Lubang hitam tidak tinggal diam.
Mereka berputar. Mereka memakan materi. Mereka saling bertabrakan dan akhirnya menguap menjadi ketiadaan. Selama setengah abad, fisikawan memperlakukan mereka seolah-olah mereka adalah batuan statis dan tidak berubah di ujung alam semesta. Itu salah.
Sebuah studi baru dari Penn State telah membuka termodinamika lubang hitam yang jauh dari keseimbangan dengan membuang aturan lama demi sesuatu yang benar-benar sesuai dengan kenyataan.
Aturan lama hanya berlaku pada lubang hitam beku
Inilah hal tentang lubang hitam. Mereka ekstrim. Menghancurkan gravitasi. Tidak ada jalan keluar.
Pada tahun 1970-an Stephen Hawking menunjukkan sesuatu yang aneh kepada kita. Lubang hitam mematuhi hukum termodinamika. Aturan yang sama yang menentukan bagaimana es mencair atau kopi mendingin juga tampaknya mengatur lubang kosmik ini.
Tapi ada kendala.
“Hukum Hawking… mempunyai batasan yang serius,” kata Abhay Ashtekar. Dia memimpin tim di Penn State. “Mereka diformulasikan untuk lubang hitam dengan keseimbangan dan tidak berubah seiring waktu.”
Lubang hitam yang sebenarnya tidak pernah tetap seperti itu.
Mereka terbentuk. Mereka bergabung. Mereka memudar.
Perhitungan lama bekerja dengan sempurna untuk lubang hitam hipotetis yang berdiri sendiri dan tidak melakukan apa pun. Tapi alam semesta tidak membagikannya.
Mengapa cakrawala peristiwa berbohong tentang entropi
Entropi mengukur ketidakteraturan. Hukum Kedua Termodinamika menyatakan bahwa volume tidak pernah berkurang. Di lubang hitam, Hawking mengatakan entropi terikat pada luas permukaan cakrawala peristiwa. Batas tersebut adalah tempat gravitasi menjadi terlalu kuat sehingga cahaya tidak bisa lepas.
Kedengarannya sederhana. Bukan itu.
Masalahnya? Cakrawala peristiwa bersifat teleologis.
Artinya, bentuknya bergantung pada masa depan. Bukan saat ini. Untuk mengetahui di mana cakrawala peristiwa saat ini, Anda harus mengetahui segala sesuatu yang jatuh atau meledak di kemudian hari. Itu tidak masuk akal untuk melacak fisika secara real-time.
“Properti tidak dapat ditentukan hanya dengan fisika lokal,” jelas rekan penulis Jonathan Shu. “Sebaliknya, mereka mengandalkan prediksi kejadian.”
Jadi Anda tidak dapat menggunakannya untuk mengukur entropi fisik lubang hitam dinamis. Metrik tersebut rusak saat segala sesuatunya mulai bergerak.
Cakrawala dinamis memecahkan masalah waktu
Perbaikannya melibatkan pertukaran cakrawala peristiwa dengan sesuatu yang lain. Masukkan: cakrawala dinamis.
Ini bukanlah hantu teoritis. Mereka ditentukan oleh sifat fisik pada suatu saat. Tidak perlu memprediksi masa depan.
Pendekatan baru ini menghubungkan entropi secara langsung dengan dua hal.
1. Energi lubang hitam.
2. Putarannya.
Ini lebih bersih. Lebih realistis.
“Kita dapat menerapkan hal ini secara umum… untuk lebih memahami penguapan… dan penggabungan lubang hitam.” – Ashtekar
Ini penting karena kita selalu melihat merger tersebut. Detektor gelombang gravitasi seperti LIGO mendeteksi riak tersebut. Namun tanpa termodinamika yang akurat, kita tidak dapat menguraikan data sepenuhnya. Kami sedang mendengarkan percakapan yang kata-katanya belum kami ketahui.
Apakah ini mengubah cara kita memandang gravitasi?
Mungkin.
Daniel Paraizo salah satu penulis menunjukkan pergeseran tersebut. Model sebelumnya menganggap lubang hitam memiliki suhu nol dan entropi tak terbatas. Mereka menyerap energi dan tidak mengembalikan apa pun. Penyedot debu murni.
Lalu radiasi Hawking mengubah hal itu. Lubang hitam membocorkan energi. Mereka memiliki suhu. Namun undang-undang keseimbangan yang lama tidak dapat melacak kebocoran tersebut dengan lancar.
Kini dengan cakrawala dinamis Anda dapat menelusuri kehidupan lubang hitam. Dari pembentukan, penggabungan, hingga penguapan. Satu alur fisika yang berkesinambungan, bukan serangkaian foto yang terputus-putus.
Ini bukan sihir. Hanya matematika yang akhirnya mengakui bahwa perubahan itu normal.
Akankah ini menjelaskan gravitasi kuantum? Mungkin. Untuk saat ini, mari kita berhenti berpura-pura bahwa lubang hitam membeku dalam damar. Mereka hidup dalam arti bahwa fisika peduli terhadap kehidupan: mengubah sistem.
Apa yang terjadi selanjutnya bergantung pada seberapa baik simulasi tersebut bertahan.
