijumpai di pusat banyak galaksi dan yang berjisim lebih kurang satu bilion kali dari lubang hitam suria. Masih belum diketahui dengan tepat bagaimana ia terbentuk. Dipercayai bahawa mereka pernah bermula sebagai lubang hitam berjisim suria, yang di pusat galaksi berpenduduk padat memakan banyak bintang lain dan tumbuh. Walau bagaimanapun, mereka nampaknya menyerap bahan dengan lebih cepat daripada idea sederhana ini, dan bagaimana sebenarnya mereka melakukannya masih perlu diteliti.
Idea yang lebih kontroversial adalah lubang hitam primordial, yang mungkin terbentuk oleh hampir semua jisim dalam turun naik kepadatan besar di alam semesta awal. Walaupun mungkin, sukar untuk mencari model yang menghasilkannya tanpa menciptanya secara berlebihan.
Akhirnya, ada idea yang sangat spekulatif bahawa lubang hitam kecil dengan jisim yang hampir dengan boson Higgs dapat terbentuk di Large Hadron Collider. Ini hanya berfungsi jika alam semesta kita mempunyai dimensi tambahan. Sejauh ini, belum ada pengesahan yang menyokong teori ini.
Bagaimana kita tahu ada lubang hitam?
Kami mempunyai banyak bukti pemerhatian untuk objek padat dengan jisim besar yang tidak memancarkan cahaya. Objek-objek ini melepaskan diri oleh tarikan graviti, misalnya, kerana pergerakan bintang-bintang lain atau awan gas di sekelilingnya. Mereka juga membuat lensa graviti. Kita tahu bahawa objek ini tidak mempunyai permukaan yang kukuh. Ini mengikuti pemerhatian, kerana jirim jatuh pada objek dengan permukaan harus menyebabkan pelepasan lebih banyak zarah daripada jirim jatuh melalui cakrawala.
Mengapa Hawking mengatakan tahun lalu bahawa lubang hitam tidak wujud?
Dia bermaksud bahawa lubang hitam tidak memiliki cakrawala peristiwa yang kekal, tetapi hanya cakrawala yang tampak sementara (lihat paragraf satu). Dalam erti kata yang ketat, hanya cakerawala peristiwa yang dianggap sebagai lubang hitam.
Bagaimana lubang hitam mengeluarkan sinaran?
Lubang hitam mengeluarkan sinaran kerana kesan kuantum. Penting untuk diperhatikan bahawa ini adalah kesan kuantum jirim, bukan kesan graviti kuantum. Masa ruang dinamik lubang hitam yang runtuh mengubah definisi zarah. Seperti peredaran masa, yang berputar di dekat lubang hitam, konsep zarah terlalu bergantung pada pemerhati. Khususnya, ketika pemerhati jatuh ke dalam lubang hitam berfikir bahawa dia jatuh ke dalam kekosongan, seorang pemerhati yang jauh dari lubang hitam berpendapat bahawa ini bukan ruang hampa, tetapi ruang yang penuh dengan zarah. Pemanjangan ruang-waktu inilah yang menyebabkan kesan ini berlaku.
Pertama kali ditemui oleh Stephen Hawking, radiasi yang dipancarkan oleh lubang hitam disebut sebagai radiasi Hawking. Sinaran ini mempunyai suhu berbanding terbalik dengan jisim lubang hitam: semakin kecil lubang hitam, semakin tinggi suhunya. Lubang hitam bintang dan supermasif yang kita ketahui mempunyai suhu di bawah suhu latar gelombang mikro dan oleh itu tidak diperhatikan.
Apa itu paradoks maklumat?
Paradoks kehilangan maklumat disebabkan oleh radiasi Hawking. Sinaran ini adalah termal semata-mata, ia hanya mempunyai suhu secara kebetulan dan sifat-sifat tertentu. Sinaran itu sendiri tidak mengandungi maklumat mengenai bagaimana lubang hitam terbentuk. Tetapi apabila lubang hitam memancarkan radiasi, ia kehilangan jisim dan menguncup. Semua ini benar-benar bebas dari bahan yang menjadi bahagian lubang hitam atau dari mana ia terbentuk. Ternyata hanya mengetahui keadaan penyejatan terakhir, seseorang tidak dapat mengatakan dari apa lubang hitam itu terbentuk. Proses ini "tidak dapat dipulihkan" - dan tangkapannya adalah bahawa tidak ada proses sedemikian dalam mekanik kuantum.
Ternyata penyejatan lubang hitam tidak sesuai dengan teori kuantum seperti yang kita ketahui, dan sesuatu perlu dilakukan mengenainya. Hapuskan ketidakkonsistenan entah bagaimana. Sebilangan besar ahli fizik percaya bahawa penyelesaiannya adalah bahawa radiasi Hawking mesti mengandungi maklumat.
Apa yang dicadangkan oleh Hawking untuk menyelesaikan paradoks maklumat lubang hitam?
Ideanya adalah bahawa lubang hitam mesti mempunyai cara untuk menyimpan maklumat yang belum diterima. Maklumat disimpan di cakrawala lubang hitam dan boleh menyebabkan anjakan zarah kecil dalam radiasi Hawking. Dalam pemindahan kecil ini, mungkin ada maklumat mengenai perkara yang terperangkap. Perincian sebenar proses ini pada masa ini tidak jelas. Para saintis sedang menunggu makalah teknikal yang lebih terperinci dari Stephen Hawking, Malcolm Perry dan Andrew Strominger. Mereka mengatakan ia akan muncul pada akhir bulan September.
Pada masa ini, kami yakin bahawa lubang hitam ada, kami tahu di mana mereka berada, bagaimana ia terbentuk dan bagaimana ia akhirnya akan menjadi. Tetapi perincian dari mana maklumat itu disampaikan masih merupakan salah satu misteri alam semesta terbesar.
Ilya Khel
