KAJIAN B L A C K H OL OL E BERDASARKAN TEORI STEPHEN HAWKING
OLEH: YANUARIUS DARWIN TOSONG 1401051009
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN MIPA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS NUSA CENDANA KUPANG 2018
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat dan anugerah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan karya ilmiah ini dengan baik. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih pula kepada pihak pihak yang telah mendukung mendukung terselesaikannya karya ilmiah ini, ini, terkhususnya terkhususnya Dosen Pembimbing mata kuliah Seminar Fisika, yang telah memberikan bimbingan dan pengetahuan kepada penulis. Kesempatan kedua penulis ingin berterima kasih kepada sahabat-sahabat penulis di Fifa’14, atas dorongan dorongan yang yang diberikan kepada penulis selama penyusunan penyusunan karya ilmiah ini. Stephen Hawking tidak diragukan lagi adalah ilmuwan yang paling terkenal yang masih hidup saat ini, dan banyak kita tahu bahwa Black Hole adalah Hole adalah bidang keahliannya. Lewat karya ilmiah ini penulis ingin memaparkan dan m engkaji teoriteori Hawking tentang Black tentang Black Hole. Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan karya ilmiah ini. Karena itu, masukan dan kritik yang membangun dari pembaca budiman sangat penulis harapkan demia perbaikan karya ilmiah ini Akhir kata, semoga karya kecil ini dapat bermanfaat bagi kita semua selaku pecinta ilmu pengetahuan.
Kupang, Januari 2018
Penulis
i
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL KATA PENGANTAR .............................................................. ................................................................................... .............................. ........ i DAFTAR ISI ............................................ .................................................................. ............................................ ........................................ .................. ii .............................................................................................. 1 BAB I PENDAHULUAN ..............................................................................................
1.1 Latar Belakang ............................. ................................................... ............................................ ............................................ ........................ 1 1.2 Rumusan Masalah .......................................... ................................................................ ............................................ .......................... ....3 1.3 Tujuan dan Manfaat ............................ ................................................... ............................................. ..................................... ...............3 1.4 Metode Penulisan ........................................... ................................................................. ............................................ .......................... ....3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................... ................................................................. .................................. ...........4 2.1 Black 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5
Hole ( Lubang Lubang Hitam ) ......................................... ............................................................... .................................. ............4
Defenisi Lubang HItam ......................................... ............................................................... .................................. ............4 Lubang Hitam sebagai seba gai Bintang Maha Mampat ...................................... ......................................5 Proses Terjadinya Lubang HItam ......................................... ............................................................ ...................6 Penemuan Lubang HItam ............................................................ ........................................................................ ............7 Sinar X dari Lubang Hitam Anggota Bintang Ganda.............................. ..............................9
2.2 Stephen Hawking ............................. ................................................... ............................................ ....................................... .................11 2.3 Teori Hawking Tentang Black Tentang Black Hole ............................................ ............................................................. ................. 13 ................................................................. .....................24 BAB III ANALISIS DAN SINTESIS ............................................ 3.1 Analisis ............................................ .................................................................. ............................................ ....................................... .................24 3.2 Sintesis ............................................. ................................................................... ............................................ ....................................... .................26 26 .................................................. ..... 27 BAB IV SIMPULAN DAN REKOMENDASI ............................................. 4.1 Simpulan .......................................... ................................................................ ............................................ ....................................... .................27 27 4.2 Rekomendasi .......................................... ................................................................ ............................................ ................................ .......... 29 DAFTAR PUSTAKA ............................................. ................................................................... ............................................ ........................ ..30 30
ii
BAB I PENDAHULUAN
A.
Latar Belakang
Peningkatan peran ilmu dalam segala aspek kehidupan manusia tidak perlu disangkal lagi. Penjelasan ilmiah selalu dijadikan tonggak terakhir untuk menentukan diterima atau ditolaknya suatu realitas. Dalam bertahun-tahun belakangan ini pengaruh ilmu dalam mengubah masyarakat semakin kuat (Ziman dalam Tjahyadi, tanpa tahun). Gejala penguatan ilmu tersebut semakin nyata terutama ditunjang oleh perkembangan teknologi komunikasi. Salah satu tonggak ilmu pengeltahuan modern setelah Einstein adalah Stephen Hawking. Bila Einstein membuka cakrawala pengetahuan manusia tentang awal jagad raya, Hawking berjalan lebih jauh, bahkan melampaui titik tertinggi imajinasi manusia. Hawking bermaksud membangun sebuah teori yang lengkap, konsisten dan terpadu tentang interaksi-isnteraksi fisika yang akan menjelaskan semua hasil pengamatan yang mungkin. Dengan teori terpadunya Hawking bermakasud menjelaskan awal dan masa depan jagad raya, bahkan mengimpikan kemajuan ilmu alam (fisika). Titik tertinggi pencapaian Hawking adalah teorinya tentang black hole (lubang hitam). Teorinya tersebut bukan hanya merombak dasar ilmupengetahuan modern tentang kosmos, lebih dari itu teori Hawking tentang black hole tersebut turut membentuk pola pikir para fisikawan ketika itu. Pertanyaan yang paling mendasar adalah: bagaimanakah toeri tersebut mampu membentuk pola pikir para gembong fisika ketika itu? Apa esensi teori tersebut? Seja uh manakah faliditas teori tersebut sehingga dapat dijadikan sandaran bagi pebenaran teori-teori yang secara eksperimental belum teruji? Sejauh manakah model alam semesta (universe) yang ditawarkan Hawking dapat diterima? Rentetan pertanyaan diatas bahkan masih menjadi perdebatan-perdebatan sengit para pecinta ilmu pengetahuan (khususnya fisika). Mulai dari mahasiswa-
2
mahasiswa yang sekalipun baru menempuh mata kuliah fisika dasar hingga para dewa-dewa fisika alias Professor. Tulisan ini merupakan kajian-kajian dasar tentang black hole yang didasarkan pada teori Stephen Hawking. Inti tulisan terbatas pada sejauh mana keabsahan teori tersebut pada kerangka ilmiah, tanpa mengesampingkan sisi filosofisnya yang merupakan “kosmologi ilmiah”. B.
Perumusan Masalah
Rumusan masalah yang akan diangkat dalam karya ilmiah ini adalah sebagai berikut: 1. Apakah Black Hole itu? 2. Bagaimanakah teori Hawking tentang Black Hole? C.
Tujuan dan Manfaat Penulisan
Adapun tujuan dan manfaat yang ingin dicapai dalam penulisan kar ya ilmiah ini adalah memberikan kajian tentang Black Hole serta hbungannya dengan teori Hawking. Karena berbicara tentang alam semesta (universe), tulisan ini juga berupaya mengkaji teori yang secara eksperimental dapat diterima tetapi juga nilainilai filosofis teori tersebut. D.
Metode Kepustakaan
Penulisan karya ilmiah ini disusun dengan metode telaah kepustakaan atau pencarian literatur yang berkaitan dengan tema tulisan.
3
BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1
B L A C K H OL E
2.1.1
Sewaktu
(LUBANG HITAM)
Defenisi Lubang Hitam
Einstein
mengemukakan
teori
relativitas
umumnya
ia
memperlihatkan pula bahwa salah satu akibat teorinya menunjukkan medan gaya berat mempengaruhi perambatan sinar cahaya. Suatu gejala alam yang tak diduga sebelumnya dalma kerangka teori gaya berat Newton, karena menurut Newton cahaya tak memiliki massa. Lubang hitam adalah bagian dari ruang waktu yang merupakan gravitasi
paling kuat, bahkan cahaya tidak bisa kabur. Teori Relativitas Umum memprediksi bahwa butuh massa besar untuk menciptakan sebuah Lubang Hitam yang berada di Ruang Waktu. Di sekitar Lubang Hitam ada permukaan yang di sebut Horizon peristiwa. Objek ini disebut "hitam" karena menyerap apapun yang berada disekitarnya dan tidak dapat kembali lagi, bahkan cahaya. Secara teoretis, lubang hitam dapat memliki ukuran apa pun, dari mikroskopik sampai ke ukuran alam raya yang dapat diamati. Teori Medan Quantum dalam Ruang-waktu melengkung memprediksi bahwa Event Horizon memancarkan radiasi disekitarn ya dengan suhu yang terbatas. Suhu ini berbanding terbalik dengan massa Lubang hitam, sehingga sulit untuk diamati Lubang hitam bermassa bintang atau lebih. Istilah lubang hitam mulai populer ketika John Archibald Wheeler menggunakannya pada ceramah-ceramahnya pada tahun 1967. Walaupun ia dianggap luas sebagai pencetus pertama istilah ini, namun ia selalu menampik dengan pernyataan bahwa ia bukanlah penemu istilah ini. Lubang hitam itu sendiri merupakan penamaan bagi sebuah bintang yang runtuh akibat gravitasinya sendiri. Adapun penggunaan kata hitam pada lubang hitam karena bintang ini menangkap seluruh cahayanya kembali, jadi ia tampak hitam atau gelap bagi pengamat. Pertanyaanya kalau memang gelap bagaimana seorang ilmuwan mengetahui keberadaan lubang hitam? Jawabannya adalah dengan melihat arah perambatan cahaya yang merambat melalui lubang hitam tersebut. Seperti diketahui, normalnya cahaya akan merambat lurus ketika berjalan
4
dalam ruang hampa. Karena adanya gaya gravitasi yang sangat kuat, maka arah rambat cahaya tidak lagi lurus tetapi membelok. Yang masih menjadi pertanyaak sekarang ini adalah penggunaan kata lubang ( hole ) pada lubang hitam. Sebenarnya penambahan kata lubang ini berhubungan dengan pandangan geometri dari teori relativitas umum yang meramalkan kehadirannya. Menurut teori ini, ruang-waktu disekitar bintang mempunyai kelengkungan yang besar sekali, dan ruang waktu lengkung inilah yang seolah-olah membentuk sebuah lengkungan yang curam (lubang). 2.1.2
Lubang Hitam sebagai Bintang Maha Mampat
Sebuah bintang akan dinamakan sebagai lubang hitam apabila memiliki jari jari kurang dari harga Schwarzchild. Untuk mendapatkan harga ini diperoleh dengan persamaan medan gaya berat, yang dinyatk dengan rumus: n
2
2m 1 r
3 2
m 2m 3 2 1 1 r r
Dengan m = / 2 ; c menyatakan kecepatan cahaya dalam ruang hampa yang nilainya 3 × 108 /; M adalah massa bintang dan r adalah jari-jari bintang; G adalah tetapan gravitasi umum yang nilainya 6,67 × 10− N.m2/kg2. Dari persamaan diatas bila harga r mendekati harga 2m, maka harga n menjadi sangat besar. Jarak sebesar harga 2m ini dinamakan jari-jari Schwarszchild, untuk menghormati Karl Schwarzchild yang pertama kali memecahkan persamaan medan Einstein secara eksak tahun 1916. Ukuran kemampatan lubang hitam dinyatak oleh jumlah massa yang terdapat dalam satu ukuran volum tertentu, katakanlah volume 1 sentimeter kubik, yang biassanya disebut massa jenis. Nilai massa jenis rata-rata untuk sebuah bintang berbentuk bola hampir sama dengan massa bintang itu dibagi 4 kali pangkat tiga jari-jarinya. Ambillah contoh sebuah bintang lubang hitam yang massanya hampir sama dengan massa matahari, jadi sekitar 2 kali 10 pangkat 27 ton. Jari-jari Schwarzchild untuk bintang dengan massa sebesar ini kurang lebih 3 kilometer. Bandingkan dengan jari-jari matahari yang kurang lebih 700 ribu kilometer. Dengan demikian jika jari-jari bntang lubang hitam ini sekita jari-jari Schwarzchild
5
diatas, maka massa jenisnya 20 milyar ton tiap sentimeter kubik. Sungguh suatu ukuran kemampatan massa atau materi yang luar biasa besarnya. Dengan massa jenis sebesar itu, kekuatan gaya tarik (gravitasi) dekat permukaannya sungguh luar biasa kuatnya, yakni sekitar 1 trilyun kali lipat dari tarikan gaya berat dekat permukaan bumi. Saking kuatnya gaya tarikan tersebut, bahkan cahaya matahari itu sendiri tidak dapat lolos dan terpancarkan. 2.1.3
Proses terjadinya lubang hitam
Kehadiran lubang hitam ini baru diramalkan dua puluh tiga tahun kemudian setelah Einstein mengemukakan teori relativitas umumnya. Mereka yang meramalkna kehadirannya adalah ilmuwan fisika nuklir ternama asal Amerika Serikat, Julius Robert Oppenheimer (1904-1967) bersama salah seorang muridnya di University of California, Berkeley bernama Hartland Snyder. Mereka mengatakan bahwa setelah semua bahan termonuklir yang berperan sebagai sumber energi sebuah bintang habis terpakai, akan terjadi hal aneh pada bintang tua ini. Pada mulanya, bintang terbentuk dengan kondisi dimana tingkat radiasi dan gravitasinya seimbang. Saat bintang kehabisan bahan bakar untuk melakukan fusi, tingkat radiasi keluar semakin melemah dibanding dengan gaya gravitasi ke dalam. Dari sana, bintang mengalami kolaps, dan kemudian mengalami sebuah ledakan supernova. Dalam ledakan ini, ada dua kemungkinan hasilnya. Salah satu diantaranya adalah lubang hitam. Bila massa bintang lebih besar dari pada 1,4 kali massa matahari tetapi lebih kecil daripada tiga kali massa matahari, maka bintang tersebut akan mengalami proses pengerutan. Nilai 1,4 kali matahari dalam cabang ilm astrofisika dikenla sebagai batas Chandrasekhar (Chandrasekhar adalah seorang ilmuwan astrofisika teori India yang pertama kali berhasil menerangkan secara memuaskan terbantuknya bintang katai putih yang massanya sekitar massa matahari dengan jari-jari sekitar jari-jari bumi. Dalam penelaahannya ia menemukan batas diatas. Untuk pekerjaanya ini ia dihadiahi Nobel untuk Fisika tahun 1983). Proses pengerutan itu terjadi sedemikian rupa sehingga elektron yang bermuatan negatfi dari atom berbagai materi didalam pusat bintang mengalami penghimpitan sehingga semakin mendekat ke inti atomnya. Akhirnya banyak elektron menembus inti atom.
6
Sebagaimana kita ketahui, inti atom terdiri atas proton yang bermuatan listrik positif dan neutron yang netral. Elektron yang menembus inti atom akan bereaksi dengan proton membentuk partikel bermuatan netral, yaitu neutron. Dengan demikian pusat bintang makin lama akan mengandung lebih banyak neutron sehingga terbentuklah gas yang kaya akan neutron, disebut gas neutron. Bila massa jenis gas neutron telah mencapai harga sekitar satu milyar ton setiap sentimeter kubik, maka hampir seluruh pusat bintang berisi neutron dengan hanya sedikit campuran elektron dan proton. Seperti halnya dengan gas pada umumnya, maka gas neutron juga mempunyai tekanan, sehingga akan memberikan tekanan balik untuk menahan pengerutan bintang selanjutnya. Untuk bintang yang massanya lebih sedikit dari 1,4 kali massa matahari, dalam keadaan mantap ini jari-jarinya sekitar 10 kilometer. Bintang tersebut disebut dengan bintang neutron. Sebagai perbandingan, kekuatan tarikan gaya berat diatas permukaannya adalah 200 milyar kali lebih kuat dari pada kekuatan tarikan gaya berat dipermukaan bumi. Sedangkan apabila bintang memiliki masa lebih besar daripada 3 kali massa matahari, tak ada tekanan apapun yang dapat menahan pengerutannya. Bintang tersebut akan terus mengerut melewati jari-jari Schwarzschild dan terbentuklah sebuah bintang lbang hitam. 2.1.4
Penemuan Lubang Hitam
Mengingat hampir separuh jumlah bintang dalam galaksi atau gugus bintang kita yang bernama Bima Sakti terdiri atas sistem bintang ganda, maka sejumlah ilmuwan astrofisika mengalihkan perhatiannya pada sistem bintang ganda ini dengan anggapan salah satu anggotanya adalah lubang hitam. Anggapan ini ternyata mempunyai satu akibat baru.
7
Bintang 2 Bintang 1
Roche lobes Gambar: Sistem bintang ganda
Untuk bintang ganda yang anggotanya cukup berdekatan, dapat t erjadi perpindahan massa yang satu ke bintang lainnya yang memiliki medan gaya berat yang lebih kuat, yang dalam hal ini sebuah bintang mampat. Mekanisme ini disebut dengan penyedotan massa. Ada dua macam terjadinya perpindahan massa ini dan biasanya keduanya terjadi bersama-sama. Pertama yang berhubungan dengan proses pengembangan bintang yang baru lahir. Ketika sang bintang muda ini mulai membakarkan bahan bakar nulirnya, bagian pusatnya akan mengerut, sedangkan bagian luarnya akan mengembang. Pengembangan ini berlangsung hingga bintang memenuhi volume ruang yang dinamakan daun telinga Roche (Roche lobes). Dinamakan demikian karena irisan volume ruang ini berbentuk seperti daun telinga. (lihat gambar). Permukaan batas daun telinga Roche dinamakan permukaan sama potensial Roche. Arti fisikanya adalah bahwa bintang terus mengembang melewati permukaan ini, materi pada permukaannya yang menghadap sang bintang mampat akan tersedot menuju bintang mampat tersebut. Dengan demikian terjadilah perpindahan massa.
Yang kedua adalah perpindahan massa yang berhubungan dengan apa yang dinamakan angin bintang seperti yang kita kenal dengan angin matahari, merupakan aliran partikel yang dilemparkan tegak lurus dari permukaan bintang
8
atau matahari. Bintang terang, yang menurut klasifikasi spektrum bintang dinamakan bintang O dan B, mempunyai angin bintang yang lebih padat. 2.1.5
Sinar X dari Lubang Hitam Anggota Bintang Ganda
Karena sistem bintang ganda saling mengorbit, maka materi yang tersedot pada umumnya memiliki momentum sudut atau putar yang cukup besar. Menurut hukum kekekalan momentum sudut, materi tersebut tidak akan sekaligus jatuh ke permukaan bintang mampat tetapi akan tetap mengorbit bintang mampat ini dengan membentuk sebuah piringan yang dinamakan piringan penyedotan. Ini sama halnya dengan bumi kita yang memiliki momentum sudut yang cukup besar sehingga mencegahnya langsung jatuh ke permukaan matahari. Dengan alasan yang sama, bahwa planet yang terdalam dari matahari mengelilingi matahari lebih cepat dari pada palnet yang terluar, maka bagian terdalam dari piringan akan beruptar lebih cepat dari bagina luarnya. Akibatnya terjadi gesekan antara bagian piringan ini yang menyebabkan perputana bagian dalamnya menjadi lambat tetapi mempercepat bagian luarnya sebagai akibat hukum kekekalan momentum sudut. Untuk sebuah bintang lubang hitam, piringan penyedotan mencapai orbit terdalamyang stabil atau mantap yang berada sedikit diluar jari-jari Schawarzchilnya. Gesekan yang disebut diatas akan mengambil tenaga gerak yang cukup banyak dari materi piringan ini sehingga menimbulkan suhu yang cukup tinggi yang berdasarkan perhitungan memungkinkan terjadinya pemancaran sinar X. Jadi disini pemancaran sinar X terjadi pada piringan penyedotan, sedangkan materi yang jatuh kepadanya memancarkan pula sinar X tetapi seluruhnya tertangkap kembali. Berdasarkan anggapan teori diatas, tentang terjadinya pemancaran sinar X dari bintang ganda yang salah satu komponennya merupakan bintang mampat, sejumlah ilmuwan astrofisika merasa yakin bahwa pemancar sinar X yang dinamakan Cygnus X-1 adalah salah satu calon pertama bagi kehadiran lubang hitam. Penamaan diatas berarti sumber pemancar sinar X-nya berarti terdapat di konstelasi atau rasi bintang Cygnus, yaitu kumpulan bintang terang yang terlihat dibelahan langit sebelah utara katulistiwa. Angka 1 menyatakan pemancar sinar X ini menempati urutan pertama terkuat di rasi bintang Cygnus. Sedangkan tanda X untuk sinar X.
9
Hasil pengamatan ini diperoleh pada bulan Maret tahun 1971 yang lalu ketika sejumlah ahli astrofisika dari Cmbridge University di Inggris berhasil menangkap sebuah pemancar tunggal gelombang radio yang berada pada tempat pemancar sinar X di atas dan berimpit denga sebuah bintang maha raksas a muda kelas O yang diberi nama HD 226 868. Penamaan bintang ini didasarkan pada urutannya dalam katalog bintang yang disusun Henry Draper (HD), yaitu urutan 226 868. Garis spektrum gelombang cahaya yang diamati dari bintang ini ternyata bergeser kekanan dan kekiri secara teratur. Lalu apa artinya? Ini dapat kita kiaskan dengan tinggi rendahnya bunyi mesin sebuah mobil yang sedang bergerak geseran garis spektrum kekanan kita kiaskan dengan bunyi bernada r endah sedangkan kekiri yang bernada tinggi. Jadi geseran bolak-balik garis spektrum dapat dikiaskan dengan bunyi nada tinggi dan rendah yang bergantian secara teratur. Keadaan ini seperti yang kita dengar ketika menonton pertandingan balap mobil. Mobil bergerak mengitari lintasan atau sirkuit beberapa kali sebanyak yang ditentukan. Pengaruh gerak pada tinggi rendahnya nada suara, dan juga terhadap garis spektrum cahaya, dalam fisika disebut dengan Efek Doppler. Jadi pergeseran bolak-balik garis spektrum caha ya yang diamati dari bintang HD 226 868 menunjukkan bahwa bintang ini melakukan gerak edar atau memutar. Ini berarti ia adalah anggota sebuah sistem bintang ganda yang rekannya tak kelihatan. Analisis data terhadap lebar pergeseran garis spektrum diatas menunjukkan bahwa bintang HD 226 868 memiliki periode atau menyelesaikan satu putaran dlama waktu 5 hari 12 jam 24 menit dan bergerak dengan kecepatn linear sebesar 64 kilometer per detik. Sungguh suatu kecepatan gerak edar yang cukup tinggi. Hasil analisis analisis data pengamatan selanjutnya juga memperlihatkan bahwa bintang raksasa muda ini memiliki massa yang sangat besar, sekitar 20 kali massa matahari. Dengan demikian agar kekuatan gaya berat rekannya yang tak kelihatan snaggup mengorbitkan sang bintang maha raksasa, ia harus memiliki massa sekitar 6 kali massa matahari. Karena rekannya sebuah bintang tua yang tak kelihatan dan bermassa lebih besar dari batas 3 kali masssa matahari, diduga keras benda yang kelihatan ini mungkin saja sebuah lubang hitam.
10
Penemuan kedua yaitu pada awal tahun 1983 lalu, ilmuwan Astronomi wanita Anne P. Cowley dari Department of Physics and Astronomy, University of Michigan di Ann Arbor, Amerika Serikat, bersama sejumlah rekannya mengemukakan bahwa salah satu calon kuat lubang hitam lainnya disamping Cygnus X-1 adalah LMC X-3. LMC adalah singkatan dari Large Maghelanic Clouds (Awan Maghelan Besar) yang merupakan yang merupakan salah satu galaksi tetangga kitayang terlihat di belahan la ngit sebelah selatan garis katulistiwa. Angka X-3 menyatakan bahwa LMC X-3 adalah sumber pemancar sinar X ketiga lebih kuat dari galaksi Large Maghelan Clouds. Dan memang LMC X-3 adalah sumber pemancar sinar X yang terkuat dilangit. Pengamatan Cowley dan rekan-rekannya ini dilakukan di Cerro Tololo Interamerican Observatory di Chili, Amerika Selatan, dengan mempergunakan Teleskop bergaris tengah 4 meter. Didapatkan bah wa LMC X-3 adalah anggota dari suatu bintang ganda yang tak kelihatan. Pengamatan optik memperlihatkan bahwa rekannya yang kelihatan tetapi kurang begitu terang memiliki massa sebesar 6 kali massa matahari, dan keduanya saling mengorbit dengan periode orbit 1,7 hari dan berjarak sekitar 12 juta kilometer (rata-rata). Kemudian, dengan mengukur kecepatan gerak orbit dari anggota yang kelihatan, Cowley dan rekan-rekannya mendapatkan bahwa anggota yang tak kelihatan, yakni LMC X-3, memiliki massa sekitar 10 kali massa matahari, jadi lebih besar dari batas 3 kali massa matahari. Karena LMC X-3 tidak kelihatan, disimpulkan LMC X-3 adalah suatu lubang hitam. Sungguh sebuah penemuan yang sangat menggembirakan. 2.2
STEPHEN HAWKING
Stephen Hawking lahir saat perang Dunia II tengah seru-serunya. Ia lahir di Oxford pada tanggal 8 Januari 1942, yang bertepatan dengan peringatan hari kematian Galileo, yang terjadi tepat tiga ratus ta hun sebelumnya, yaitu tahun 1642. Kebetulan yang lainnya, Newton juga dilahirkan pada tahun tersebut. Pertanda astrologis semacam ini bagi seorang astronom dianggap sangat baik — jika kita mempertimbangkan fakta bahwa kedua bidang tersebut sama-sama eksklusif. Saat berumur sepuluh tahun, Hawking disekolahkan di sekolah te rbaik di St. Alban School. Selanjutnya Stephen mulai tertarik dengan kegiatan laboratorium, 11
dan bahkan memiliki laboratorium sendiri dirumahnya. Kamarnya penuh dengan tabung uji, sisa-sisa berbagai macam eksperimen, serta berbagai petunjuk sederhana cara membuat bubuk mesiu, racun sianida dan gas air mata. Pada usia tujuh belas tahun Hawking memasuki University College, Oxford, Fakultas Ilmu Pengetahuan Alam, Jurusan Fisika. Walaupun begitu, Hawking tidak dapat menghindari ketertarikannya terhadap matematika. Berikutnya pada tahun 1962, tepat pada usia 20 tahun, Hawking ke Trinity Hall, Cambridge University, untuk berguru pada Robert Hoyle, seorang kosmolog terkemuka Inggris. Di Cambridge, Hawking tidak lagi setenar di Oxford. Dia hanyalah seorang mahasiswa biasa. Cambridge memiliki bintang-bintang sejati lainnya, dan sudah biasa menjadi tempat dilangsungkannya peristiwa-peristiwa ilmiah besar. Crick dan Watson menemukan struktur DNA, di Cavendish Laboratory Cambridge, dan mereka memperoleh Hadiah Nobel dalam waktu beberapa minggu setelah kedatangan Hawking. Pada saat yang sama, Kendrew dan Perutz, juga dari Cavendish, memperoleh Nobel untuk bidang Kimia. Bahkan di Fakultas Matematika Terapan dan Fisika Teoritis (Department of Applied Mathematics and Theoretichal Physics/DAMPT) Hawking merasa bahwa segala sesuatunya sangatlah sulit. Beberapa bulan kemudian, Hawking divonis menderita penyakit amyotrophic lateral sclerosis (ALS), atau yang lebih dikenal sebagai penyakit Lou Gehrig. ALS adalah sebuah penyakit degeneratif progresif pada sel syaraf di tulang belakang dan otak. Sel-sel ini mengendalikan aktivitas otot, dan saat penyakit ini semakin berkembang, otot-otot tubuh mengecil sehingga menyebabkan seseorang tidak bisa bergerak, bahkan berbicara. Tubuh menjadi berada dalam keadaan vegetatif, namun otak masih tetap jelas dan berfungsi sepenuhnya. Dan proses komunikasi sama sekali tidak bisa dilakukan. Penyakit ini biasanya berakhir dengan kematian dalam beberapa tahun. Pada tahap-tahap akhir, pasien diberi morfin untuk menetralkan pengaruh depresi kronis dan teror. 2.3
TEORI HAWKING TENTANG BLACK H OLE
Penemuan-penemuan besar di awal abad ke- 20 — teori relativitas dan kuantum — telah mengubah pandangan para ilmuwan tentang dunia subatom dan semesta raya. Relativitas berarti bahwa ruang adalah melengkung (kurva) dan semesta memiliki batas. Namun hanya belakangan ini saja teori relativitas dan 12
kuantum banyak diterapkan dalam berbagai detail tentang semesta, baik dalam skala subatom atau galaksi. Apa saja pengaruh gagasan-gagasan ini pada berbagai eksperimen yang membentuk semesta? Jawabannya lebih gila dibandingkan dengan imajinasi fiksi-ilmiah paling gila. Siapa yang bisa memahami tentang adanya lubang hitam, sebuah lubang yang tak terlihat di mana ruang dan waktu tidak ada? Hawking mencatat bahwa relativitas tidak sejalan dengan fisika pada tingkat mekanika kuantum, jadi otomatis tidak cukup untuk menjelaskan tentang lubang hitam. Penyelidikannya atas hal ini selanjutnya memberikan hasil-hasil yang sensasional. Yang mengejutkan, keberadaan lubang hitam (meskipun dulu tidak disebut sebagai lubang hitam) telah diprediksi jauh sebelumnya, yakni tahun 1783, oleh seorang Inggris bernama John Michell, yang kebetulan juga pemikir dan astronom terkemuka saat itu. (Selain lubang hitam, dia juga menyatakan tentang keberadaan bintang ganda, dan memberikan sejumlah prediksi yang mengagumkan tentang jarak antar bintang.) Michell mengatakan bahwa jika sebuah bintang memiliki ukuran dan kepadatan yang cukup besar, maka tidak ada sinar yang bisa memancar dari permukaan bintang tersebut. Pengamatan yang dilakukannya mendorongnya berteori bahwa semesta memiliki bintang-bintang semacam ini dalam jumlah yang cukup banyak, yang keberadaannya hanya bisa dideteksi dari pengaruh gravitasi pada bintang atau planet-planet lain yang terlihat di dekatnya. Gagasan ini diperbaharui pada tahuntahun pertama abad ke-20 oleh astronom Jerman, Karl Schwarzschild. Selama menjalani tugas militer di Rusia tahun 1916, dia mulai memikirkan tentang implikasi-implikasi teori relativitas Einstein yang baru saja diterbitkan saat itu. teori tersebut menyatakan bahwa cahaya bisa dibelokkan oleh gaya tarik gravitasi. (Kehidupan di medan perang di Rusia bisa dipastikan sama berbahayanya dengan dalam perang-perang lain [di Eropa Barat], namun kemungkinan pada saat itu ada sesuatu yang secara intelektual menstimulasikan pikiran orang-orang: Pada saat yang bersamaan, di Austria, Ludwig Wittgenstein memikirkan tentang gagasangagasan yang selanjutnya mengubah filsafat abad ke-20.) Schwarzschild menunjukkan bahwa ada hal-hal tertentu yang terjadi saat sebuah bintang runtuh oleh gaya gravitasinya sendiri.
13
Menurut teori Einstein tentang pengaruh gaya gravitasi pada cahaya, setelah melewati titik tertentu pengaruh gaya gravitasi akan sedemikian besar sehingga tidak ada sesuatu pun, bahkan cahaya yang bisa lolos dari medan gravitasi tersebut. Titik ini tercapai saat bintang runtuh sampai radius tertentu, bergantung pada massanya. Radius ini adalah titik di mana bintang yang runtuh berubah menjadi lubang hitam. Matahari kita, yang radiusnya saat ini adalah 700.000 km, akan menjadi lubang hitam saat radiusnya menyusut menjadi 3 km. Schwarzschild dengan menggunakan relativitas telah berhasil membuktikan apa yang diperkirakan oleh Michell. Satu tahun kemudian, Einstein mendapati bahwa gagasan kosmologisnya ditentang oleh oleh seorang astronom Rusia, Aleksander Friedman. Dalam perhitungannya, Einstein memasukkan sebuah konstanta kosmologis yang disebutnya sebagai lamda. Hal ini memunculkan pertanyaan apakah alam semesta itu statis. Friedmann menunjukkan bahwa tidak ada pembenaran yang bisa diberikan dalam membuat asumsi semacam itu. Friedmann mengambil langkah berani dalam mengasumsikan bahwa semesta dipenuhi dengan awan materi tipis. Dari model ini, dan dari versi modifikasi dari perhitungna Einstein, Friedmann mampu menjukkan bahwa semesta meluas atau memuai. Sekali lagi, Einstein memilih untuk tidak setuju. Asumsi-asumsi teoretis Friedmann memperoleh penegasan dari pengamatan praktis tahun 1928 oleh Astronom Amerika Edwin Hubble. Tanpa mengetahui teori Einstein ataupu Friedmann, Hubble mulai mempelajari Red Shift atau pergeseran merah atas lebih dari selusin galaksi yang berbeda, dengna menggunakan teleskop seratus inch di Mount Wilson. Red Shift itu sendiri merupakan perubahan garis dalam spektrum cahaya yang menunjukkan kecepatan relatif terhadap pengamat. Hubble menemukan bahwa kecepatan surut galaksi-galaksi tersebut semakin besar jika jaraknya semakin jauh dari bumi. Ini adalah bukti praktis pertama atas semesta yang meluas. Beberapa tahun kemudian, Fisikawan Yahudi berkebangsaan Rusia mengajukan sejumlah gagasan kosmologis sensasional yang telah lama dipikirkannya. Landau berspekulasi bagaimana bintang-bintang menghasilkan energi yang cukup besar untuk memancarkan panas. Dia mengajukan teori bahwa
14
inti bintang terdiri dari sebuah bintang lain yang super padat dan terbentuk dari partikel-partikel subnuklir tak bermuatan, yang disebut sebagai neutron. (Sebuah bintang seperti matahari diperkirakan memiliki bintang neutron yang berukuran sekitar sepersepuluh dari massanya, namun sangat padat dan hanya memiliki r adius 1 km.) Energi panas yang luar biasa besar dari sebuah bintang dihasilkan oleh penyerapan gas oleh bintang neutron yang ada di dalamnya. Selama beberapa tahun berikutnya berkembanglah teori-teori lain yang menjelaskan tentang alam semesta. Gagasan pertama muncul dari kepala Riset pembuatan Bom Atom di Amerika Serikat atau yang dikenal dengan Manhattan Project, Robert Oppenheimer dan asistennya Hartland Snyder. Menurut Oppenheimer dan Snyder, saat sebuah bintang berukuran besar kehabisan bahan bakar nuklirnya dan mati, bintang tersebut selanjutnya menyusut dikarenakan gaya gravitasinya sendiri. Pada titik tertentu, bintang ini menyusut sampai pada radius kritis, di mana bahkan cahaya tidak mampu lolos dari permukaannya. Pada titik ini bintang tersebut menjadi terisolasi dari benda-benda langit lainnya, dan "horizon peristiwa satu-arah" terbentuk. Partikel dan radiasi bisa masuk, tapi tidak ada yang bisa keluar. Singularitas ruang-waktu terbentuk, di mana dimensi-dimensi ruang dan waktu lenyap. Tidak ada apa pun yang bisa dipakai untuk menjelaskan apa yang terjadi dalam horizon ini; dan Oppenheimer bahkan menolak untuk berspekulasi. Namun teori Oppenheimer tersebut ditentang oleh Fisikawan Amerika lainnya, Jhon Wheeler. Wheeler juga tidak setuju dengan gagasan-gagasan kosmologis Oppenheimer, namun akhirnya terpaksa mengakui bahwa mungkin ada sesuatu dalam gagasannya tentang singularitas ruang-waktu yang terdapat dalam horizon peristiwa satu-arah. Dan dia melangkah lebih jauh dan menamakannya "objek yang runtuh sepenuhnya karena gaya gravitasinya sendiri": Dia bermaksud menamakannya "lubang hitam". Mungkin ini karena dia merasa tidak boleh setuju dengan semua yang dikatakan Oppenheimer. Wheeler menyatakan bahwa ada kemungkinan untuk menjelaskan apa yang terjadi dalam lubang hitam, yaitu perpaduan antara relativitas dengan fisika kuantum.
15
Namun di awal tahun 1960-an, banyak orang yang masih meragukan keberadaan lubang hitam itu sendiri. Dan memang, kecurigaan politik Wheeler terbukti saat sekelompok ilmuwan Soviet menyatakan telah berhasil membuktikan bahwa singularitas ruang-waktu (lubang hitam) sesungguhnya tidak mungkin ada. Menurut mereka, singularitas ruang-waktu semacam ini hanyalah dugaan teoretis yang salah dan muncul karena ada yang mengasumsikan bahwa bintang-bintang besar yang runtuh menyusut secara simetris. Hanya dengan cara inilah medan gravitasi akan terfokus pada satu titik, dan mengakibatkan singularitas ruangwaktu. Tanpa adanya penyusutan atau pengerutan simetris ini, tidak akan ada singularitas. Dan simsalabim: lubang hitam juga tidak ada. Seperti yang bisa kita lihat, kosmologi di awal tahun 1960-an, saat Hawking masuk, tengah berada dalam keadaan yang sangat tidak tetap. Dan "ajaran" yang masih diyakini di Cambridge adalah teori tentang semesta yang dalam kondisi tetap, tidak berubah, yang diusulkan oleh Hoyle. Menurut teori ini, semesta tidak memiliki awal dan tidak memiliki akhir, tapi selalu ada — tingkat kepadatan rataratanya juga konstan (atau dengan kata lain, tetap atau statis). Dan Hoyle jugalah yang pada tahun 1950-an memelopori penolakan terhadap teori big bang Namun teori Hoyle juga bermasalah. Bagaimana dia hisa menjelaskan tentang semesta yang meluas, seperti yang diamati oleh Hubble? Untuk menjawab pertanyaan ini, Hoyle mengusulkan gagasan bahwa bintang dan galaksi secara terus-menerus tercipta di angkasa. Bagaimana? Menurut Hoyle, karena itu memang sudah menjadi properti semesta. (Dan untuk melengkapinya, dia menambahkan bahwa bintang dan galaksi secara terusmenerus juga menghilang ke dalam kegelapan jauh di sana.) Dalam salah satu ceramahnya di Royal Society, London, Hoyle menyampaikan pendapatnya tentang teori statis alam semesta. Disitulah Hawking muncul. Hawking mendapati bahwa perhitungan-perhitungan Hoyle salah. Hawking pun mulai tampil di panggung kosmologis. Namun, kehadiran Hawking tidak serta merta menjawab semua pertanyaan tentang lubang hitam terjawab. Mereka yang memilih pandangan non simetris tentang bintang runtuh mulai mengembangakan sebuah gambaran baru. Menurut gambaran ini, bintang-bintang
16
menyusut secara tidak beraturan dan sangat kuat, sehingga “terbang” dan mengembang kembali. Masalah ini ditangani oleh seorang matematikawan muda dari Inggris bernama Roger Penrose. Dia menerapkan metode-metode matematika baru pada masalah tentang runtuhnya bintang dan menyampaikan hasil-hasil yang menarik. Menurut teorema singula ritasny a, sebuah bintang yang runtuh akan mengalami persis seperti yang diperkirakan Wheeler. Bintang tersebut akan membentuk sebuah singularitas di mana waktu dan hukum-hukum fisika tidak berlaku lagi. Dan sekalipun menyusut secara tidak beraturan, namun materi-materinya tidak terbang dan berkembang kembali. Sebuah bintang besar yang runtuh akan menyusut sampai pada radius horizon peristiwa dan menjadi lubang hitam. (Untuk bintang yang ukurannya sepuluh kali lebih besar dari matahari, radius horizon peristiwanya adalah 30 km.) Penrose juga menyatakan bahwa di luar titik ini, bintang tersebut akan terus menyusut. Ini sejalan dengan gambaran yang dibentuk oleh teori relativitas. Saat medan gravitasi semakin menguat, semua cahaya; materi, dan ruang-waktu akan tertarik ke dalamnya dengan intensitas yang semakin besar. Dan memang, bintang itu akan terus menyusut dengan intensitas yang semakin besar sehingga akhirnya memiliki volume nol dengan tingkat kepadatan tak berhingga. Dengan kata lain, bintang tersebut menentang hukum gravitasi dalam artian memiliki massa namun tidak memiliki dimensi. Demikian juga, ruang-waktu dan cahaya tidak ditarik menuju ke sebuah lubang; namun berputar-putar selamanya sampai akhirnya hilang. Semua ini terjadi dalam horizon peristiwa, dan tentu saja tidak bisa diamati. Namun horizon peristiwa tidak menyusut atau runtuh dalam cara apa pun: tapi tetap sama — pada titik di mana sebuah bintang berubah menjadi lubang hitam. (Sebagai contoh, horizon peristiwa untuk bintang dengan ukuran sepuluh kali lipat matahari, radius horizon peristiwanya tetap 30 km sementara bintang itu sendiri menyusut sampai tak berhingga.) Hawking mulai mempelajari gagasan-gagasan Penrose secara lebih cermat, dan saat dia melakukannya, sebuah gagasan menakjubkan mulai terbentuk dalam pikirannya. Seperti halnya gagasan-gagasan besar lainnya, gagasan ini cukup
17
sederhana
(meskipun
perhitungan
matematis
yang
dipergunakan
untuk
mendukungya tidak bisa dibuktikan). Hawking bertanya pada dirinya sendiri apa yang terjadi jika sebuah lubang hitam mampu membalikkan keadaannya. Dia selanjutnya menerapkan gagasan ini pada seluruh semesta. Mungkinkah semesta yang meluas ini tidak lebih dari sebuah bintang raksasa yang runtuh lalu membalikkan keadaannya. Waktu lenyap dalam lubang hitam: jika proses ini dibalik, maka waktu berarti diciptakan. Demikian juga dengan ruang. Materi berasal dari sebuah objek dengan kepadatan yang tak berhingga namun tidak memiliki dimensi. Dan ini pasti adalah big bang — penciptaan pertama, tidak ada yang lain. Teori relativitas berlaku dalam kedua cara tersebut. Saat medan gravitasi menguat, ruang-waktu, materi, radiasi, semuanya terkonsentrasi. Saat medan gravitasi meluas dan melemah, ruang-waktu menjadi terbentang, radiasi dan materi tersebar. Hawking berhasil menunjukkan bahwa pasti ada sebuah singularitas jauh di masa lalu yang menciptakan waktu. Dan jika semesta berhenti meluas dan mulai menyusut, pada akhirnya ia akan meledak dan berakhir menjadi singularitas — atau yang disebut big crunch. Tidak ada pertanyaan yang perlu diajukan tentang apa yang terjadi sebelum semesta berawal, atau apa yang terjadi setelah berakhir — karena dalam situasi semacam ini tidak ada yang namanya waktu. Ruang juga tidak ada, apalagi materi. Hawking menjelaskan bagaimana semesta berawal. Dia menunjukkan bagaimana proses terjadinya big bang, bagaimana semua itu berasal dari sebuah lubang hitam yang membalik keadaannya. (Meskipun para ilmuwan Soviet tetap bersikeras bahwa lubang hitam tidak ada dan Hoyle terus mempertahankan teori statisnya.) Pembicaraan tentang teori Hawking yang menakjubkan mulai tersebar dan diterima secara luas kecuali oleh orang-orang Soviet dan orang-orang dari semesta "dunia-datar". Hawking telah menunjukkan dirinya sebagai bintang utama di panggung kosmologi. Pada tahun 1971, Hawking memperoleh gagasan bahwa setelah peristiwa big bang, sejumlah "lubang hitam berukuran mini" terbentuk. Lubang hitam ini sedemikian padat dengan massa satu milyar ton namun ukurannya tidak lebih besar dari sebuah photon, partikel elementer yang memancarkan cahaya. Hawking
18
menunjukkan bahwa lubang hitam mini ini cukup unik — ia memiliki massa dan gaya berat yang sangat besar sehingga tunduk pada hukum relativitas, namun karena ukurannya yang sangat kecil maka ia juga tunduk pada hukum mekanika kuantum. Ini menunjukkan bahwa kedua hukum yang sering konflik ini "pada awalnya" adalah satu. Dalam hal ini ada kemungkinan bahwa di masa mendatang kita bisa mengembangkan sebuah teori terpadu yang mencakup hukum-hukum teori relativitas dan mekanika kuantum. Namun untuk saat ini, kemungkinan sensasional semacam ini bahkan masih cukup aneh untuk bisa diterima. Dan memang, yang terjadi adalah sebaliknya. Sebuah singularitas yang diciptakan oleh runtuhan gravitasional memiliki arti bahwa semua hukum fisika tidak berlaku. Secara filosofis, ilmu pengetahuan saat ini tengah dihadapkan pada dua kemungkinan yang sensasional sekaligus saling berkonflik satu sama lain, dan keduanya bisa disebut sebagai "akhir dari ilmu pengetahuan". Lubang hitam mini mengisyaratkan bahwa suatu had nanti kemungkinan akan ada sebuah teori yang mampu menjelaskan segala sesuatu. Pada saat yang sama, lubang hitam yang lebih "biasa" mengisyaratkan bahwa semesta mungkin tidak bisa dijelaskan secara ilmiah — dan mungkin memang tidak ilmiah sama sekali. Saat ini, ilmu pengetahuan telah mencapai tahap filosofis terakhir. Ia tengah hidup dalam ancaman besar — ada dua kemungkinan dari apa yang ada di hadapannya: menjadi sempurna atau hancur. Di seberang Atlantik, Wheeler tidak hanya "membaptis" lubang hitam, namun juga muncul dengan membawa sebuah perkiraan yang dikenal dengan sebutan "teorema tanpa-rambut". Menurut teorema ini, sebuah lubang hitam dengan cepat memasuki keadaan stasioner di mana hanya tiga parameter yang berlaku, yaitu: massa, pergerakan siku-siku, dan muatan listrik. Apa pun yang masuk ke dalam lubang hitam, hanya ketiga parameter tersebut yang masih tetap bert ahan. Pada tahun 1974, Hawking dan kelompoknya berhasil membuktikan "teorema tanpa-rambut". (Rambut maksudnya di sini adalah koordinat-koordinat dimensi yang menonjol keluar, yang "dicukur habis" saat memasuki lubang hitam — sehingga hanya bagian-bagian yang "gundul", massa bermuatan listr ik dan selalu bergerak, yang ada di dalamnya.) Hawking menunjukkan bagaimana relativitas
19
menjelaskan perkiraan Wheeler. Hukum fisika mungkin tidak berlaku dalam lubang hitam, namun yang terjadi di dalamnya juga bukan keadaan yang kacau sama sekali. Hawking mulai membayangkan apa yang terjadi pada cahaya yang berada di horizon peristiwa sebuah lubang hitam. Dia tahu bahwa cahaya yang membentuk horizon peristiwa (permukaan lubang hitam) tidak pernah saling mendekat — karena tertahan, tidak bisa terlepas dan tidak bisa terserap ke dalam lubang hitam. Tiba-tiba dia menyadari arti dari hal ini. Permukaan lubang hitam tidak pernah berkurang atau menyusut. Dengan kata lain, sekalipun ada dua lubang hitam yang berdekatan, keduanya tidak akan saling menelan satu sama lain. Sebaliknya, luas seluruh permukaan keduanya tetap sama atau bertambah, tapi tidak mungkin berkurang. Ini mungkin sulit dipahami — juga tidak terlalu menarik ataupun penting. Namun implikasiimplikasinya mampu mengubah pandangan kita tentang apa yang disebut sebagai lubang hitam. Hawking menyadari bahwa sifat permukaan lubang hitam memiliki kemiripan yang cukup aneh dengan hukum termodinamika kedua. Hukum ini menyatakan bahwa entropi (atau ketidakberaturan) dalam sistem terisolasi akan selalu sama atau bertambah; dan jika ada dua sistem semacam ini yang tergabung, maka jumlah entropi total lebih besar dibandingkan jumlah entropi sebelumnya. Pendeknya, ini berarti bahwa jika segala sesuatu dibiarkan begitu saja, maka ketidakberaturan yang terjadi akan tetap sama atau meningkat, tidak mungkin berkurang. (Hawking sendiri memberi contoh sebuah rumah. Jika anda tidak rajin merawatnya, maka ketidakberaturan atau kekacauan dalam rumah anda bertambah. Untuk menciptakan keberaturan, atau mengatasi ketidakberaturan, diperlukan tambahan energi lain.) Hukum ini menjelaskan mengapa ada proses-proses tertentu yang tidak bisa dibalik. Jika anda menjatuhkan sebuah gelas dan pecah, maka gelas itu tidak bisa menempel dan utuh kembali dengan sendirinya — karena itu berarti mengurangi entropi, jika kita melihat gelas tersebut sebagai satu sistem terpisah. Entropi menentukan arah dari proses yang tidak bisa dibalik. Dalam suatu cara, ia menunjukkan arah berjalannya waktu. Jadi mengapa sifat lubang hitam mirip dengan hukum termodinamika kedua? Apakah itu berarti bahwa hukum ini berlaku
20
di lubang hitam — yang sebelumnya dianggap sebagai suatu tempat di mana hukumhukum semacam itu tidak berlaku? Sampai sekarang, perhitungan-perhitungan tentang lubang hitam didasarkan pada relativitas, yang dalam hal ini memang ditujukan untuk menilai sifat dari objek-objek berukuran besar. Pengaruh-pengaruh pada tingkat subatom, yang dijelaskan
dengan
menggunakan
teori
kuantum,
tidak
diperhitungkan.
Pengaruhpengaruh tingkat subatom dianggap sangat tidak tepat bila diterapkan pada objek-objek raksasa seperti bintang dan lubang hitam. Dan Hawking selanjutnya akan menunjukkan betapa salahnya asumsi ini. Mekanika kuantum memberikan petunjuk penting terhadap sifat lubang hitam yang sesungguhnya. Pertama, kita perlu mengerti sedikit tentang mekanika kuantum. Salah satu gagasan paling mendasar dan paling menarik dalam fisika kuantum dikemukakan tahun 1927 oleh fisika wan Jerman, Werner Heisenberg, saat dia masih berusia 26 tahun namun sudah menjadi pakar teori kuantum. Penemuan terbesar Heisenberg adalah prinsip ketidakpastian, yang menyatakan bahwa kita tidak pernah bisa menentukan secara simultan posisi dan momentum yang tepat dari sebuah partikel. Heisenberg menyatakan bahwa hal itu tidak bisa dilakukan, bahkan secara teoretis, karena gagasan tentang posisi dan kecepatan sesungguhnya tidak ada artinya di alam. (Pernyataan ini berlaku untuk segala sesuatu di alam, mulai dari partikel subatom sampai galaksi paling besar — namun pada tingkat atom dan di bawahnya, perbedaan-perbedaan yang ada menjadi penting.) Satu ilustrasi sederhana adalah jika kita berusaha menentukan posisi yang tepat dari sebuah elektron. Partikel ini sedemikian kecil sehingga hanya bisa dideteksi dengan sesuatu yang memiliki panjang gelombang yang cukup kecil, seperti sinar gamma. Namun saat sinar gamma ini menabrak elektron, ia juga mempengaruhi momentum dalam suatu cara yang tidak bisa diperkirakan. Jadi tidak mungkin kita bisa menentukan posisi sebuah elektron tanpa mengubah momentumnya. Dan apabila kita berusaha menentukannya dengan lebih tepat (dengan menggunakan gelombang-gelombang yang lebih pendek), maka semakin besar pula pengaruhnya pada momentum elektron tersebut. Demikian juga, bila momentum tersebut tidak banyak terpengaruh, maka penilaian kita atas posisi elektron itu juga kurang tepat.
21
Hawking berspekulasi tentang apa yang terjadi di permukaan lubang hitam, di horizon peristiwa. Ruang di permukaan lubang hitam juga memiliki partikelpartikel virtual ini, yang muncul ke dalam realita. Namun sebelum saling meniadakan, keduanya terkena pengaruh lubang hitam. Partikel yang negatif ditarik dan yang positif ditolak lalu berubah menjadi radiasi. Jadi lubang hitam memancarkan radiasi thermal (yakni, panas). Karenanya memiliki suhu yang bisa diukur. Demikian juga, partikel entropi-tinggi yang masuk ke dalam lubang hitam menyebabkan permukaannya bertambah. Peningkatan yang terjadi di permukaan lubang hitam, meskipun mungkin sangat kecil, menandai peningkatan entropi lubang hitam. Namun jika lubang hitam memiliki entropi maka otomatis juga memiliki suhu. Suhu ini dalam realita mungkin hampir tidak berarti — sepersatu juta derajat di atas nol — tapi yang pasti ada. Hawking menunjukkan bahwa lubang hitam sebenarnya tidak "hitam". la memancarkan radiasi — panas, seakan-akan memang panas. Implikasi dari hal ini mengubah sepenuhnya konsepsi kita tentang lubang hitam. Lubang hitam bukanlah sebuah lubang di angkasa, di mana materi, ruangwaktu, dan hukum-hukum fisika tidak ada dan tidak berlaku. Lubang hitam bisa dilihat sebagai objek yang ada dalam semesta. la tunduk pada hukum termodinamika kedua. la memiliki entropi. Ini berarti ia bahkan memiliki waktu. Ia tidak lagi tidak dapat dilihat — karena ia bisa "dilihat" oleh hukum-hukum fisika. Tapi ini belum semua. Dalam menggabungkan gaya berat lubang hitam dengan perilaku atau sifat partikel virtual, Hawking berarti menggabungkan mekanika kuantum dan relativitas untuk yang pertama kalinya. Dan pada bulan Februari 1974, dalam sebuah kesempatan menjadi pembicara di Oxford, Hawking menyampaikan suatu gagasan yang benar-benar baru dan diluar didugaan. Menurut Hawking, Lubang hitam memiliki waktu, memiliki entropi, dan entropi ini semakin bertambah seperti yang lainnya. Ini berarti bahwa pada akhirnya lubang hitam akan menguap menjadi radiasi. Dengan kata lain, pada akhirnya lubang hitam akan "meledak". Anggapan Hawking ini tentu saja tidak dapat diterima begitu saja oleh Pakar Lubang Hitam lainnya. Sebulan kemudian, Hawking menulis sebuah paper yang menjelaskan tentang hasil-hasil temuannya dan diterbitkan dalam Nature dengan judul: "Black Hole
22
Explosion?" Paper ini oleh mantan tutor sekaligus kolaborator Hawking, David Sciama sebagai "salah satu yang terbaik dalam sejarah fisika" dan dianggap sebanding dengan paper relativitas Einstein, meskipun signifikansinya lebih kecil. Tapi sama-sama mampu menciptakan tanggapan antagonistik yang cukup besar dari orang-orang yang menolak memahaminya. Beberapa bulan kemudian Taylor menulis tanggapan dalam Nature yang isinya mengejek gagasan Hawking tentang lubang hitam yang meledak. Gagasan Taylor, seperti halnya teori statis Hoyle adalah bukan zamannya lagi. Dunia ilmu pengetahuan tidak pernah terlepas dari evolusi. Dan di sini berlaku prinsip yang kuat menang — sekalipun itu tidak selalu merupakan spesimen terbaik.
23
BAB III ANALISIS DAN SINTESIS 3.1
ANALISIS
Hawking menciptakan gagasan-gagasan baru tentang black hole dan alam semesta. Hawking berkeyakinan bahwa lubang hitam (black hole) menelan dan menghancurkan segala sesuatu yang terperangkap di dalamnya. Informasiinformasi yang ada dalam lubang hitam itu ternyata memungkinkan untuk melepaskan diri. Temuan barunya itu bahkan dapat membantu memecahkan paradoks informasi di lubang hitam yang selama ini menjadi teka-teki besar dalam fisika modern. Sebuah lubang hitam hanya muncul untuk membentuk diri tetapi belakangan membuka diri dan melepaskan informasi tentang apa yang telah terjatuh ke dalamnya. Jadi kita dapat memastikan tentang masa lal u dan memprediksikan yang akan datang. Apa yang tepatnya terjadi di dalam sebuah lubang hitam - sebuah zona di ruang angkasa dimana bahan-bahan terpadatkan hingga ke sebuah ukuran event horizon yang bahkan cahaya pun tidak dapat meloloskan diri dari gaya tarik gravitasinya- belum dapat dijawab oleh para ilmuwan. Pada awalnya, para ahli kosmologi meyakini lubang-lubang perangkap galaktik itu mirip dengan sebuah vacuum cleaner kosmik yang menghisap segala kotoran ke dalamnya. Pada 1976, Hawking melakukan studi revolusioner. Dia mendemonstrasikan bahwa di dalam ketentuan-ketentuan yang unik dari fisika quantum, begitu lubanglubang hitam itu membentuk diri, akan dimulai suatu proses 'penguapan', meradiasikan energi dan kehilangan massa. Berdasarkan teorinya, lubang-lubang hitam itu sebenarnya tidak sepenuhnya 'hitam' karena kondisi vacuum dari bintang yang meluruh hanya membebaskan amat sangat sedikit bahan-bahan dan energi dalam bentuk photon-photon, neutrinoneutrino, dan subpartikel lainnya. Dengan menyimpulkan semua itu ke dalam apa yang dinamakannya 'radiasi Hawking'. Menurut Hawking, partikel-partikel ini tidak mengandung informasi tentang apa yang telah terjadi di dalam lubang hitam, atau tentang bagaimana lubang itu terbentuk. Begitu lubang hitam menguap, seluruh informasi didalamnya 24
akan hilang. Hawking berpendapat, sebenarnya beberapa informasi tentang lubang hitam dapat ditentukan lewat apa yang diemisikan dari lubang itu. Informasi mengandung konsekuensi-konsekuensi filosofis dan praktikal penting. "Kita tidak akan pernah dapat meyakini secara pasti tentang masa lalu atau memprediksi masa depan," kata dia. "Banyak orang ingin meyakini bahwa informasi melepaskan diri dari lubang-lubang hitam, tetapi mereka sendiri tidak tahu bagaimana caranya informasi itu dapat keluar." Lubang hitam akan mati melalui proses Radiasi Hawking. Proses ini sederhananya seperti membongkar bagian per bagian dari lubang hitam. Selama berjalannya waktu, lubang hitam akan terus mengecil dan mengecil, hingga akhirnya mengalami ledakan super besar, bahkan ribuan kali lebih besar daripada ledakan bom Hiroshima dan Nagasaki. Akan tetapi, proses ini cenderung memakan waktu cukup lama. Sedangkan ukuran lubang hitam pastilah besar. Maka bisa jadi kita sebagai manusia tidak akan menyaksikan apa-apa dari per istiwa ini. Satu hal cukup menarik adalah keberadaan keberadaan radiasi Hawking pada lubang hitam homogen dan statis yang berbentuk simetri yaitu lubang hitam Schwarszchild. Gagasan mengenai lubang hitam pertama kali diprediksi pada tahun 1783 dengan menggunakan prinsip gravitasi Newton dan sifat cahaya sebagai partikel. Perkembangan teori lubang hitam mengalami pembaharuan pada 1974 dan 1975 melalui pandangan relativitas umum dan mekanika kuantum yang membuktikan secara matematis bahwa radiasi dapat menerobos keluar dari lubang hitam yang disebut radiasi Hawking. Selanjutnya, sebuah prediksi tentang reaksi balik radiasi Hawking. Akibatnya bintang mengalami pantulan (bounce) sebelum mencapai singularitas, bahkan sebelum cakrawala peristiwa terbentuk. Sehingga dianggap lubang hitam tidak pernah terbentuk sama sekali.
25
3.2
SINTESIS
Teori Hawking tentu saja menghasilkan konsekuensi-konsekuansi besar. Bahkan tidak sedikit ilmuwan yang menentang teori yang dikembangkannya. Tetapi tentu saja itu juga menjadi tantangan besar bagi Hawking. Jika saja apa yag dikatakan Hawking benar dan dapat dibuktikan kebenarnannya secar ilmiah, tentu akan mengungkap tabir rahasia semesat ini. Bahkan Hawking, dalam bukunya The Grand Design mengatakan bahwa jika hal ini dapat dibuktikan , berarti kita dapat mengetahui jalan pikiran Tuhan.
26
BAB IV SIMPULAN DAN REKOMENDASI A. SIMPULAN
Berdasarkan tinjauan pustaka dan analisis-sintesis yang dipaparkan diatas, maka dapat diambil kesimpulan bahwa, Hawking menciptakan gagasan-gagasan baru tentang black hole dan alam semesta. Hawking berkeyakinan bahwa lubang hitam (black hole) menelan dan menghancurkan segala sesuatu yang terperangkap di dalamnya. Informasi-informasi yang ada dalam lubang hitam itu ternyata memungkinkan untuk melepaskan diri. Temuan barunya itu bahkan dapat membantu memecahkan paradoks informasi di lubang hitam yang selama ini menjadi teka-teki besar dalam fisika modern. Sebuah lubang hitam hanya muncul untuk membentuk diri tetapi belakangan membuka diri dan melepaskan informasi tentang apa yang telah terjatuh ke dalamnya. Jadi kita dapat memastikan tentang masa lal u dan memprediksikan yang akan datang B. REKOMENDASI
Penulis menyarankan jika ada penelitian (telaah/kajian) lebih lanjut mengenai teori Hawking tentang black hole, agar tidak buru-buru dalam kajiannya. Banyak kajian-kajian sebelumnya yang lebih mengandalkan sisi ilmiah ketimbang filosofis atas teori Hawking ataupun sebaliknya. Peneliti yang hebat tentu saja mempertimbangkan dengana matang kedua hal tersebut. Tidak jarang peneliti (amatir?) yang menghakimi teori Hawking, bahkan dari sisi personalnya.
27
