LUBANG HITAM – TEORI STRING, RADIASI ELANG DAN DETERMINISME

lubang hitam

Lubang hitam memiliki 3 sifat. Mereka memiliki massa, muatan gaya, dan laju rotasi.
Sifat-sifat ini sangat mirip dengan partikel elementer sehingga kita harus bertanya pada diri sendiri pertanyaan berikut: seperti apa lubang hitam dengan massa partikel elementer?

Relativitas umum memungkinkan lubang hitam dengan massa berapa pun, jadi itu sepertinya pertanyaan yang masuk akal. Namun, pada jarak ini, mekanika kuantum diperlukan dan oleh karena itu diperlukan teori terpadu untuk menjawab jenis pertanyaan ini.

Transisi ruang Calabi-Yau

Ketika kami mempelajari simetri cermin, kami melihat bola dengan permukaan 2D yang terkoyak (transisi gagal). Ada juga bola dengan permukaan 3D yang tidak dapat kita visualisasikan, tetapi matematika memungkinkan kita bekerja di dimensi yang lebih tinggi. Jika bola 3D di ruang Calabi-Yau runtuh, kita akan benar-benar melihat bencana yang sebelumnya telah kita hindari karena string 1D tidak dapat melindungi kita dari robek. Untungnya, kami sekarang memiliki M-Theory dan itu mengubah banyak hal. Kami menemukan bahwa alam semesta sebenarnya dapat terdiri dari 3 membran, yang dapat membungkus air mata dan melindungi kami. Versi 3D dari transisi flop, yang disebut transisi conifold, tidak menghasilkan bencana apa pun meskipun terjadi perubahan topologi besar-besaran.

Yang menarik dari transisi konifold adalah ketika bran 3 melengkung di sekitar bola, itu menciptakan medan gravitasi yang menyerupai lubang hitam.

Massa bran 3 atau lubang hitam sebanding dengan bola 3D yang diselimutinya, jadi ketika bola 3D adalah sebuah titik, lubang hitam itu tidak bermassa.

Hal menarik lainnya menyangkut jumlah lubang di ruang Calabi-Yau setelah transisi konifold. Jumlah lubang menentukan jumlah kemungkinan getaran energi rendah yang secara langsung mempengaruhi partikel elementer dan pembawa gaya yang kita lihat. Transisi tipe “flop” tidak mempengaruhi jumlah hole, tetapi transisi tipe “conifold” sebenarnya mengubah jumlah hole dan oleh karena itu partikel dalam ruang Calabi-Yau.
Ketika bola 2D menggantikan bola 3D pada titik sobek, perubahan berarti bahwa jumlah getaran yang mungkin terkait dengan partikel tak bermassa meningkat satu.

Pola getaran baru dari transisi konifold adalah deskripsi mikroskopis dari partikel tak bermassa tempat lubang hitam bertransformasi. Ketika bentuk Calabi-Yau mengalami transisi, lubang hitam besar menjadi semakin kecil hingga menjadi partikel tak bermassa, seperti foton. Hal ini memungkinkan untuk membangun hubungan antara lubang hitam dan partikel elementer.

Ini menunjukkan bahwa kita dapat terus mengubah bentuk Calabi-Yau untuk mengubah partikel elementer. Dengan mengubah bentuk SCC dan Calabi-Yau, teori 5 string bahkan lebih terhubung dengan membuat transisi konifold.

Entropi lubang hitam

Entropi adalah ukuran ketidakteraturan. Hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa entropi keseluruhan harus selalu meningkat seiring waktu di alam semesta.
Pada tahun 1970, Jacob Bekenstein menyarankan bahwa lubang hitam menunjukkan entropi.

Tanyakan pada diri Anda pertanyaan berikut: apa yang terjadi jika Anda membersihkan desktop di dekat lubang hitam? Secara umum, entropi meningkat karena sebagian energi yang digunakan untuk membersihkan meja Anda dipindahkan ke partikel udara, yang menjadi lebih tidak teratur. Di dekat lubang hitam, Anda dapat menyedot partikel yang tidak teratur ini ke dalam lubang hitam dan dengan demikian mengurangi entropi karena desktop Anda lebih bersih? Bahkan, Anda bisa saja menyedot koin lubang ke dalam lubang hitam dan Anda akan mengurangi entropi dengan cara itu juga.

Satu-satunya cara untuk memenuhi hukum kedua termodinamika adalah lubang hitam memiliki entropi. Entropi ini seharusnya meningkat saat materi tersedot ke dalam lubang hitam untuk mengimbangi penurunan entropi yang kita amati.

Steven Hawking menunjukkan bahwa area lubang hitam (horizon peristiwa) meningkat selama interaksi fisik apa pun, sehingga Bekenstein mengklaim bahwa cakrawala peristiwa memberikan ukuran entropi.

Namun, ada masalah besar dengan ini.

  1. Lubang hitam tampaknya menjadi objek paling teratur di alam semesta. Bagaimana mungkin sesuatu yang hanya memiliki spin, massa, dan muatan memiliki entropi? Ini seperti mencoba mencampur 3 huruf dalam sebuah kata, hanya saja tidak cukup cara untuk mengatur ulang huruf untuk membuat kata terlihat berantakane.
  2. Entropi adalah proses mekanika kuantum sedangkan lubang hitam adalah fisika relativitas umum.

Hawking juga berpikir dan memutuskan bahwa agar lubang hitam memiliki entropi, ia harus memiliki suhu bukan nol. Ini berarti bahwa ia harus memancarkan radiasi. Dia menemukan bahwa dengan menambahkan sedikit mekanika kuantum ke fisika lubang hitam, adalah mungkin untuk memancarkan radiasi. Ini disebut radiasi Hawking.

Teori medan kuantum memungkinkan partikel virtual muncul dan menghilang jika dilihat dalam waktu singkat. Jika dua foton virtual dekat dengan cakrawala peristiwa, gravitasi dapat menyedot satu foton ke dalam dan bukan yang lain. Bagi seseorang yang mengamati, itu tampak seperti lubang hitam yang memancarkan foton.

Oleh karena itu, suhu lubang hitam ditentukan oleh gaya gravitasinya. Medan gravitasi yang lebih kuat berarti lebih kecil kemungkinannya untuk menyedot satu foton virtual dan bukan yang lain, dan oleh karena itu lubang hitam lebih dingin.

Masalahnya adalah lubang hitam normal memiliki suhu sepermiliar derajat di atas nol mutlak, sehingga radiasi tidak mungkin dideteksi. Namun, ketika massa lubang hitam berkurang, suhunya meningkat dan lubang hitam seukuran asteroid akan memancarkan radiasi sebanyak bom hidrogen (sinar gamma). Namun, kami belum mengamati radiasi Hawking ini.

Teori string dan radiasi Hawking

Teori string juga setuju dengan prediksi Hawking. Para ahli teori menemukan bahwa untuk lubang hitam ekstrem (yang memiliki muatan kekuatan), mereka dapat membuatnya menggunakan bran BPS. Jadi, mereka dapat menghitung jumlah cara untuk menjaga agar beban, massa, dan laju rotasi keseluruhan tetap sama sambil mengubah urutan komponen. Angka ini dibandingkan dengan horizon peristiwa (entropi yang diprediksi oleh Hawking dan Bekenstein) dan sangat cocok.

Determinisme

Determinisme klasik menegaskan bahwa jika kita mengetahui segala sesuatu tentang setiap partikel di alam semesta saat ini, kita dapat dengan sempurna memprediksi masa depan (termasuk perilaku manusia, karena itu pada akhirnya bermuara pada interaksi atom yang diatur oleh hukum fisika).

Prinsip ketidakpastian Heisenberg melemahkan determinisme klasik karena tidak mungkin mengetahui sifat-sifat yang tepat dari setiap partikel di alam semesta. Sebaliknya, partikel-partikel ini digantikan oleh fungsi gelombang yang berkembang secara presisi dan berkelanjutan menggunakan persamaan seperti persamaan Dirac dan Schrodinger. Berkat persamaan ini, kita dapat memprediksi bagaimana fungsi gelombang partikel berubah dari waktu ke waktu dan, dari sini, mengetahui probabilitas suatu peristiwa terjadi. Ini disebut determinisme kuantum karena fungsi gelombang berevolusi secara deterministik.

Determinisme kuantum dapat, bagaimanapun, dilanggar oleh lubang hitam. Ketika sesuatu jatuh ke dalam lubang hitam, fungsi gelombang bisa hilang.
Ini berarti bahwa informasi di alam semesta dapat hilang dan determinisme tidak akan bertahan. Prinsip ketidakpastian menyiratkan bahwa setiap wilayah ruang dipenuhi dengan lubang hitam kecil. Jika ini masalahnya dan informasi hilang selamanya, maka informasi dapat hilang di alam semesta kita (sangat lambat) melalui lubang hitam kecil ini dan determinisme tidak berlaku. Kemungkinan hilangnya informasi melalui prinsip ketidakpastian ini sangat jarang terjadi saat ini, tetapi pada awal alam semesta ini bisa menjadi signifikan dan dengan demikian mengarah pada evolusi awal yang tidak dapat diprediksi.

Namun, lubang hitam mungkin memancar dan karena itu determinisme masih dapat dipertahankan. Ini karena ketika mereka memancar, massanya perlahan berkurang seiring waktu dan cakrawala peristiwa menyusut. Ini berarti bahwa wilayah yang sebelumnya tidak dapat diakses memasuki kembali taman bermain kosmik.
Jika fungsi gelombang memang muncul kembali saat cakrawala peristiwa menyusut, informasinya akan tetap tersimpan di alam semesta.

Misteri lubang hitam kedua adalah: apa yang terjadi pada ruang-waktu di pusat lubang hitam? Semua massa ditarik ke arah pusat dan massa serta energi yang sangat besar di sana menyebabkan ruang-waktu melengkung tak terhingga. Tidak ada yang benar-benar memiliki gagasan yang jelas tentang apa yang terjadi di sini. Beberapa fisikawan berpendapat bahwa materi tidak memiliki masa depan di sana dan karena itu waktu berhenti di pusat lubang hitam. Yang lain mengatakan itu mungkin pintu gerbang ke alam semesta lain. Beberapa bahkan mungkin mengatakan bahwa ini adalah pertanyaan yang tidak perlu kita tanyakan karena tidak ada gunanya.

Leave a Comment