London - Setelah hampir selama 30 tahun berkeyakinan bahwa lubang hitam (black hole) menelan dan menghancurkan segala sesuatu yang terperangkap di dalamnya, fisikawan antariksa Stephen Hawking berubah pikiran. Penulis buku Brief History of Time itu mengaku telah salah meletakkan argumen kunci tentang perilaku lubang hitam itu. 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."Saya telah memikirkan permasalahan ini selama 30 tahun terakhir, dan saya kira kini saya telah memiliki jawabannya," kata matematikawan cacat amyothropic lateral sclerosis dari Universitas Cambridge itu. "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 lalu dan mempediksikan yang akan datang". Profesor Hawking belum mau mengungkap perhitungan detil matematika di balik pemikiran terbarunya itu. Tetapi beberapa poin telah dibocorkannya dalam sebuah seminar di Universitas Cambridge. Temuan-temuan revisi itu rencananya baru akan dibeberkan Hawking dalam Konferensi Internasional ke-17 tentang Gravitasi dan Relativitas Umum di Dublin, Irlandia, 21 Juli mendatang. Curt Cutler, dari Albert Einstein Institute di Golm, Jerman, yang akan memimpin konferensi di Dublin, membenarkan bahwa Hawking telah meminta waktu khusus kepada dirinya menjelang akhir persiapan konferensi, "Dia mengirimkan catatan yang mengatakan,'Saya telah memecahkan paradoks informasi lubang hitam dan saya ingin mendiskusikannya'", ungkap Cutler. Apa yang tepatnya terjadi di dalam sebuah lubang hitam-sebuah zona di ruang angkasa tempat 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. Hawking, 62 tahun, telah menghabiskan sebagian besar masa hidupnya untuk mempelajari pertanyaan-pertanyaan seputar itu semua.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 kuantum, begitu lubang-lubang 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 vakum dari bintang yang meluruh hanya membebaskan sangat sedikit bahan dan energi dalam bentuk foton-foton, neutrino-neutrino, dan sub-partikel lainnya. Dengan menyimpulkan semua itu ke dalam apa yang dinamakannya "radiasi Hawking" matematikawan yang menggantungkan hidupnya di atas kursi roda itu juga sekaligus menciptakan teka-teki terbesar dalam dunia fisika. Partikel-partikel ini, kata dia, tidak mengandung informasi tentang apa yang telah terjadi di dalam lubang hitam, atau tentang bagaimana lubang itu terbentuk. Begitu lubang hitam menguap, seluruh informasi di dalamnya akan hilang. Tetapi kini, berdasarkan revisinya yang terbaru, Hawking berpendapat, sebenarnya beberapa informasi tentang 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".Jika memang Hawking sukses dengan teori barunya itu, dia akan kalah taruhan yang dibuatnya bersama fisikawan teori asal California Institute of Technology, Kip Thorne, melawan John Preskill ilmuwan yang juga asal Caltech. Taruhan berbunyi: informasi yang ditelan oleh sebuah lubang hitam akan selamanya tersembunyi dan tidak akan pernah terungkap. Preskill bertaruh menentang teori itu dan dengan demikian berhak atas hadiah sebuah ensiklopedia dari lawan-lawannya. Meski begitu, di luar kalah-menang pertaruhan, revisi yang akan dilakukan oleh Hawking membuktikan bentangan jagat raya masih menjadi misteri besar yang sangat gelap bagi manusia di bumi.Bagaimana Lubang Hitam Terbentuk ?Lubang hitam muncul ketika sebuah bintang yang besar dan padat (masif, berukuran 8-100 kali massa matahari) di sebuah supernova meredup dan mati dengan membakar seluruh tenaga nuklirnya. Gaya gravitasi menarik berat maha besar dari lapisan-lapisan luar bintang itu untuk ikut meluruh ke arah inti. "Permukaan" dari sebuah lubang hitam disebut dengan sebuah event horizon. Hancurnya gaya gravitasi menjadikan hampir seluruh cahaya tidak dapat melepaskan diri dan tidak ada satu pun informasi dari permukaan itu yang berhasil lolos.Sama halnya dengan figur kartun Cheshire Cat yang muncul lalu menghilang dalam gelap dengan hanya meninggalkan senyumnya, sebuah lubang hitam mewakili bahan-bahan yang hanya meninggalkan gravitasinya saja. Sebagian kalangan berpikir banyak lubang hitam kecil terbentuk di awal mula pembentukan jagat raya, Big Bang. Ada kemungkinan galaksi kita juga memiliki berlimpah lubang hitam mini. Pada prinsipnya, lubang hitam memiliki massa yang berbeda-beda. Lubang hitam yang terbentuk melalui kematian bintang-bintang sedikitnya memiliki massa dua kali daripada massa matahari kita. Tetapi kerapatannya bisa semiliar kali lebih padat daripada matahari kita. Tidak seperti benda-benda pada umumnya, seperti bebatuan, yang secara kasar memiliki ukuran proporsional dengan akar persegi massa, lubang-lubang hitam memiliki proporsi radial terhadap massanya. Secara virtual, bintang biasanya mati dan menghilang dari jagat raya ke bentuk sebuah titik dengan kerapatan yang tidak terbatas (event horizon) dimana hukum-hukum relativitas umum yang biasanya berlaku untuk ruang dan waktu luluh. Hukum-hukum fisika kuantum menyatakan, informasi-informasi itu tidak mungkin hilang sepenuhnya.Namun, Hawking dan teman-temannya berpendapat medan gravitasi ekstrim dari lubang hitam dapat menjadi pengecualian dari hukum-hukum itu. Radius sebuah lubang hitam (Rs) = 2 (M G)/v2. Dimana M adalah massa lubang hitam, G adalah konstanta gravitasi, dan v adalah kecepatan yang dibutuhkan suatu objek untuk menghindar dari gaya tarik gravitasi. Untuk kasus lubang hitam, v adalah c atau kecepatan cahaya.
BLACK HOLE MENCERAIBERAIKAN MATERI DAN ENERGI
Dublin, Rabu Ilmuwan astrofisika tersohor, Stephen Hawking, menyatakan bahwa black hole atau lubang hitam tidak menghancurkan segala yang dihisapnya, namun mengeluarkan kembali materi dan energi dalam bentuk yang telah tercerai-berai.Pemikiran baru Hawking yang radikal ini diungkapkannya dalam Konferensi Internasional Mengenai Gravitasi dan Relativitas Umum ke 17 di Dublin, Irlandia, Rabu (21/7). Adapun yang diungkapkan sang ilmuwan adalah hasil buah pemikirannya selama 30 tahun untuk menjelaskan paradoks mendasar dalam dunia sains: Bagaimana mungkin black hole bisa memusnahkan semua jejak materi dan energi yang dihisapnya --seperti yang diyakini Hawking sebelumnya-- sementara teori subatomik atau fisika quantum mengatakan unsur-unsur itu tidak bisa hilang begitu saja? Menurut Hawking dalam revisinya yang berjudul "The Information Paradox for black holes", lubang hitam menyimpan apa yang dihisapnya selama waktu yang amat panjang, dan bersamanya menjadi rusak dan mati. Ketika black hole akhirnya luruh, ia memancarkan apa yang dulu pernah dihisapnya kembali ke jagad raya, namun dalam rupa yang telah tercerai-berai.Sebelumnya Hawking dalam teorinya menyatakan bahwa materi yang terhisap black hole akan mengalir menuju jagad raya baru, suatu gagasan yang banyak diadopsi dalam cerita-cerita fiksi ilmiah. "Tidak ada cabang jagad raya baru seperti yang saya pikirkan sebelumnya. Materi, energi, maupun informasi yang dihisap black hole akan tetap berada di jagad kita," kata Hawking. "Saya menyesal telah mengecewakan penggemar fiksi ilmiah, namun menurut saya informasi (yang dihisap black hole) masih tersimpan, sehingga tidak mungkin menggunakan black hole sebagai jalan menuju jagad lain," lanjutnya. "Bila Anda melompat ke black hole, massa dan energi Anda akan kembali ke jagad raya, namun dalam bentuk yang terurai. Masih mengandung informasi mengenai seperti apa dahulu Anda itu, namun dalam bentuk yang tidak dikenali lagi."Hawking melanjutkan, "Kini saya merasa lega telah memecahkan masalah yang menghantui saya selama hampir 30 tahun, meskipun jawabannya tidak terlalu menggembirakan dibanding teori yang saya utarakan sebelumnya." Hawking adalah ilmuwan yang merintis pengertian mengenai black hole, lubang hitam di jagad raya yang menghisap segala sesuatu termasuk cahaya. Black hole terbentuk dari bintang raksasa yang tekanan gravitasinya luar biasa besar sedemikian rupa, sehingga menarik energi dan materi di dekatnya. Energi dan materi yang tersedot itu --menurut teori Hawking tahun 1976-- akan musnah ditelan black hole dan tidak akan pernah ditemukan lagi. Teori ini berlawanan dengan teori fisika quantum yang menyatakan bahwa materi dan energi tidak bisa benar-benar dihancurkan.Nah, dengan pembaharuan teori tersebut, maka apa yang diungkapkan Hawking sekarang tidak lagi berlawanan dengan teori fisika quantum, walau pengertian mengenai black hole itu sendiri sangatlah terbatas. Stephen Hawking adalah profesor matematika di Universitas Cambridge, yang terkenal lewat bukunya "A Brief History of Time," yang menjelaskan aspek-aspek paling kompleks mengenai jagad raya. Orang yang disebut-sebut sebagai salah satu jenius dunia ini menderita amyotrophic lateral sclerosis yang membuatnya lumpuh dan terpaksa hidup di kursi roda sejak berusia 20-an tahun. Ia berkomunikasi menggunakan piranti handheld dengan memilih kata dari layar komputer di kursi rodanya, lalu mengirimkannya ke piranti suara.
SEKALI LAGI TENTANG TEORI CHAOS
Di rubrik Inspirasi, Kompas, Sabtu (10/5), Dr Kebamoto menyajikan tulisan yang sangat menarik tentang teori chaos. Inul dipilih sebagai media yang cantik untuk menyajikan suatu konsep chaos yang tak kalah cantiknya. Tulisan itu telah menggoda untuk menyumbang pendapat dalam topik yang luar biasa menarik ini. Namun, kini yang dibahas adalah kandungan ilmiah dari chaos itu sendiri. Teori chaos menarik perhatian para ilmuwan dunia di tahun 1960-an. Salah satu paper ilmiah yang menandai "kelahiran" topik ini adalah karya dari Edward Lorenz. Meskipun demikian, nama-nama seperti B van der Pol, Duffing, dan M He’non tidak dapat dilupakan dalam proses kelahiran topik ini. Chaos pertama kali terobservasi dalam sebuah sistem yang dikenal dengan nama sistem dinamis. Tidaklah berlebihan jika kelahiran sistem dinamis dikaitkan dengan seorang matematikawan Perancis, Henri Poincare’ pada masa pergantian dari abad ke-19 ke abad ke-20.Pada era itu, perhatian matematikawan terpusat pada pencarian solusi dari suatu sistem. Henri Poincare’ adalah yang pertama kali membangun suatu metode untuk menganalisis sistem tanpa menghitung solusi secara eksplisit dan melahirkan teori modern tentang persamaan diferensial. Dari tulisan Henri Poincare’, dapat disimpulkan bahwa Poincare’ telah mengenal chaos. Pada permulaan abad ke-20, yaitu masa hidup B van der Pol, Duffing, maupun E Lorenz, trend yang berkembang adalah keyakinan bahwa sebuah sistem dapat "berperilaku" sangat liar, namun suatu saat akhirnya sistem akan kembali pada kondisi kesetimbangan. Ini bertentangan sama sekali dengan chaos yang telah dilihat oleh ketiga orang tersebut. Bukan tidak mungkin ada list yang lebih panjang lagi berisi nama-nama orang yang telah melihat fenomena chaos di sistem yang mereka miliki, namun tidak berani memublikasikannya. Edward Lorenz sendiri mendapat reaksi negatif dari rekannya ketika ia dengan penuh semangat menjelaskan fenomena itu, "Ed, alam di mana kita hidup tidak berperilaku seperti yang kau deskripsikan!" Kata seorang profesor Fisika kepada E Lorenz.Ada seorang matematikawan bernama Stephen Smale yang sebenarnya kontra terhadap teori chaos. Tetapi ketika ia membaca paper E Lorenz, ia mulai berpikir tentang kemungkinan selain teorinya sendiri. Akhirnya, ia menciptakan Pemetaan Sepatu Kuda (Horse-shoe map) yang sampai saat ini merupakan bentuk paling sederhana dari sistem yang memuat skenario menuju chaos.Chaos dan fraktalFraktal bukan chaos. Fraktal adalah suatu struktur yang memiliki substruktur yang masing-masing substruktur memiliki substruktur lagi dan seterusnya. Setiap substruktur adalah replika kecil dari struktur besar yang memuatnya. Contoh yang paling sederhana dari fraktal adalah jika kita memegang cermin di hadapan sebuah cermin. Di dalam cermin yang dipegang ada bayangan orang yang memegang cermin. Di dalam cermin yang ada di bayangan, ada bayangan si pemegang cermin itu lagi, dan seterusnya. Sebuah chaotic attractor terkadang juga memiliki struktur fraktal seperti itu. Keunikan dari benda-benda yang memiliki struktur fraktal adalah dimensinya. Secara umum, solusi dari sebuah sistem dinamis adalah sebuah obyek matematis yang berdimensi satu (mempunyai ukuran yang sama dengan garis). Jika solusi itu merupakan solusi yang chaotic, ia mempunyai dimensi fraktal berupa pecahan. Misalnya, berdimensi 2,3 yang berarti benda itu lebih tebal daripada bidang (yang berdimensi 2), tetapi masih lebih kecil daripada ruang (yang berdimensi 3).Chaos dan bifurkasiHampir semua sistem dinamis yang terkait dengan alam ini memuat satu atau lebih parameter di dalam sistem itu. Contohnya adalah jika kita bekerja dengan hukum Newton, maka ada konstanta gravitasi yang besarnya tetap, tetapi tidak kita ketahui nilai eksaknya. Pertanyaannya, jika ada suatu sistem yang bergantung pada parameter tertentu yang tidak diketahui besarnya, apakah dinamika dari sistem itu terpengaruh oleh perubahan nilai parameternya? Dapatkah suatu kondisi stabil berubah menjadi tidak stabil jika nilai parameternya berubah?Bayangkanlah sistem tata surya. Ada perputaran benda-benda langit pada orbitnya masing-masing. Ada banyak sekali parameter yang terlibat dalam sistem yang mendeskripsikan sistem tata surya. Pertanyaannya adalah apakah sistem itu cukup stabil (dalam artian tidak terlalu sensitif) terhadap perubahan nilai parameternya? Jika tidak, ketika manusia mengirimkan satelit, bisa menjadi gangguan yang terlampau besar dan memaksa sistem tata surya bergerak menuju kondisi stabil yang baru. Dapat terjadi orbit Bumi pindah ke orbit lain yang lebih besar dan berakibat turunnya suhu Bumi dan kematian besar. Inilah pertanyaan yang berusaha dijawab oleh Henri Poincare’.Perubahan kestabilan atau perubahan yang dramatis dalam dinamika suatu sistem akibat berubahnya nilai parameter dalam sistem dinamakan bifurkasi. Bifurkasi tidak selalu terkait dengan kekompleksan. Tetapi, ada beberapa jenis bifurkasi yang senantiasa terkait dengan bertambahnya kerumitan sistem yang pada akhirnya mengakibatkan chaos. Salah satunya adalah apa yang dikenal dengan period-doubling. Yang terjadi pada bifurkasi ini adalah sebuah gerakan periodik yang mengalami bifurkasi dan melontarkan gerakan periodik lain yang periodenya dua kali periode semula. Kemudian masing-masing gerakan periodik itu mengalami bifurkasi lagi yang sama dan seterusnya. Masing-masing gerakan periodik yang terlontar, biasanya tidak stabil. Akibatnya, pada suatu nilai parameter tertentu ada sangat banyak gerakan periodik yang tak stabil dalam sistem. Ketika ini terjadi, dinamika sistem sudah sangat kompleks dan chaos terjadi.Definisi chaosJadi apakah chaos itu? Chaos bukan fraktal, tetapi chaotic attractor mungkin mempunyai struktur fraktal. Chaos juga bukan suatu gerakan perulangan murni. Chaos juga tidak berarti gerakan tak beraturan. Dalam gerakan chaotic, misalnya pada kupu-kupu Lorenz (Lorenz butterfly), gerakannya berulang, tetapi secara tidak beraturan. Seperti melempar dadu 100 kali. Berulang? Jelas. Yang keluar bisa satu, dua, tiga, empat, lima, atau enam. Beraturan? tidak. Tetapi, sama sekali tidak beraturan juga tidak karena angka satu keluar kira-kira sebanyak 1/6 kali banyaknya pelemparan. Peristiwa ini dinamakan proses random (acak). Melempar dadu mengandung unsur ketidakpastian (atau ke-random-an). Yang ingin saya katakan adalah dalam proses di mana tidak ada ketidakpastian pun, keluarannya bisa tidak terprediksi, yaitu jika sistemnya chaotic.Sistem chaotic juga mempunyai properti khusus, yaitu bergantung secara sensitif terhadap kondisi awal. Kesalahan yang kecil dalam waktu singkat akan tersebar di seluruh sistem. Jadi, dua solusi yang berbeda hanya sedikit di awal akan berbeda sangat jauh setelah beberapa saat yang relatif singkat.
EINSTEIN SEKARAT
Siapa bilang menjadi seorang ilmuwan hebat berarti teorinya tidak terbantahkan. Albert Einstein yang dianggap pionir ilmu fisika modern sekalipun ternyata masih bisa didebat. Tim ilmuwan asal Australia baru-baru ini mengajukan teori bahwa kecepatan cahaya tidak terjadi secara konstan atau terus-menerus. Ide yang terbilang revolusioner ini dianggap dapat mematahkan teori lama fisika modern Einstein, yakni teori relativitas. Tim yang dipimpin ahli fisika teori Paul Davies dari Macquarie University, Sidney menyatakan ada kemungkinan kecepatan cahaya ternyata sama lambat dengan miliaran tahun. Jika hal ini benar maka para fisikawan harus mempertimbangkan kembali ide dasar tentang hukum alam semesta. "Jika terbukti benar, teori relativitas e=mc kuadrat harus menyerah kalah," ujar Davies kepada Reuters. "Tapi bukan berarti teori lama kami campakkan begitu saja. Sebab dalam revolusi fisika alam, semua teori lama selalu berkaitan dengan teori baru." Davies beserta ahli astrofisika Tamara Davis dan Charles Lineweaver dari University of New South Wales (UNSW) mempublikasikan proposal penelitiannya di jurnal ilmiah Nature edisi 8 Agustus. Diuraikan bahwa kecepatan cahaya bisa berubah setiap saat. Kesimpulan ini diambil berdasarkan data yang dikumpulkan oleh John Webb, ahli astronom asal UNSW yang dihadapkan pada teka-teki saat ia menemukan bentuk cahaya menyerupai objek bintang tapi menyerap tipe photon dari awan yang berada di antara bintang pada kecepatan 12 miliar tahun cahaya.Menurut Davies, observasi fundamental Webb mengartikan bahwa pancaran cayaha atom bersifat langsung tetapi sangat berbeda dengan struktur atom pada manusia. Ketidaksesuaian ini hanya bisa dijelaskan apabila terjadi penambahan elektron atau kecepatan cahaya telah mengalami perubahan."Namun dua teori lama mengenai hukum alam semesta merupakan teori yang menyatakan bahwa jumlah penambahan elektron tidak mungkin berubah, demikian pula dengan kecepatan cahaya. Sehingga teori kami menjadi tampak konyol," ujar Davies. Hukum relativitas e=mc kuadrat berarti mengalami perubahan pada dua bagian, yakni e yang merupakan jumlah pertambahan elektron serta c yaitu kecepatan cahaya. Kalau c tidak mengalami pengurangan berarti e yang bertambah kuantitasnya.Patahkan EinsteinUntuk memastikan bahwa proposal teorinya bisa diterima, Davies bersama timnya mendalami teori black hole, sebuah bagian dari alam semesta yang menyerap bintang-bintang dan benda galaksi lain. Mereka juga mencoba mempertimbangkan dogma fisika lain, yaitu hukum termodinamika. Setelah mempertimbangkan bahwa perubahan dalam pertambahan jumlah elektron dapat menghancurkan kebenaran hukum termodinamika maka mereka menyimpulkan bahwa satu-satunya pilihan adalah mematahkan teori Einstein. Studi penelitian harus dilakukan lebih banyak terhadap cahaya untuk mensahkan observasi Webb. Di sini mereka nyaris merasa frustasi dan tidak berdaya melawan teori relativitas Einstein."Saat satu dari peletak batu pertama fisika mengalami kolaps, maka tidak sepantasnya kita berada dalam ketidakpastian," ungkap Davies. Ia menambahkan, jika kita melihat awal dari perubahan paradigma fisika seperti yang terjadi 100 tahun silam dengan teori relativitas dan kuantum, maka sangat sulit mengetahui alasan yang harus dikemukakan. Ini berarti adanya kemungkin terjadi perubahan kecepatan cahaya bisa menjadi studi berskala besar seperti halnya struktur alam semesta, asal-muasalnya dan evolusi. Sebagai contoh, variasi kecepatan cahaya dapat menjelaskan mengapa ada dua jenis jarak dan ada bagian yang tidak terhubung di dalam alam semesta. Berdasar pemikiran konvensional, tidak akan pernah cukup waktu yang diperlukan untuk melalui antarkeduanya. Hal itu baru bisa terjadi saat para ilmuwan mempelajari pengaruh selama lebih dari iliaran tahun atau miliaran tahun perjalanan cahaya. Atau bisa juga ada implikasi mengejutkan yang tidak bisa mengubah cara pandang para ahli kosmologi melihat alam semesta . Sebagai contoh, Davies menjelaskan bahwa teori terdahulu menyatakan tidak ada yang lebih cepat dari cahaya, pendapat ini merujuk pada teori relativitas. Sampai sekarang kecepatan cahaya diketahui 300.000 kilometer per detik. "Mungkin masih masuk akal untuk tunduk pada hukum ini walau akan mengecewakan para penggemar film Star Trek. Sebab dalam serial tersebut dikatakan dengan kecepatan cahaya manusia dapat menghabiskan waktu selama 100.000 tahun untuk mengelilingi galaksi. Memang ini hanya sebuah cerita fiksi ilmiah, namun kalau memang kecepatan cahaya bisa berubah, siapa yang tahu," demikian komentar Davies
