Paradoks lubang hitam yang terkenal tampaknya telah terpecahkan. Tapi semuanya sangat rumit

Daftar Isi:

Paradoks lubang hitam yang terkenal tampaknya telah terpecahkan. Tapi semuanya sangat rumit
Paradoks lubang hitam yang terkenal tampaknya telah terpecahkan. Tapi semuanya sangat rumit
Anonim

Selama 50 tahun, fisikawan teoretis telah mencoba memecahkan paradoks lubang hitam yang terkenal, yang memprediksi bahwa monster kosmik ini jauh lebih kompleks daripada yang disarankan oleh relativitas umum. Faktanya adalah bahwa menurut teori Einstein, lubang hitam ternyata sangat sederhana. Jika Anda mengetahui massa, muatan, dan rotasi lubang hitam, maka Anda tahu semua yang perlu Anda ketahui tentangnya. Ternyata lubang hitam adalah salah satu karakter paling sederhana dan paling mudah dipahami di seluruh Alam Semesta. Tetapi kesederhanaan yang tampak ini menciptakan paradoks yang mengganggu. Pada 1970-an, astrofisikawan terkenal Stephen Hawking menyadari bahwa lubang hitam tidak sepenuhnya hitam. Sebaliknya, mereka memancarkan cahaya melalui proses mekanika kuantum halus di cakrawala peristiwa mereka atau tepi lubang hitam, dari mana tidak ada apa pun, bahkan cahaya, yang dapat melarikan diri. Karena lubang hitam sangat sederhana dan hanya dapat digambarkan dengan tiga angka, semua informasi tentang materi yang masuk ke lubang hitam tampaknya terkunci selamanya. Tidak masalah jika Anda membuat lubang hitam dari bintang mati dan debu antarbintang atau lubang hitam dari kucing; selama dua lubang hitam ini memiliki putaran, massa, dan muatan yang sama, mereka akan identik. Tapi apa yang akhirnya terjadi pada informasi?

Paradoks informasi

Alam semesta luar biasa. Dan sangat disayangkan bahwa kota-kota modern sangat tercemar oleh pencahayaan, karena bintang-bintang di langit malam praktis tidak terlihat. Sementara itu, jika setiap malam kita melihat Bima Sakti dari jendela, dan setiap Agustus kita menyaksikan aliran Perseid dari kenyamanan rumah kita, kita mungkin akan lebih sering memikirkan Alam Semesta. Pada akhirnya, teori fisika paling gila, misalnya, tentang multiplisitas dunia atau bahwa dengan bantuan lubang hitam adalah mungkin untuk melakukan perjalanan ke Multiverse ini, mungkin menjadi kenyataan, siapa tahu.

Sementara itu, Andrei Linde dan ilmuwan lain menyarankan bahwa Big Bang kita bukan satu-satunya, upaya orang lain ditujukan untuk mempelajari lubang hitam, yang keberadaannya telah dibuktikan beberapa tahun yang lalu.

Stephen Hawking, yang mencurahkan banyak karya ilmiah untuk monster luar angkasa ini, percaya bahwa ketika lubang hitam memancarkan radiasi, ia menguap, akhirnya menghilang sepenuhnya - oleh karena itu disebut paradoks informasi lubang hitam. Jika sekumpulan informasi jatuh ke dalam lubang hitam dan informasi tersebut tidak dapat dihancurkan, lalu kapan lubang hitam itu menghilang dan kemana perginya semua informasi itu?

Image
Image

Cuplikan lubang hitam yang diambil dengan jaringan teleskop yang tersebar di delapan benua. Apa yang kita lihat pada gambar lebih besar dari seluruh tata surya kita. Massa lubang hitam ini melebihi massa matahari sebanyak 6,5 miliar kali.

Dalam serangkaian karya terobosan, fisikawan teoretis telah nyaris menyelesaikan paradoks informasi lubang hitam yang telah memesona dan menyiksa mereka selama hampir 50 tahun. Informasi, kata mereka sekarang dengan percaya diri, memang keluar dari lubang hitam.

Jika Anda melompat ke dalam lubang hitam, Anda tidak akan tersesat selamanya. Bagian demi bagian, informasi yang Anda butuhkan untuk memperbaiki tubuh Anda akan muncul kembali. Kebanyakan fisikawan telah lama berasumsi bahwa inilah masalahnya; ini adalah hasil dari teori string, kandidat utama untuk teori terpadu tentang segalanya. Tetapi kalkulasi baru, meskipun diilhami oleh teori string, tidak dengan sendirinya menyiratkan keberadaan mereka.

Informasi keluar berkat aksi gravitasi itu sendiri - hanya gravitasi biasa dengan satu lapisan efek kuantum, kata para peneliti. Ini adalah semacam perubahan dalam peran gravitasi.

Mengubah peran gravitasi

Menurut teori relativitas umum Einstein, gravitasi lubang hitam sangat kuat sehingga tidak ada yang bisa menghindarinya. Pemahaman yang lebih canggih tentang lubang hitam, yang dikembangkan oleh Stephen Hawking dan rekan-rekannya pada 1970-an, tidak mempertanyakan prinsip ini. Hawking dan yang lainnya mencoba mendeskripsikan materi di dalam dan di sekitar lubang hitam menggunakan teori kuantum, tetapi mereka terus mendeskripsikan gravitasi menggunakan teori klasik Einstein - pendekatan hibrida yang disebut fisikawan "semiklasik".

Meskipun pendekatan tersebut memperkirakan efek baru di sekeliling lubang, interior tetap terisolasi secara ketat. Fisikawan menyimpulkan bahwa Hawking telah membuat perhitungan semiklasik yang benar - kemajuan lebih lanjut harus memperlakukan gravitasi sebagai kuantum juga.

Image
Image

Lubang hitam seperti itu terlihat oleh pembuat film "Interstellar"

Namun, inilah yang diperdebatkan oleh penulis studi baru. Menurut Wired, mereka menemukan efek semiklasik tambahan - konfigurasi gravitasi baru yang dimungkinkan oleh teori Einstein, tetapi Hawking tidak memasukkannya.

Pada awalnya diredam, efek ini mulai mendominasi saat lubang hitam menjadi sangat tua. Lubang itu berubah dari dunia pertapa menjadi sistem terbuka yang penuh semangat. Tidak hanya informasi yang merembes keluar, semua hal baru yang masuk ke dalamnya segera meledak. Teori semiklasik yang direvisi belum menjelaskan dengan tepat bagaimana informasi keluar, tetapi selama dua tahun terakhir, kecepatan penemuan telah sedemikian rupa sehingga para ilmuwan memiliki petunjuk tentang penyelesaian paradoks.

Dengan satu atau lain cara, masih banyak pekerjaan bagi para ahli teori - ruangwaktu itu sendiri tampaknya hancur menjadi lubang hitam, menyiratkan bahwa ruang-waktu bukanlah tingkat akar realitas, tetapi struktur yang muncul dari sesuatu yang lebih dalam. Dan meskipun Einstein memahami gravitasi sebagai geometri ruang-waktu, teorinya juga mensyaratkan peluruhan ruang-waktu, dan itulah sebabnya informasi pada akhirnya dapat lepas dari penjara gravitasinya.

Lubang hitam, komputer kuantum, dan nonlokalitas

Dalam berbagai upaya untuk menyelesaikan paradoks informasi lubang hitam, para peneliti telah menggunakan simulasi komputer, yang dengan sendirinya merupakan sistem fisik; pemodelan kuantum, khususnya, tidak sepenuhnya berbeda dari apa yang dimodelkannya. Jadi fisikawan membayangkan bahwa mereka mengumpulkan semua radiasi, menyuntikkannya ke komputer kuantum besar, dan menjalankan simulasi lengkap lubang hitam.

Dan ini telah menghasilkan hasil yang luar biasa. Karena radiasi dikaitkan dengan lubang hitam tempat asalnya, komputer kuantum juga sangat terkait dengan lubang hitam. Sebagai bagian dari simulasi, keterjeratan kuantum diubah menjadi hubungan geometris antara lubang hitam yang disimulasikan dan aslinya. Sederhananya, mereka dihubungkan oleh lubang cacing.

Ada lubang hitam fisik dan kemudian disimulasikan dalam komputer kuantum, dan mungkin ada replika lubang cacing yang tepat di antaranya,”kata Douglas Stanford, fisikawan teoretis di Universitas Stanford dan rekan penulis studi baru. Ide ini adalah contoh dari saran 2013 bahwa keterjeratan kuantum dapat dilihat sebagai lubang cacing. Lubang cacing, pada gilirannya, menyediakan terowongan rahasia di mana informasi dapat masuk.

Image
Image

Komputer kuantum untuk mensimulasikan lubang hitam lebih dekat daripada yang terlihat.

Diskusi lebih lanjut, mau tidak mau, menyangkut bagaimana memahami semua lubang cacing ini secara harfiah. Lubang cacing begitu tenggelam dalam persamaan sehingga hubungannya dengan kenyataan tampak lemah, tetapi masih memiliki konsekuensi nyata. Dengan menghubungkan dua lokasi yang jauh, lubang cacing memungkinkan kejadian di satu lokasi untuk secara langsung mempengaruhi lokasi yang jauh, kecuali bahwa partikel, gaya, atau pengaruh lain tidak melintasi jarak menengah. Efek fisika ini disebut nonlokalitas.

Kami selalu tahu bahwa pasti ada beberapa efek non-lokal yang terlibat dalam gravitasi, dan ini adalah salah satunya, catat para peneliti. Hal-hal yang Anda pikir independen tidak benar-benar independen.

Pada pandangan pertama, ini luar biasa. Einstein membangun relativitas umum dengan tujuan eksplisit untuk menghilangkan nonlokalitas dari fisika. Gravitasi tidak bergerak melalui ruang secara instan. Itu harus menyebar dari satu tempat ke tempat lain dengan kecepatan terbatas, seperti interaksi lainnya di alam.

Tetapi selama beberapa dekade terakhir, menjadi jelas bagi fisikawan bahwa simetri yang menjadi dasar relativitas menciptakan generasi baru efek nonlokal.

Jadi, pada Februari 2020, tim fisikawan menemukan bahwa simetri teori relativitas memiliki efek yang lebih luas daripada yang biasanya diasumsikan, yang dapat memberikan ruang-waktu kualitas ruang cermin yang terlihat saat menganalisis lubang hitam.

Image
Image

Beginilah cara lubang hitam membengkokkan ruang-waktu.

Semua ini memperkuat dugaan banyak fisikawan bahwa ruang-waktu bukanlah tingkat akar alam, tetapi muncul dari beberapa mekanisme mendasar yang tidak spasial atau temporal. Perhitungan baru mengatakan banyak hal yang sama, tetapi tanpa mengacu pada dualitas atau teori string. Lubang cacing muncul karena mereka adalah satu-satunya bahasa yang dapat digunakan integral jalur untuk menyampaikan bahwa ruang sedang runtuh. Ini adalah cara geometri untuk mengatakan bahwa alam semesta pada akhirnya adalah non-geometris.

Dan meskipun fisikawan akan membutuhkan waktu untuk mengkonfirmasi atau menyangkal hasil penelitian, pada akhirnya, bahkan penulis karya tidak berharap untuk menyelesaikan paradoks informasi lubang hitam dengan cara ini dan tanpa teori gravitasi kuantum lengkap. Tetapi jika kita berasumsi bahwa perhitungan mereka benar, maka teori lubang hitam tidak lagi mengandung kontradiksi logis yang membuatnya menjadi paradoks. Singkatnya, fisika Viva dan pikiran manusia.

Direkomendasikan: