Alam semesta menghancurkan sesuatu dengan cara yang berbeda. Jika Anda mencoba menahan napas di luar angkasa, paru-paru Anda akan meledak; jika Anda menghirup setiap molekul udara, Anda akan kehilangan kesadaran. Di beberapa tempat, Anda akan membeku karena kehilangan sisa panas tubuh Anda; yang lainnya akan sangat panas sehingga atom dalam tubuh Anda akan berubah menjadi plasma. Tapi dari semua cara alam semesta menyingkirkan objek, yang paling menyenangkan adalah mengirimkannya ke lubang hitam.
Ada Apa di Luar Horison Peristiwa?
Menurut teori gravitasi kita - teori relativitas umum Einstein - sifat-sifat lubang hitam ditentukan oleh tiga hal. Yaitu:
- Massa, atau jumlah total materi dan jumlah energi ekuivalen (menurut rumus E = mc2), yang menuju ke pembentukan dan pertumbuhan lubang hitam ke keadaan saat ini.
- Muatan, atau total muatan listrik yang ada dalam lubang hitam dari semua benda bermuatan positif dan negatif yang jatuh ke dalam lubang hitam sepanjang sejarah kehidupannya.
- Momentum sudut (momen), atau spin, yang merupakan ukuran jumlah total gerakan rotasi yang dimiliki lubang hitam secara alami.
Pada kenyataannya, semua lubang hitam yang secara fisik ada di alam semesta kita pasti memiliki massa yang besar, momentum sudut dalam jumlah besar, dan muatan yang dapat diabaikan. Ini membuat situasi menjadi sangat sulit.
Ketika kita biasanya membayangkan lubang hitam, kita membayangkan versi sederhananya, yang dijelaskan hanya berdasarkan massanya. Ia memiliki cakrawala peristiwa yang mengelilingi satu titik, dan area yang mengelilingi titik itu, yang tidak dapat dilewati cahaya. Area ini benar-benar bulat dan memiliki batas yang memisahkan area dari mana cahaya dapat lolos dan tidak dapat: horizon peristiwa. Horizon peristiwa berada pada jarak tertentu (radius Schwarzschild) dari singularitas ke segala arah secara bersamaan.
Video promosi:
Ini adalah versi sederhana dari lubang hitam realistis, tetapi tempat yang bagus untuk mulai memikirkan tentang fisika yang terjadi di dua tempat berbeda: di luar cakrawala peristiwa dan di dalam cakrawala peristiwa.
Di luar cakrawala peristiwa, gravitasi berperilaku seperti yang biasanya Anda harapkan. Ruang membelok di hadapan massa, yang menyebabkan setiap objek di alam semesta berakselerasi menuju singularitas pusat. Jika Anda berada pada jarak yang sangat jauh dari lubang hitam saat diam dan membiarkan benda jatuh ke dalamnya, apa yang akan Anda lihat?
Dengan asumsi Anda telah berhasil untuk diam, Anda akan melihat objek yang jatuh perlahan-lahan melaju dari Anda menuju lubang hitam ini. Ini akan berakselerasi menuju cakrawala peristiwa, setelah itu sesuatu yang aneh akan terjadi. Sepertinya itu melambat, memudar dan menjadi lebih merah. Tapi itu tidak akan hilang sama sekali. Itu hanya akan lebih dekat dengannya: itu akan menjadi kusam, merah dan lebih sulit untuk dideteksi. Anda selalu dapat melihatnya jika Anda melihat cukup dekat.
Sekarang mari kita bayangkan skenario yang sama, tetapi kali ini mari kita bayangkan bahwa Anda adalah objek yang sama yang jatuh ke dalam lubang hitam. Pengalamannya akan sangat berbeda.
Cakrawala peristiwa akan menjadi lebih besar lebih cepat dari yang Anda harapkan karena kelengkungan ruang semakin kuat. Ruang begitu melengkung di sekitar cakrawala peristiwa sehingga Anda akan melihat banyak gambar alam semesta, yang dari luar, seolah-olah dipantulkan dan dibalik.
Dan begitu Anda melintasi cakrawala peristiwa, Anda tidak hanya masih dapat melihat alam semesta luar, tetapi juga bagian dari alam semesta di dalam cakrawala peristiwa. Di saat-saat terakhir, ruang akan terlihat benar-benar datar.
Apa isi lubang hitam?
Fisika dari semua ini rumit, tetapi perhitungannya cukup sederhana dan paling elegan dilakukan oleh Andrew Hamilton dari University of Colorado dalam serangkaian makalah dari akhir 2000-an dan awal 2010-an. Hamilton juga menciptakan serangkaian rendering yang mengesankan dari apa yang akan Anda lihat jatuh ke dalam lubang hitam berdasarkan perhitungan ini.
Setelah memeriksa hasil ini, kita dapat menarik sejumlah kesimpulan, banyak di antaranya tidak logis. Untuk mencoba memahaminya, Anda perlu mengubah cara Anda merepresentasikan ruang. Kami biasanya menganggapnya sebagai kain yang tidak bergerak dan berpikir bahwa pengamat sedang "turun" ke suatu tempat. Namun dalam cakrawala peristiwa, Anda selalu bergerak. Ruang bergerak - seperti treadmill - secara terus menerus, menggerakkan segala sesuatu dengan sendirinya menuju singularitas.
Dan itu menggerakkan segalanya begitu cepat sehingga bahkan jika Anda mempercepat langsung dari singularitas dengan gaya tak terbatas, Anda tetap akan jatuh ke tengah. Objek di luar cakrawala peristiwa masih akan mengirimi Anda cahaya dari segala arah, tetapi Anda hanya dapat melihat sebagian kecil objek dari luar cakrawala peristiwa.
Garis yang menentukan batas antara apa yang dapat dilihat pengamat secara matematis dijelaskan oleh cardioid, di mana komponen dengan jari-jari terbesar menyentuh horizon peristiwa dan komponen dengan jari-jari terkecil berada di singularitas. Ini berarti bahwa singularitas, bahkan sebagai sebuah titik, tidak selalu menghubungkan semua yang ada di dalamnya dengan yang lainnya. Jika Anda dan saya jatuh ke cakrawala peristiwa dari arah yang berbeda pada waktu yang sama, kita tidak akan pernah melihat cahaya satu sama lain setelah cakrawala peristiwa saling bersilangan.
Alasannya adalah jalinan alam semesta yang terus bergerak. Di dalam cakrawala peristiwa, ruang bergerak lebih cepat daripada cahaya, jadi tidak ada yang bisa lolos dari lubang hitam. Itulah mengapa ketika Anda mencapai lubang hitam, Anda mulai melihat hal-hal aneh seperti banyak gambar dari objek yang sama.
Anda dapat memahami ini dengan mengajukan pertanyaan: di manakah singularitasnya?
Dari dalam cakrawala peristiwa lubang hitam, ke mana pun Anda bergerak, Anda akhirnya akan menemukan singularitas itu sendiri. Oleh karena itu, anehnya, singularitas muncul ke segala arah. Jika kaki Anda menunjuk ke arah percepatan, Anda akan melihatnya di depan Anda, tetapi juga di atas Anda. Semua ini mudah dihitung, meskipun sangat tidak logis. Dan itu hanya untuk kasus yang disederhanakan: lubang hitam yang tidak berputar.
Sekarang mari kita beralih ke kasus yang menarik secara fisik: saat lubang hitam berputar. Lubang hitam berasal dari sistem materi - seperti bintang - yang selalu berputar pada tingkat tertentu. Di alam semesta kita (dan dalam relativitas umum), momentum sudut adalah besaran tertutup mutlak untuk sistem tertutup mana pun; tidak ada cara untuk menyingkirkannya. Ketika agregat materi runtuh ke radius yang kurang dari radius horizon peristiwa, momentum sudut terjebak di dalamnya, seperti massa.
Solusi yang kami miliki di sini akan jauh lebih rumit. Einstein mempresentasikan relativitas umum pada tahun 1915, dan Karl Schwarzschild memperoleh solusi untuk lubang hitam yang tidak berputar beberapa bulan kemudian, pada awal 1916. Tetapi langkah selanjutnya dalam memodelkan masalah ini dengan cara yang lebih realistis - di mana lubang hitam memiliki momentum sudut, bukan hanya massa - baru diambil pada tahun 1963, ketika Roy Kerr menemukan solusi yang tepat pada tahun 1963.
Ada beberapa perbedaan mendasar dan penting antara solusi Schwarzschild yang lebih naif dan sederhana dan solusi Kerr yang lebih realistis dan kompleks. Diantara mereka:
- Alih-alih satu keputusan tentang di mana cakrawala peristiwa berada, lubang hitam yang berputar memiliki dua solusi matematika: cakrawala peristiwa dalam dan luar.
- Di luar cakrawala peristiwa luar, ada tempat yang dikenal sebagai ergosfer, di mana ruang itu sendiri bergerak dengan kecepatan rotasi yang sama dengan kecepatan cahaya, dan partikel di dalamnya mengalami percepatan yang luar biasa.
- Ada rasio maksimum yang diperbolehkan dari momentum sudut terhadap massa; Jika momentumnya terlalu kuat, lubang hitam akan memancarkan energi ini (melalui radiasi gravitasi) hingga turun ke batasnya.
- Dan yang paling menarik: singularitas di pusat lubang hitam bukan lagi sebuah titik, melainkan cincin satu dimensi yang jari-jarinya ditentukan oleh massa dan momentum sudut lubang hitam.
Dengan mengingat semua ini, apa yang terjadi jika Anda mencapai lubang hitam? Ya, ini sama dengan yang terjadi jika Anda jatuh ke dalam lubang hitam yang tidak berputar, kecuali bahwa semua ruang tidak berperilaku seolah-olah jatuh ke singularitas pusat. Sebaliknya, ruang juga berperilaku seolah-olah bergerak di sepanjang arah rotasi, seperti corong yang berputar-putar. Semakin besar rasio momentum sudut terhadap massa, semakin cepat ia berputar.
Artinya, jika Anda melihat sesuatu jatuh ke dalam lubang hitam, Anda akan melihat bahwa benda itu menjadi lebih redup dan lebih merah, tetapi juga berlepotan menjadi cincin atau piringan searah rotasi. Jika Anda jatuh ke dalam lubang hitam, Anda akan berputar seperti korsel yang menarik Anda ke tengah. Dan ketika Anda mencapai singularitas, itu akan menjadi sebuah cincin; bagian tubuh yang berbeda akan bertemu dengan singularitas - pada permukaan ergositik bagian dalam lubang hitam Kerr - dalam koordinat spasial yang berbeda. Anda secara bertahap akan berhenti melihat bagian lain dari tubuh Anda sendiri.
Hal terpenting yang perlu Anda pahami dari semua ini adalah bahwa struktur ruang itu sendiri sedang bergerak, dan cakrawala peristiwa didefinisikan sebagai tempat di mana bahkan jika Anda bergerak dengan kecepatan cahaya, ke arah mana pun yang Anda pilih, Anda pasti akan bertabrakan. dengan singularitas.
Visualisasi Andrew Hamilton adalah model terbaik dan paling akurat tentang apa yang terjadi ketika Anda jatuh ke dalam lubang hitam, dan sangat tidak logis sehingga harus dilihat berulang kali sampai Anda mulai memahami sesuatu (Anda tidak benar-benar memulainya). Ini menyeramkan dan indah, dan jika Anda cukup berjiwa petualang untuk terbang ke lubang hitam dan melintasi cakrawala peristiwa, ini akan menjadi hal terakhir yang pernah Anda lihat.
Ilya Khel
