Paradoks Terpecahkan? Bagaimana Informasi Dapat Keluar dari Lubang Hitam

Sistem MWC 656

Konsep artis tentang sistem MWC 656, yang terdiri dari bintang 'Be' yang masif dan lubang hitam pendamping. Bintang itu berputar dengan kecepatan sangat tinggi, mengeluarkan materi cakram ekuator yang ditransfer ke lubang hitam melalui cakram akresi. (Kredit gambar: Gabriel Pérez Díaz, Layanan MultiMedia (IAC))



Setiap lubang hitam menyembunyikan rahasia — sisa-sisa kuantum bintang dari mana ia terbentuk, kata sekelompok ilmuwan, yang juga memprediksi bahwa bintang-bintang ini nantinya dapat muncul setelah lubang hitam menguap.

Para peneliti menyebut benda-benda ini 'bintang Planck' dan percaya bahwa mereka dapat memecahkan pertanyaan yang sangat penting dalam fisika modern: paradoks informasi, atau pertanyaan tentang apa yang terjadi pada informasi yang terkandung dalam materi yang jatuh ke dalam lubang hitam .





Idenya juga akhirnya bisa mendamaikan mekanika kuantum dan teori relativitas umum Albert Einstein yang menggambarkan gravitasi, sehingga menunjukkan bagaimana teori gravitasi kuantum dapat memecahkan teka-teki lama di dunia fisika. [ Lubang Hitam Teraneh di Alam Semesta ]

Melengkungkan ruang dan waktu



Lubang hitam adalah wilayah ruang yang sangat padat sehingga tidak ada apa pun, bahkan cahaya, yang dapat melarikan diri darinya. Sebagian besar diperkirakan terbentuk pada akhir kehidupan bintang besar, ketika tekanan internalnya tidak cukup untuk menahan gravitasinya sendiri dan bintang itu runtuh karena beratnya sendiri.

Sebagian besar ilmuwan percaya bahwa, karena tidak ada yang dapat menghentikan keruntuhan ini, pada akhirnya akan terbentuk singularitas — wilayah di mana kepadatan tak terbatas tercapai dan relativitas umum Einstein berhenti menjadi prediktif.



Tetapi 'teori singularitas' ini memiliki kekurangan. Karena hukum fisika tidak lagi berlaku di wilayah dengan kepadatan tak terbatas, tidak ada yang tahu apa yang mungkin terjadi di dalam lubang hitam.

Stephen Hawking menyarankan pada awal 1970-an bahwa lubang hitam perlahan-lahan dapat menguap dan menghilang. Namun dalam kasus ini, apa yang terjadi pada informasi yang menggambarkan sebuah objek yang jatuh ke dalam lubang hitam? Menurut relativitas umum, informasi tidak bisa hilang begitu saja; di dalam lubang hitam, bagaimanapun, informasi tampaknya tidak. 'Paradoks informasi' ini telah membingungkan para peneliti selama beberapa dekade.

Carlo Rovelli di University of Marseille di Prancis dan Francesca Vidotto di Radboud University di Belanda telah mencoba menjawab pertanyaan ini dengan mengeksplorasi gagasan bahwa alam semesta, yang diasumsikan dimulai dengan Big Bang, sebenarnya muncul — karena gravitasi kuantum. efek — dari 'pantulan besar', mengikuti fase kontraksi sebelumnya.

'Efek gravitasi kuantum menghasilkan gaya tolak yang efektif, sehingga materi tidak akan runtuh menjadi singularitas, tetapi hanya akan mencapai keadaan kompak maksimal,' kata Vidotto.

Dengan cara ini, alam semesta akan 'memantul' ketika kepadatan energi materi mencapai skala Planck, ukuran terkecil yang mungkin dalam fisika, menyebabkan alam semesta mengembang lagi, dan kemudian mungkin runtuh lagi, dan seterusnya, bolak-balik. [ Alternatif untuk Teori Big Bang (Infografis) ]

Gagasan serupa kini telah diusulkan untuk nasib materi yang runtuh dari bintang yang sekarat. Para peneliti mengatakan bahwa efek kuantum — mirip dengan yang mencegah elektron jatuh ke dalam inti atom — akan menghentikan keruntuhan bintang sebelum bisa menyusut ke satu titik, atau singularitas. Bintang itu kemudian akan menjadi objek super-kompak, memantul kembali selama proses penguapan lubang hitam dan akhirnya meledak. Akhirnya, segala sesuatu yang jatuh ke dalam lubang hitam akan dilepaskan.

partikel lubang hitam melarikan diri

Lubang hitam adalah daerah aneh di mana gravitasi cukup kuat untuk membelokkan cahaya, membelokkan ruang, dan mendistorsi waktu. [Lihat cara kerja lubang hitam di infografis SPACE.com ini.]

Lubang hitam adalah daerah aneh di mana gravitasi cukup kuat untuk membelokkan cahaya, membelokkan ruang, dan mendistorsi waktu. [ Lihat bagaimana lubang hitam bekerja di infografis SPACE.com ini .](Kredit gambar: Karl Tate, kontributor SPACE.com)

Semburan sinar gamma

Para peneliti mengatakan bahwa, saat lubang hitam menguap dan menyusut, batasnya di beberapa titik akan bertemu dengan bintang Planck saat mengembang setelah memantul. Ketika itu terjadi, tidak ada lagi cakrawala lubang hitam, dan semua informasi yang terperangkap di dalam lubang hitam dapat melarikan diri.

Dalam hal ini, paradoks informasi akan terpecahkan; informasi hanya akan dipancarkan kembali ke alam semesta.

'Lubang hitam memiliki sisa yang sangat besar – sebuah bintang Planck – dan ini memungkinkan kita untuk memahami penguapan lubang hitam, tahap akhir kehidupannya, tanpa paradoks. Paradoks bukanlah bagian dari alam; mereka adalah tanda dari beberapa pengetahuan yang tidak lengkap,' kata Vidotto.

Rovelli setuju: 'Informasi tidak pernah terlalu terkonsentrasi, dan dapat lolos dengan ledakan bintang.' Pelepasan informasi ini, dia memperkirakan, akan menghasilkan radiasi dengan panjang gelombang sekitar 10^-14 cm — panjang gelombang sinar gamma.

'Sekarang kita melihat kemungkinan yang menggiurkan: Jika, di lubang hitam, materi runtuh dan kemudian memantul, ekspansi bisa menjadi peristiwa yang sangat dramatis, ledakan besar,' kata Vidotto.

Dan mungkin, para ilmuwan menambahkan, para astronom telah mengamati bintang-bintang Planck melepaskan informasi ke luar angkasa, dalam bentuk peristiwa yang sangat terang yang disebut ledakan sinar gamma .

Tidak ada 'akhir fisika'

Akhirnya, jika teori itu dikonfirmasi, itu bisa menjadi bukti kuat bahwa gravitasi kuantum ada, kata Aurelien Barrau dari Universitas Joseph Fourier di Grenoble, Prancis, yang tidak terlibat dalam penelitian ini.

'Makalah ini menunjukkan bahwa mungkin ada konsekuensi eksperimental dari gravitasi kuantum,' katanya. 'Ini akan menarik.'

Langkah selanjutnya adalah mendapatkan deskripsi yang lebih akurat tentang proses gravitasi kuantum yang seharusnya mengarah pada 'pantulan besar', mungkin dengan bantuan simulasi komputer yang akurat tentang keruntuhan realistis, kata Stefano Liberati, fisikawan di SISSA (International School for Advanced Studies, Trieste, Italy), yang juga tidak ikut penelitian.

'Jika ide [dikonfirmasi] dengan perhitungan yang lebih rinci, itu akan menjadi bukti lebih lanjut bahwa apa yang kita sebut singularitas dalam relativitas umum hanyalah situasi di mana teori kita saat ini kurang dapat diprediksi, tetapi diselesaikan dengan sukses oleh gravitasi kuantum,' katanya kepada Space.com melalui email. 'Pada saat itu, Big Bang atau pusat lubang hitam tidak akan menjadi 'akhir fisika' tetapi hanya pintu lain yang akan diungkapkan, membawa kita ke lompatan kuantum dalam memahami sifat alam semesta kita.'

Ikuti Katia Moskvitch di Twitter @SciTech_Cat dan ikuti kami @Spacedotcom . Kami juga aktif Facebook dan Google+ . Artikel asli di Space.com .