Lubang hitam selama ini dikenal sebagai monster kosmik pemangsa cahaya, wilayah ruang di mana gravitasi begitu kuat hingga tidak ada apa pun yang bisa lolos. Namun, di tengah kegelapan itu, para ilmuwan menemukan sesuatu yang lebih aneh: jejak komunikasi kuantum di tepi kehancuran total.
Bagaimana mungkin “informasi” bisa bertahan di tempat di mana bahkan cahaya pun tidak bisa keluar? Untuk menjawab pertanyaan ini, sekelompok fisikawan dari Tiongkok (Shu-Min Wu, Hao-Yu Wu, Yu-Xuan Wang, dan Jieci Wang) menggabungkan dua dunia ekstrem: teori relativitas Einstein dan fisika kuantum, dalam penelitian terbaru mereka berjudul “Gaussian Tripartite Steering in Schwarzschild Black Hole”.
Baca juga artikel tentang: S1094b: Jejak Tumbukan Raksasa dan Es Tersembunyi di Mars
Dari Einstein ke Kuantum: Dua Dunia yang Belum Akur
Relativitas umum, ciptaan Albert Einstein, menjelaskan bagaimana gravitasi membentuk ruang dan waktu. Fisika kuantum, di sisi lain, mengatur perilaku partikel kecil seperti elektron dan foton. Keduanya sangat berhasil di bidang masing-masing, tapi tidak pernah benar-benar bersatu.
Lubang hitam adalah tempat di mana keduanya harus bertemu. Gravitasi ekstrem lubang hitam menekuk ruang-waktu, sementara fluktuasi kuantum tetap aktif di skala mikroskopis. Inilah laboratorium alam bagi para fisikawan yang ingin mencari teori “segala sesuatu” (theory of everything).
Dalam konteks ini, fenomena kuantum seperti entanglement (keterikatan kuantum) dan steering (pengendalian kuantum) menjadi kunci penting. Keduanya adalah bentuk komunikasi misterius di mana partikel-partikel dapat saling memengaruhi secara instan, bahkan ketika dipisahkan oleh jarak yang sangat jauh.
Apa Itu “Quantum Steering”?
Bayangkan kamu dan temanmu memegang dua dadu ajaib yang terhubung secara kuantum. Ketika kamu melempar dadu di Jakarta, hasil lemparan temanmu di Tokyo langsung menyesuaikan, seolah kalian berdua berbagi satu “nasib” fisika. Inilah yang disebut entanglement.
Sekarang bayangkan kamu bisa mengontrol hasil dadu temanmu hanya dengan memutuskan bagaimana kamu melempar dadu sendiri. Itu bukan sekadar entanglement, itu adalah quantum steering, atau “pengendalian kuantum”. Dengan kata lain, kamu dapat memengaruhi keadaan sistem lain dari jarak jauh, tanpa menyentuhnya, hanya karena hubungan kuantum di antara kalian.
Dalam eksperimen dunia nyata, “steering” menjadi salah satu alat penting untuk komunikasi kuantum, kriptografi, dan teleportasi informasi. Namun, bagaimana mekanisme ini bekerja di lingkungan ekstrem seperti lubang hitam, masih menjadi misteri.
Lubang Hitam Schwarzschild: Ruang dan Waktu yang Membeku
Lubang hitam yang dikaji oleh tim ini adalah Schwarzschild black hole jenis paling sederhana, tanpa rotasi dan tanpa muatan listrik. Meski “sederhana” secara teoretis, struktur ruang-waktunya tetap menakutkan:
di luar horizon, waktu berjalan lambat, tapi di dalamnya, semua arah mengarah ke pusat kehancuran (singularitas).
Namun di tepi horizon itu, ada sesuatu yang menarik: radiasi Hawking partikel kuantum yang “menguap” keluar dari lubang hitam akibat efek mekanika kuantum. Fenomena ini menunjukkan bahwa lubang hitam bukan sepenuhnya hitam; mereka perlahan kehilangan energi dan informasi ke lingkungan sekitar.
Pertanyaannya apakah efek Hawking ini bisa memutus atau mengubah hubungan kuantum (seperti entanglement dan steering) di antara partikel-partikel yang berdekatan dengan lubang hitam?
Gaussian Tripartite Steering: Tiga Partikel, Satu Ikatan
Penelitian ini fokus pada sistem tiga partikel kuantum yang saling berinteraksi disebut tripartite system. “Gaussian” di sini mengacu pada jenis distribusi matematis yang digunakan untuk menggambarkan keadaan kuantum yang halus dan teratur.
Para peneliti meneliti bagaimana tiga partikel kuantum saling “mengendalikan” satu sama lain ketika salah satunya mendekati horizon lubang hitam. Kondisi ekstrem gravitasi dan suhu Hawking bisa memengaruhi seberapa kuat atau lemah ikatan kuantum di antara mereka.
Kematian Mendadak dan Ketahanan Ajaib
Salah satu hasil paling menarik dari penelitian ini adalah fenomena yang mereka sebut “sudden death of quantum steering” kematian mendadak kemampuan partikel untuk saling mengendalikan. Ketika suhu Hawking meningkat (artinya efek kuantum di sekitar lubang hitam makin kuat), sebagian bentuk steering tiba-tiba menghilang sepenuhnya.
Namun, tidak semua jenis steering mati. Jenis yang disebut 2→1 steering ketika dua partikel bersama-sama mengendalikan satu partikel lain, ternyata tetap bertahan bahkan di kondisi ekstrem. Sebaliknya, 1→1 steering (satu partikel mengendalikan satu partikel lain) justru mati lebih cepat seiring meningkatnya suhu.
Artinya, dalam lingkungan lubang hitam yang keras, kerja sama kuantum lebih kuat daripada individualisme kuantum. Fenomena ini seperti mengatakan: dua partikel yang bekerja sama bisa tetap berkomunikasi dengan yang ketiga, bahkan di dekat tepi ruang dan waktu.
Tanda Transisi Kritis di Tepi Kehancuran
Tim Wu juga menemukan sesuatu yang lebih halus: ketika steering satu arah (1→1) mati, muncul lonjakan besar dalam “asimetri pengendalian” tanda adanya transisi kritis dari sistem dua arah ke satu arah. Ini mirip dengan “perubahan fase” dalam fisika, seperti air yang mendidih menjadi uap. Bedanya, yang berubah di sini bukan zat, melainkan struktur informasi kuantum di sekitar lubang hitam.
Efek ini memberi wawasan penting tentang bagaimana informasi kuantum terdistribusi dan mungkin bertahan di dekat horizon lubang hitam, yang selama ini menjadi pusat perdebatan teori informasi Hawking.
Mengapa Ini Penting
Studi ini mungkin terdengar sangat teoretis, tapi implikasinya besar. Ia menunjukkan bahwa lubang hitam bisa menjadi laboratorium alami untuk mempelajari komunikasi kuantum ekstrem. Jika partikel kuantum bisa saling “mengendalikan” di dekat horizon, berarti ada kemungkinan bahwa informasi tidak benar-benar hilang di dalam lubang hitam, hanya berubah bentuk.
Lebih dari itu, hasil ini membuka peluang untuk:
- memahami bagaimana informasi kuantum disimpan atau dipindahkan di bawah gravitasi ekstrem,
- mengembangkan komunikasi kuantum relatisitik, berguna untuk teknologi ruang angkasa masa depan,
- dan mungkin suatu hari menjawab Paradoks Informasi Hawking, misteri terbesar fisika modern.
Dari Gravitasi ke Informasi: Paradigma Baru Fisika
Penelitian ini adalah bagian dari tren baru dalam fisika teoretis: memandang informasi sebagai unsur dasar alam semesta. Gravitasi, ruang, dan waktu mungkin hanyalah konsekuensi dari hubungan informasi kuantum antarpartikel.
Dengan mempelajari bagaimana partikel “berbicara” di tepi lubang hitam, para ilmuwan seperti Wu dan timnya sedang mengintip bahasa dasar alam semesta itu sendiri.
Mungkin, pada akhirnya, kita akan menemukan bahwa lubang hitam bukanlah penjara informasi, melainkan pengatur lalu lintas data kosmik, tempat dimana komunikasi kuantum masih berlangsung, bahkan di ambang kehancuran total.
Baca juga artikel tentang: Simfoni Plasma dari Kutub Utara Jupiter: Nada-Nada Aneh dari Alam Semesta
REFERENSI:
Wu, Shu-Min dkk. 2025. Gaussian tripartite steering in Schwarzschild black hole. Physics Letters B, 139493.
