Baru-baru ini, tanggal 14 Maret 2018, nama Stephen Hawking menjadi lebih bergema dibanding sebelumnya. Kabar meninggalnya fisikawan paling terkenal setelah Albert Einstein ini memenuhi dunia maya, melaju menyeberangi luasnya samudera, sampai ke negeri kita Indonesia. Stephen Hawking beristirahat untuk selamanya dalam usia 76 tahun.
Stephen Hawking sering dijuluki sebagai manusia terpintar yang masih hidup. Ada sedikit rasa bangga dalam benak kita karena beruntung bisa hidup sejaman dengan seorang ilmuwan besar. Namun kini perasaan bangga itu telah pergi, bersama dengan nafas terakhir yang berembus dari sang fisikawan ini.
Salah satu sumbangan besar Stephen Hawking terhadap fisika adalah teorinya tentang lubang hitam (black hole). Lubang hitam merupakan objek yang sangat massif sehingga tidak ada yang bisa lolos dari tarikan gravitasinya.
Awalnya lubang hitam hanya dianggap sebagai objek matematis yang lahir dari teori relativitas umum saja. Namun sekarang kita sudah tahu bahwa lubang hitam itu benar-benar ada di dunia nyata.[1]
Sumbangan apakah yang dilakukan Stephen Hawking terhadap teori lubang hitam? Simak penjelasan berikut.
Ruang Hampa Tidak Benar-Benar Hampa
Nalar kita dibentuk oleh pengalaman. Awalnya kita mengira bahwa benda berat jatuh lebih cepat daripada benda ringan. Hal ini karena dalam kehidupan sehari-hari kita memang melihatnya seperti itu. Akan tetapi setelah kita melihat lebih teliti ternyata tidak. Benda berat maupun benda ringan jatuh bersamaan jika hambatan udara dihilangkan. Inilah alasan mengapa teori relativitas dan teori kuantum susah dicerna oleh nalar. Dalam kehidupan sehari-hari kita tidak pernah berurusan dengan benda yang melaju super cepat maupun benda-benda yang berukuran super kecil. Karena itulah sebaiknya kita tidak boleh terlalu percaya dengan nalar (common sense) kita.
Hukum kekekalan energi merupakan hukum yang sangat logis, sesuai dengan nalar sehari-hari kita. Tidak mungkin materi muncul tiba-tiba dari kehampaan. Namun ternyata dua ditambah dua tidak selalu sama dengan empat. Teori kuantum telah memodifikasi hukum kekekalan energi melalui sebuah prinsip yang namanya ketidakpastian Heisenberg. Materi boleh tiba-tiba muncul dari ketiadaan asalkan segera lenyap. Konsekuensi dari hal ini sangat spektakuler. Prinsip ketidakpastian Heisenberg memberikan kita pengertian baru tentang apa itu kehampaan.
Apa yang terlintas di benar kita ketika mendengar kata “hampa”? Nalar kita menggambarkan kehampaan sebagai kekosongan, ketiadaan, hitam gelap, tanpa ada apapun di sana. Akan tetapi ternyata teori kuantum mengatakan hal lain. Ruang hampa tidaklah benar-benar hampa. Ruang hampa ternyata penuh dengan aktivitas. Pasangan partikel dan anti-partikel tiba-tiba muncul kemudian bertemu kembali dan saling meniadakan. Muncul menghilang, muncul lagi, menghilang lagi, begitu seterusnya. Menurut teori kuantum, ruang hampa merupakan tempat yang sangat ramai.[2] Teori kuantum inilah yang digunakan oleh Hawking untuk mendeskripsikan lubang hitam.
Teori Relativitas Umum vs Teori Kuantum
Saat ini hampir segala sesuatu yang ada di langit dan di bumi bisa dijelaskan dengan dua teori besar fisika, teori relativitas umum dan teori kuantum. Teori relativitas umum mampu menjelaskan benda-benda bermassa besar seperti bintang, galaksi, dan alam semesta. Sementara itu teori kuantum mampu menjelaskan benda-benda berukuran kecil seperti atom, proton, dan elektron.
Normalnya benda bermassa besar pasti ukurannya juga besar sehingga kita tidak perlu meninjaunya dengan dua teori tersebut sekaligus. Akan tetapi ada dua tempat dimana benda berukuran kecil memiliki massa yang sangat besar yaitu di pusat lubang hitam dan di awal mula alam semesta.
Untuk mengetahui apa yang terjadi di pusat lubang hitam maupun di awal mula alam semesta, kita perlu menyatukan teori relativitas umum dengan teori kuantum. Teori penyatuan inilah yang menjadi impian Stephen Hawking, Theory of Everything.
Akan tetapi ternyata menyatukan keduanya (teori relativitas umum dan teori kuantum) tidak mudah. Sampai saat ini kita masih belum mempunyai Theory of Everything sehingga kita masih belum bisa menganalisa apa yang terjadi di pusat lubang hitam dan di awal mula alam semesta.
Stephen Hawking memang belum bisa mengetahui apa yang terjadi di pusat lubang hitam karena ia belum berhasil menyusun Theory of Everything. Akan tetapi ia sudah membuat langkah awal untuk menuju ke sana. Sebelum mendekati pusat lubang hitam, lebih baik meraba-raba dulu permukaannya.
Meneliti permukaan lubang hitam tidak perlu menggunakan Theory of everything dalam versi yang sesungguhnya karena gravitasi di sana tidak sekuat gravitasi di pusat lubang hitam. Cukup menggunakan teori kuantum namun dalam background ruang-waktu yang melengkung.[3]
Radiasi Hawking
Apa yang terjadi ketika Stephen Hawking melihat permukaan lubang hitam menggunakan teori kuantum? Di sinilah revolusi itu terjadi. Hawking melihat pasangan partikel dan anti-partikel yang muncul di horizon lubang hitam. Lubang hitam mempunyai horizon atau jarak aman. Objek apapun itu termasuk cahaya kalau sudah menyeberang horizon tidak akan bisa keluar lagi. Itulah mengapa lubang hitam warnanya hitam, karena tidak ada cahaya yang bisa keluar darinya.
Sebagian pasangan partikel dan anti-partikel yang muncul di horizon ini tidak akan bisa bertemu kembali untuk saling meniadakan. Akibatnya, salah satu partikel masuk ke lubang hitam dan satunya lepas sebagai radiasi. Partikel yang masuk ke lubang hitam mempunyai massa negatif sehingga akan mengurangi massa lubang hitam.
Dari luar, lubang hitam tampak mengecil sambil memancarkan radiasi. Radiasi inilah yang kemudian dikenal dengan nama Radiasi Hawking. Hal tersebut merupakan sebuah revolusi karena sebelumnya lubang hitam dikenal sebagai objek yang tidak mau mengeluarkan apapun yang sudah ditelannya. Namun Hawking mengatakan bahwa lubang hitam ternyata memancarkan radiasi alias “bersinar”.[4]
REFERENSI:
[1] Science Channel. 2014. Through the wormhole – The riddle of black hole. https://www.youtube.com/watch?v=K8QfYWKoTDA diakses 14 Maret 2018
[2] Krauss, Lawrence. 2012. A Universe from Nothing. USA : Free Press
[3] Carroll, S. (2004). Spacetime and Geometry, An Introduction to General Relativity Chicago: Addison Wesley
[4] Muon Ray. 2015. Stephen Hawking Lecture – How to Escape Out of a Black Hole. https://www.youtube.com/watch?v=h_d7O9JGo_s diakses 14 Maret 2018
Mahasiswa fisika UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta