fbpx

Masukkan kata kunci Anda

Stephen Hawking: A Mind Without Limits

Stephen Hawking: A Mind Without Limits

LUBANG HITAM
Penelitian Hawking tentang singularitas akhirnya membawanya mempelajari aspek destruktif dan misterius yang bertebaran di seluruh Alam Semesta.
OLEH: MARCUS CHOWN

Matahari tidak panas. Orang meninggal sebenarnya tidak kehilangan nyawa. Serial situasi komedi Mrs. Brown’s Boys sangat lucu. Siapa pun yang bisa menyanggah pengetahuan kita yang mapan tentang apa pun akan mendapat tempat khusus dalam sejarah. Dan, itulah tepatnya yang dilakukan Stephen Hawking ketika, pada 1974, dia menunjukkan bahwa, bertentangan dengan semua perkiraan, lubang hitam sesungguhnya tidak hitam.

Lubang hitam adalah konsekuensi dari Teori Relativitas Umum yang diumumkan ke dunia oleh Einstein dalam serangkaian kuliah di Berlin pada November 1915. Jika Isaac Newton membayangkan gaya gravitasi, yang bagaikan tali gaib yang menghubungkan Bumi dengan Matahari dan memerangkap Bumi dalam orbit, Einstein menunjukkan bahwa ini salah. Tidak ada gaya semacam itu. Yang ada, massa seperti Matahari menciptakan lembah dalam ruang-waktu di sekelilingnya, dan gerakan alami Bumi adalah mengelilingi lengkungan atas lembah, seperti bola rolet yang berputar mengelilingi roda rolet.
John Wheeler, seorang ahli fisika dari Amerika, merangkum teori Einstein dalam satu pernyataan singkat: “Materi memberi tahu ruang-waktu cara melengkung. Dan, ruang-waktu yang sudah melengkung memberi tahu materi cara bergerak.” Kita tidak menyadari kurvatur ruang-waktu karena wujudnya empat dimensi, sementara kita makhluk tiga dimensi belaka. Karena itulah, dibutuhkan seorang genius seperti Einstein untuk menyadarinya.

Teori Einstein menggantikan satu persamaan universal Newton untuk teori gravitasinya dengan sepuluh persamaan. Karena itulah, menemukan solusi—bentuk ruang-waktu yang tercipta oleh distribusi materi— menjadi luar biasa sulit. Saking sulitnya, bahkan, siapa pun yang berhasil menemukan solusi, namanya akan disematkan dalam teori ini. Hebatnya, seseorang berhasil menemukan solusi hanya dalam beberapa bulan setelah Relativitas Umum dipublikasikan.

Karl Schwarzschild adalah seorang Yahudi Jerman yang ingin menunjukkan kepada golongan anti-Semit bahwa orang Yahudi juga berjiwa patriot. Maka, walaupun dia sudah berusia 40 tahun, dia tetap mendaftarkan diri ke militer begitu Perang Dunia Pertama pecah. Selama 18 bulan pengabdiannya pada pasukan Kaiser, dia mengelola stasiun cuaca di Belgia, memperhitungkan lengkung lintasan peluru dengan jajaran artileri di Prancis, dan bertugas di Rusia. Di sanalah dia terkena pemphigus vulgaris, penyakit melemahkan yang menyebabkan sistem imunitasnya menyerang kulitnya, sehingga dia menderita luka-luka menyakitkan. Dalam hitungan bulan, penyakit itu merenggut nyawanya. Bagaimanapun, selagi dia terbaring di rumah sakit di Eastern Front, dengan ledakan-ledakan peluru yang senantiasa terdengar di kejauhan, dia mencerna teori baru Einstein dan memikirkannya.

MELAMPAUI EINSTEIN

Schwarzschild menelaah massa berbentuk simetris bola seperti bintang. Dia membuat sejumlah asumsi penyederhanaan, yang berhasil memangkas jumlah persamaan Einstein, dan terkagum-kagum karena bisa menemukan cara akurat ruang-waktu melengkung di sekitar massa semacam itu. Namun, dia tidak sekagum Einstein, di Berlin, ketika membaca surat dari Eastern Front dan menemukan jawaban yang kemudian dikenal sebagai solusi Schwarzschild.

Schwarzschild dan Einstein sama-sama menyadari bahwa jika suatu massa dipampatkan ke dalam volume yang sangat kecil, lembah ruang-waktu akan menjadi sangat curam, dan kemudian berubah menjadi sumur tanpa dasar yang akan memerangkap segala sesuatu, bahkan cahaya. Karena ini mencakup menyusutkan Matahari hingga berdiameter hanya 6 km, yang oleh keduanya dianggap konyol, mereka luput memprediksikan lubang hitam, istilah yang baru akan dipopulerkan oleh Wheeler pada 1967.

Para ahli fisika lainnya sependapat bahwa, sebelum sebuah massa menyusut hingga mencapai radius Schwarzschild dan menjadi lubang hitam, tentu ada kekuatan alam lainnya yang turut berperan dalam mencegah malapetaka sebesar itu. Pada 1930, seorang ahli matematika India, anak ajaib berusia 19 tahun bernama Subrahmanyan Chandrasekhar, menunjukkan bahwa, jika sebuah bintang yang sangat besar kehabisan gaya dan tidak bisa lagi menghasilkan panas internal yang cukup untuk melawan gravitasi yang menariknya, tidak akan ada kekuatan apa pun yang bisa mencegahnya kolaps dan membentuk lubang hitam. Setelah lenyap, bintang itu akan terus menyusut ke titik kerapatan tidak terhingga yang dikenal sebagai singularitas [lihat “Singularitas”, h. 50].

Singularitas menandai runtuhnya ilmu fisika. Tentu saja alam tidak akan membiarkan malapetaka semacam ini, bukan? Bagaimanapun, pada 1971, lubang hitam bermassa seukuran massa bintang pertama, Cygnus X-1, ditemukan oleh Paul Murdin dan rekan-rekannya menggunakan satelit Uhuru X-ray milik NASA. Dan, sesungguhnya, lubang hitam—dengan jenis sangat berbeda—tanpa sengaja ditemukan satu dekade sebelumnya pada 1963.

TENTANG SCHMIDT

Kuasar, yang ditemukan oleh astronom Belanda-Amerika, Maarten Schmidt, adalah inti superterang dari galaksi yang baru saja lahir. Biasanya, kuasar memompa energi yang seratus kali lebih besar daripada gugusan bintang, tetapi dari volume yang lebih kecil daripada Tata Surya. Satu-satunya sumber cahaya sebesar itu adalah materi, yang terpanaskan sampai mengeluarkan sinar cemerlang, selagi berpusar bagaikan air yang tersedot oleh lubang hitam. Namun, bukan sekadar lubang bermassa seukuran massa bintang, melainkan lubang massa-bintang yang memiliki massa 50 miliar kali lipat Matahari.

Pada awalnya, lubang hitam supermasif itu diperkirakan hanya mungkin mendapatkan energi dari galaksi aktif, satu persen dari galaksi sporadis tersebut dicontohkan dengan tepat oleh kuasar. Namun pada 1990-an, para astronom yang menggunakan Teleskop Luar Angkasa Hubble Space menemukan lubang hitam supermasif yang bersembunyi di inti/pusat semua galaksi. Lubang hitam yang berada di inti Bima Sakti kita, yang dikenal dengan nama Sagittarius A*, bagaikan bocah, hanya berbobot 4,3 juta kali massa Matahari. Mengapa terdapat lubang hitam raksasa di setiap galaksi masih menjadi misteri besar yang belum terpecahkan di dunia kosmologi.

Namun, jika penemuan para astronom pengamat tentang keberadaan lubang hitam yang tersebar di Alam Semesta sudah dianggap mengagetkan, yang jauh lebih mengagetkan adalah karakteristik lubang hitam, yang diungkap oleh para ahli fisika teori. Dan, di sinilah Hawking berperan.

KONTRIBUSI HAWKING

Hawking mulai memusatkan perhatiannya pada lubang hitam setelah meneliti tentang singularitas Big Bang bersama Roger Penrose. Bersama para ahli fisika lainnya, dia membuktikan serangkaian teorema tentang vacuum cleaner kosmik ini. Yang paling mencengangkan adalah penemuan bahwa, tidak peduli seperti apa penampakan bintang yang menyusut hingga membentuk lubang hitam, wujud akhir lubang hitam pada intinya memiliki dua ciri-ciri—massanya dan kecepatan rotasinya. Lubang hitam ternyata sangat sederhana. Sebagaimana pandangan Chandrasekhar, yang meraih Penghargaan Nobel di bidang Fisika pada 1983: “Lubang hitam adalah objek makroskopik paling sempurna di Alam Semesta: satu-satunya elemen pembangunnya adalah konsep kita mengenai ruang dan waktu.”

Kiprah Hawking selanjutnya, yang juga tersohor, berlandaskan pada pemikiran tentang Big Bang yang telah diliriknya bersama Penrose. Fakta bahwa teori Einstein terpatahkan pada singularitas tidak berarti asal mula Alam Semesta akan selamanya menjadi misteri. Ini hanya berarti dibutuhkan sesuatu yang lebih baik daripada teori Einstein untuk menembus masa silam. Itulah yang secara luas diyakini sebagai teori kuantum, teori tentang atom-atom dan pembangunnya yang bisa menjelaskan mengapa tanah yang kita injak padat dan Matahari bersinar, dan yang telah memberi kita laser, komputer, dan reaktor nuklir. Masalahnya, tidak ada yang mengetahui cara untuk menyelaraskan teori kuantum dengan teori Einstein: bahkan, menyatukan keduanya hingga kini masih menjadi masalah terbesar di dunia fisika.
Hawking berniat untuk mengurai singularitas dalam Big Bang dan pusat lubang hitam, menggunakan teori kuantum untuk menyingkap tirai tebal yang ditutup oleh singularitas yang menghalangi pandangan kita. Namun, masalah ini ternyata sulit dipecahkan. Maka, Hawking memutuskan untuk mencobanya dengan masalah yang lebih sederhana.