[비즈한국] Lubang hitam adalah rahasia terbesar dan tergelap di alam semesta. Apa yang terjadi jika kita masuk ke dalam lubang hitam? Seberapa besarkah lubang hitam terbesar di alam semesta? Ada satu kata kunci lagi yang selalu muncul dalam diskusi tentang lubang hitam. Itulah white hole (lubang putih).
Lubang hitam, jika diterjemahkan secara harfiah, berarti lubang berwarna hitam. White hole adalah konsep yang tepat berkebalikan, yaitu lubang berwarna putih. Kita sering membayangkan lubang hitam seperti saluran pembuangan yang terbuka di dasar kolam renang. Kita menganggapnya sebagai saluran pembuangan di ruang-waktu yang menelan apa pun di sekitarnya tanpa pandang bulu. Secara alami, pertanyaan ini muncul: jika lubang hitam adalah entitas yang menelan segalanya, ke mana perginya benda-benda yang ditelannya itu? Jika ada mulut yang memakan, bukankah seharusnya ada tempat untuk mengeluarkan apa yang telah ditelan lubang hitam nantinya? Itulah mengapa banyak orang membayangkan white hole sebagai kebalikan dari lubang hitam; bukan sesuatu yang menelan segalanya, melainkan sesuatu yang memuntahkannya kembali.
Keberadaan lubang hitam telah diprediksi sejak lama. Bahkan wujud aslinya telah dikonfirmasi dengan mengerahkan teleskop radio di seluruh dunia. Namun, white hole berbeda. Sampai saat ini, belum ada kasus pengamatan yang berhasil menangkap wujud white hole. Bahkan, cukup banyak astronom dan fisikawan yang skeptis terhadap keberadaan white hole itu sendiri.
Jika white hole benar-benar ada di alam semesta, dan hanya saja kita belum menemukannya, apa yang harus kita cari? Ke mana kita harus melihat? Sekilas kita mungkin berpikir karena ini adalah entitas yang memuntahkan semua materi dan energi—berkebalikan dengan lubang hitam—maka kita hanya perlu mencari benda langit yang sangat terang yang memuntahkan energi besar ke segala arah. Namun, justru itulah kesalahan terbesar yang kita buat. Jika Anda ingin menemukan white hole, jangan mencari tempat yang bersinar terang.
Pertama-tama, mari kita pikirkan tentang singularitas lubang hitam. Lubang hitam umum yang paling mudah ditemukan di alam semesta terbentuk ketika bintang yang massanya puluhan kali lebih berat dari Matahari menyelesaikan evolusinya dan runtuh dengan cepat secara bersamaan. Banyak orang berpikir bahwa bintang masif menjadi lubang hitam karena sisa-sisa di pusatnya setelah ledakan supernova di saat-saat terakhir, tetapi itu tidak benar. Saat inti bintang yang telah menyelesaikan fusi nuklir runtuh, partikel berenergi tinggi termasuk neutrino terpancar dengan cepat ke segala arah. Namun, karena begitu banyaknya energi yang tersebar, energi tersebut bertabrakan dengan lapisan kulit bintang yang runtuh bersama-sama dari luar, dan akhirnya materi luar bintang itu terpental keluar dengan cepat. Inilah yang kita lihat sebagai ledakan supernova.
Jadi, setelah ledakan supernova, yang tersisa di pusatnya hanyalah bintang neutron. Jika massa inti bintang yang runtuh sejak awal terlalu berat, ia bahkan bisa menekan kekuatan partikel berenergi tinggi yang keluar dari dalam. Kemudian, tanpa ledakan apa pun, seluruh bintang runtuh seketika menjadi satu titik. Inilah lubang hitam yang ditinggalkan saat bintang mati.
Singkatnya, lebih tepat untuk mengatakan bahwa sisa-sisa setelah ledakan supernova bukanlah lubang hitam, melainkan ada dua jalan yang ditempuh: bintang mati melakukan ledakan supernova, atau runtuh seketika menjadi lubang hitam tanpa ledakan supernova.
Lubang hitam yang terbentuk seperti ini pada dasarnya memiliki seluruh massa bintang yang runtuh terkumpul di satu titik. Menurut teori relativitas Einstein, ruang-waktu melengkung dan terdistorsi oleh massa. Semakin berat massanya, semakin besar ruang-waktu terdistorsi. Dan di tempat dengan gravitasi yang kuat, yaitu di tempat ruang lebih terdistorsi, waktu mengalir lebih lambat.
Karena gravitasi lubang hitam yang begitu kuat, kita bisa memikirkan situasi yang sangat ekstrem. Di tempat yang cukup jauh dari lubang hitam, tingkat distorsi ruang-waktu belum terlalu besar, sehingga jika bisa bergerak cukup cepat, kita bisa melarikan diri tanpa tersedot terus-menerus ke arah lubang hitam. Namun, sangat berbahaya jika mendekati lubang hitam terlalu dekat. Ruang-waktu melengkung terlalu dalam dan tajam. Untuk keluar dari kelengkungan ruang-waktu yang curam itu, kita harus bergerak lebih cepat dari cahaya. Dengan kata lain, bahkan cahaya, yang merupakan benda tercepat di alam semesta, tidak bisa lepas dari gravitasi lubang hitam.
Batas seberapa dekat kita harus mendekati lubang hitam agar cahaya tidak bisa keluar disebut cakrawala peristiwa (event horizon). Teori relativitas Einstein sejak dini telah memprediksi situasi ekstrem ini. Namun, Einstein sendiri pada awalnya tidak menerima konsep lubang hitam di mana bahkan cahaya tidak bisa keluar. Bisa dibilang, bahkan Einstein pun tidak bisa menerima kebenaran alam semesta yang ditunjukkan oleh matematika secara murni.
Sekarang, bayangkan kita melakukan perjalanan melewati cakrawala peristiwa lubang hitam menuju pusatnya. Jika pesawat ruang angkasa kita sangat kokoh dan tidak hancur, perubahan apa yang akan dirasakan oleh kita yang berada di dalamnya? Anehnya, kita tidak akan merasakan perubahan apa pun. Baik kita melayang di alam semesta biasa jauh dari lubang hitam, menari-nari tipis di batas cakrawala peristiwa, bahkan melewati cakrawala peristiwa dan masuk ke dalamnya, bagi kita waktu tetap mengalir sama persis.
Namun, jika seseorang di kejauhan mengamati kita yang mendekati cakrawala peristiwa, baginya itu akan terlihat sangat berbeda. Dari sudut pandangnya, pesawat kita akan melambat dan akhirnya saat mencapai cakrawala peristiwa, ia akan terlihat membeku seolah waktu berhenti selamanya. Inilah bagian aneh dari teori relativitas. Apa pun yang saya lakukan atau di mana pun saya berada, waktu yang saya lihat mengalir tanpa masalah. Hanya saja, waktu saya dari sudut pandang pengamat lain terlihat berbeda.
Untuk memudahkan pemahaman, mari kita turunkan ruang-waktu tiga dimensi menjadi bidang datar dua dimensi. Lubang hitam bisa dikatakan sebagai lubang yang terus menggali dalam tanpa akhir ke dalam ruang-waktu dua dimensi. Seiring berjalannya waktu, lubang hitam terus menggali lubang ruang-waktu ini semakin sempit dan dalam. Meski terlihat tergali dalam tanpa akhir, bukan berarti kedalaman lubang ini benar-benar berlanjut ke tak terhingga. Seiring waktu, ia hanya bergerak semakin dalam dengan cepat.
Di dasar lubang yang paling bawah, bintang yang runtuh sendiri dan menciptakan lubang hitam itu masih ada! Padahal, bintang yang telah menyelesaikan evolusinya jelas hancur dalam hitungan detik dan menghilang. Jika demikian, bagaimana mungkin lubang hitam bisa ada untuk waktu yang jauh lebih lama?
Di sinilah keajaiban waktu dalam teori relativitas bermain. Waktu singkat berlalu di dunia tempat kita tinggal di luar cakrawala peristiwa. Bagi lubang hitam yang hidup jauh di balik cakrawala peristiwa, waktu yang jauh lebih lama berlalu. Dengan kata lain, singularitas lubang hitam tidak berada di pusat lubang hitam saat ini, melainkan di masa depan, pada titik waktu setelah saat ini!
Lantas, apakah bintang yang runtuh benar-benar runtuh selamanya tanpa henti? Fisikawan Italia Carlo Rovelli menyajikan model yang menyatakan sebaliknya. Bintang yang runtuh terus mengecil hingga mencapai skala terkecil yang dimungkinkan secara mekanika kuantum, yang disebut skala Planck, dan dapat menghentikan keruntuhannya. Jika bintang yang runtuh tiba-tiba berhenti runtuh, lalu apa selanjutnya? Seperti bola yang jatuh ke lantai kemudian memantul kembali ke atas, bintang yang runtuh bisa memantul kembali dengan cepat setelah mencapai batasnya. Dalam teori relativitas umum Einstein, ini hanyalah membalik arah waktu dalam proses pembentukan lubang hitam. Dengan kata lain, jika proses pembentukan lubang hitam sama persis dan hanya aliran waktunya yang dibalik, maka kita bisa membuat white hole dengan sangat mudah.
Lantas, bagaimana sisa-sisa bintang di kedalaman lubang ruang-waktu yang runtuh hingga skala Planck bisa seketika memutar balik aliran waktu dan berubah menjadi white hole? Di sini, Rovelli memanfaatkan fenomena yang sangat umum di dunia mikroskopis yang dikuasai mekanika kuantum, yaitu efek penerowongan kuantum (quantum tunneling). Ketika mencapai skala mekanika kuantum yang sangat kecil, semua eksistensi memiliki sifat gelombang yang lebih kuat. Bahkan bisa menembus dinding dan melewati sisi lainnya. Ini disebut efek penerowongan kuantum.
Bahkan di dalam bintang biasa seperti Matahari, proses di mana proton yang hanya saling tolak-menolak bertabrakan dan bergabung menjadi gumpalan yang lebih besar dimungkinkan karena efek penerowongan kuantum menembus gaya tolak di antara keduanya. Dalam konteks serupa, jika bintang yang runtuh di dalam lubang hitam mengalami efek penerowongan kuantum, ia bisa memasuki proses pembentukan white hole di mana aliran waktu seketika berbalik arah.
Jika Anda masuk melewati cakrawala peristiwa lubang hitam, Anda akan jatuh tanpa henti ke dalam lubang. Keluar adalah hal yang mustahil. Sebaliknya, Anda tidak bisa masuk melewati cakrawala peristiwa white hole. Lantas, mungkinkah menggunakan perbedaan ini untuk membuktikan keberadaan white hole yang berbeda dengan lubang hitam melalui pengamatan? Artinya, jika dilihat dari luar alam semesta tempat kita tinggal, apa perbedaan wujud lubang hitam dan white hole?
Yang mengejutkan, tidak ada bedanya! Sekilas ini mungkin terdengar aneh. Bayangkan seseorang dari kejauhan mengamati Anda mendekati cakrawala peristiwa lubang hitam dan white hole. Anda akan melewati cakrawala peristiwa lubang hitam begitu saja dan masuk ke dalamnya. Dan Anda akan jatuh tanpa henti menuju lubang hitam di dalamnya. Sebaliknya, dalam kasus white hole, Anda tidak bisa masuk melewati cakrawala peristiwa. Akhirnya, Anda akan tetap berhenti di batas cakrawala peristiwa white hole.
Maka, bukankah perbedaan ini pada akhirnya akan terlihat dari luar? Namun tidak. Bukankah tadi dikatakan bahwa di sekitar lubang hitam waktu semakin melambat dan akhirnya berhenti selamanya di cakrawala peristiwa! Akhirnya, jika seseorang mengamati Anda yang mencapai batas cakrawala peristiwa, baik itu lubang hitam maupun white hole, Anda akan terlihat sama-sama membeku di batas itu dan berhenti selamanya. Tidak ada bedanya!
Inilah poin subtil dari white hole. Di dalam cakrawala peristiwa, fenomena yang terjadi di lubang hitam dan white hole jelas berlawanan. Namun perbedaan keduanya hanya ada di dalam cakrawala peristiwa. Di dunia luar, tidak ada perbedaan.
Lantas, apakah lubang hitam yang telah runtuh, mengalami skala Planck, dan melalui efek penerowongan kuantum memantul kembali berubah menjadi white hole akan ada selamanya sampai alam semesta berakhir tanpa menghilang?
Sepertinya tidak. Tentang akhir lubang hitam, fisikawan Stephen Hawking telah memprediksinya dengan rapi. Di batas cakrawala peristiwa lubang hitam, energi negatif mengalir ke dalam lubang hitam, menyebabkan proses penguapan di mana lubang hitam seolah memancarkan partikel ke segala arah, yang disebut radiasi Hawking. Ini mirip dengan radiasi termal di mana benda yang menyimpan suhu menyebarkan panas. Dan aliran panas adalah satu-satunya petunjuk yang membuat kita tahu bahwa waktu di alam semesta pada akhirnya mengalir ke satu arah. Di dalam cakrawala peristiwa, kelahiran white hole di mana waktu dalam persamaan Einstein mengalir terbalik memang dimungkinkan, namun pada akhirnya jika dilihat dari luar alam semesta, lubang hitam pun hanyalah budak waktu yang perlahan menguap dan massanya menjadi lebih ringan.
Seluruh proses ini akan terlihat memakan waktu yang sangat lama bagi kita yang berada di luar cakrawala peristiwa. Namun, di dalam cakrawala peristiwa, semuanya terjadi seketika. Sejak bintang utuh runtuh, melewati skala Planck, hingga kembali menjadi white hole, hanya waktu yang sangat singkat yang berlalu. Namun di antaranya, alam semesta luar mungkin telah melewati miliaran tahun. Rovelli mengatakan hal ini.
“Pantulan bintang Planck adalah jalan pintas menuju masa depan. Di luar, waktu yang sangat panjang berlalu perlahan, tapi ini adalah jalan di mana seseorang bisa bersembunyi dengan aman untuk sementara.”
Jika hipotesis ini diterima, kita bisa memikirkan satu kemungkinan lain yang lebih mengejutkan. Mari kita pikirkan seperti apa rupa white hole yang tercipta setelah waktu yang sangat lama berlalu. Pada akhirnya, bintang Planck yang telah kehilangan sebagian besar energi dan massa yang dimilikinya melalui radiasi Hawking, jika dilihat dari luar, hanyalah gumpalan kecil yang hanya memancarkan energi yang sangat sedikit. Mengejutkannya, di dalamnya mungkin ada dunia luas yang tampak berlanjut tanpa henti menuju masa depan. White hole yang mencapai akhirnya akan tersisa sekitar massa Planck, yaitu massa terkecil yang secara fisik bisa ada. Karena ukuran cakrawala peristiwa tidak bisa lebih pendek dari skala Planck, white hole pada akhirnya hanya bisa menjadi seringan massa ini. Ini hampir seberat satu helai rambut.
Bagaimana jika sesaat setelah Big Bang, di alam semesta awal, banyak gumpalan materi gelap yang menyusut dan menciptakan banyak lubang hitam primordial? Dan jika sebagian besar dari mereka perlahan-lahan mengurangi massanya hingga saat ini menjadi white hole kecil yang hanya seberat satu helai rambut? Seperti bulu kucing putih yang melayang memenuhi kamarku, mungkin ada pecahan-pecahan white hole kecil yang beratnya bahkan tidak sampai 0,1 gram yang melayang di seluruh penjuru alam semesta. Meskipun massa satu helai white hole mungkin sangat minim, meskipun terlalu kecil untuk dilihat, jika jumlahnya tak terhitung banyaknya, mungkin saja mereka menempati sebagian besar massa alam semesta secara keseluruhan. Mungkinkah identitas asli materi gelap yang keberadaannya belum kita pahami dengan tepat sebenarnya adalah banyak sekali pecahan white hole yang melayang di ruang angkasa?
Tentang penulis Ji Woong-bae? Dia mencintai kucing dan alam semesta. Sejak kecil, setelah menonton 'Galaxy Express 999', dia memiliki impian untuk menyebarkan keindahan alam semesta. Saat ini, dia meneliti evolusi melalui interaksi galaksi di Pusat Penelitian Evolusi Galaksi dan Laboratorium Kosmologi Dekat Universitas Yonsei, dan melakukan berbagai kegiatan komunikasi sains seperti ceramah dan menulis. Dia telah menulis buku-buku seperti ‘Som-taneun Cheonmundae (Observatorium yang Sedang PDKT)’, ‘Haru Jongil Uju Saenggak (Memikirkan Alam Semesta Sepanjang Hari)’, dan ‘Byeol, Bit-ui Gwahak (Bintang, Sains Cahaya)’.