Radiasi Hawking dan Lubang Hitam (Black Holes)

Radiasi Hawking dan Lubang Hitam (Black Holes)

by : Aria Ratmandanu

                         Mengapa Black Holes itu menarik untuk dipelajari dan menarik minat para pemikir pemikir paling hebat didunia ?, Jawabnya sderhana, karena Black Holes itu misterius, bukankah sesuatu yang menarik itu justru sesuatu yang misterius ?, sesuatu yang orang tidak ada yang tahu apa jawabannya, tidak ada yang tau apa yang ada di balik Black Holes, jika kita pergi masuk kedalam Black Holes, sudah pasti kita tidak akan bisa keluar lagi untuk membri tahu teman apa yang ada di dalamnya. Black Holes menunjukkan pada kita bahwa ruang dan waktu pun bisa mati, ya, ruang dan waktu yang mati itu dikubur di dalam Black Holes. Jadi jika kamu disuruh menjelaskan apa itu Black Holes secara singkat, jawab saja, "Kuburan Ruang dan Waktu". 

                        Stephen hawking dan Black Holes tidak bisa dipisahkan, karena sebagian besar jurnal fisika nya membahas tentang Black Holes, meskipun hawking bukan orang pertama yang berfikir dan berspekulasi tentang kemungkinan eksistensi Black Holes di alam semesta, namun hawking lah yang mempunyai kontribusi paling besar atas pemahaman kita akan Black Holes, kontribusi hawking diantaranya adalah pembuktian matematis akan adanya horizon peristiwa di permukaan Black Holes, yaitu daerah dimana medan gravitasi Black Holes sangat kuat sehingga cahaya pun tak bisa lolos darinya. Hawking juga meletakkan dasar hukum mekanika Black Holes, yaitu luas horizon peristiwa tidak bisa berkurang, jika dua Black Holes bertabrakan maka luas horizon peristiwa nya lebih besar dari jumlah kedua horizon peristiwa Black Holes yang bertabrakan. Karya hawking yang paling terkenal tentang Black Holes adalah Hawking Radiation (Radiasi Hawking) yang intinya adalah Black Holes tidak hitam sempurna karena memancarkan radiasi, karena itu black hole punya temperatur, dan menurut hukum termodinamika, sesuatu yang mempunyai temperature pasti punya entropi, nah rumus entropi Black Holes ini menjadi rumus paling fenomenal dari Hawking, karena dalam rumus tersebut melibatkan semua konstanta fundamental di alam seperti h (Planck Constant), c (speed of light), G (Gravitational Constat) dan k (Boltzmann Constant). Sebelum membahas lebih jauh mengenai Black Holes, saya akan bercerita sedikit tentang apa itu Black Holes. 

Apa itu Black Holes ? 

                        Istilah Black Holes belum lama ada. Istilah "Black Holes" diciptakan pada 1969 oleh ilmuwan Amerika John Wheeler sebagai penggambaran suatu gagasan yang sudah ada sejak dua ratus tahun sebelumnya oleh John Mitchell dan Pierre Simon de Laplace. Pada tahun 1783 John Michell berspkulasi bahwa suatu bintang yang sangat besar dan padat kiranya bakal memiliki medan gravitasi yang sangat kuat sehingga cahaya tak dapat lolos dari medan gravitasi tersebut. Selama 200 tahun berikutnya hal itu masih mrupakan spekulasi ilmiah, hingga pada tahun 1915, seorang professor muda dari jerman bernama Albert Einstein membuat teori baru tentang gravitasi yang bernama "Teori Relativitas Umum", yang nantinya akan memprediksi munculnya sebuah lubang hitam di Alam Semesta.

                          Beberapa bulan setelah Einstein mempublikasikan teori gravitasinya, seorang astronom berkebangsaan jerman Karl Schwarzschild berhasil menemukan solusi eksak persamaan enstein untuk ruang waktu diluar bintang yang bentuknya bulat sempurna, yang dikenal dengan sebutan solusi Schwarzschild, dalam bahasa matematis,

jika kita masukkan r = 2m, maka dimensi t (waktu) dan r (radius) akan menjadi singular, dan kecepatan lepas dari bintang tersebut menjadi tak berhingga, tak ada yang bisa keluar dari lubang hitam!!. Sebagai perbandingan kecepatan lepas dari tarikan gravitasi bumi adalah sekitar 11 km/s, kecepatan lepas dari lubang hitam adalah tak berhingga, bahkan cahaya pun tak bisa lolos, sehingga dari luar terlihat hitam, jari jari r = 2GM disebut radius schwarzschild, jika bintang bermassa M dimampatkan sampai radiusnya r = 2GM, maka bintang tersebut akan menjadi lubang hitam. Singkat kata, Gunung Everest akan menjadi sebuah lubang hitam bila dimampatkan sampai seukuran inti atom. Belum selesai smpai disitu,  sekarang kita ingin tau apa yang terjadi di pusat lubang hitam yaitu r = 0, masukkan r = 0, kedalm solusi Schwarzschild,  maka keseluruhan ruang waktu menjadi benar benar singular (menjadi titik), sehingga dapat disimpulkan bahwa inti dari lubang hitam adalah sebuah singularitas. 

Radiasi Hawking 

                     Radiasi Hawking adalah karya dari stephen hawking yang paling fenomenal dan paling menyita perhatian para ahli fisika diseluruh dunia, mengapa ?, karena Hawking berhasil menyatukan dua fenomena dalam fisika yang paling tidak rukun dan paling tidak bisa disatukan, yaitu fenomena kuantum untuk dunia yang sangat kecil dan fenomena gravitasi untuk benda yang sangat besar, konsekuensinya bagi Black Holes adalah warnanya yang tidak lagi hitam murni atau dalam satu kata "Black Hole isn't black" Hawking menemukan bahwa Black Holes memancarkan radiasi diskitar permukaan horizon peristiwa. Pertanyaannya, Jika tidak sesuatu yang bisa keluar dari Black Holes, bagaimana mungkin Black Holes bisa memancarkan radiasi ?, Jawabannya adalah radiasi tersebut bukan berasal dari dalam Black Holes, melainkan berasal dari perbatasan antara dunia luar dan permukaan Black Holes.

                    Dalam ilmu mekanika kuantum, ruang hampa bisa memunculkan sepasang partikel dan antipartikel dalam waktu sekejap, dan kemudian bersatu dan menghilang kembali sebagai foton, nah jika peristiwa itu terjadi di sekitar permukaan horizon peristiwa dari Black Holes, maka anti-partikel nya akan masuk kedalam Black Holes, sedangkan Partikel nya akan terpental keluar menjauh dari Black Holes, Nah Partikel ini lah yang disebut sebagai "Radiasi Hawking", fenomena yang kalau berhasil diamati akan membuat Hawking memenangkan hadial Nobel Fisika, (Sayangnya, sebelum Radiasi Hawking teramati, Ia sudah meninggal dunia), Cerita belum selesai sampai disitu, ketika Black Holes menyerap anti-partikel, massa nya berkurang, dan selagi massanya berkurang temperatur Black Holes pun meningkat, sehingga akhirnya Black Holes pun semakin mengecil dan akhirnya akan meledak dan hilang, menurut perhitungan Hawking. Yang membuat istimewa dari fenomena Radiasi Hawking adalah kita bisa menghitung entropi dari Black Holes, dimana hasil akhirnya melibatkan seluruh konstanta fundamental alam, h (tetapan Planck) untuk fisika kuantum, c (kecepatan cahaya) untuk teori elektromagnetik,  G (tetapan gravitasi newton) untuk Teori Gravitasi dan k (konstanta Boltzman) untuk Termodinamika, dalam satu kata, Radiasi Hawking menyingkap hubungan antara gravitasi, fisika kuantum dan termodinamika, Suatu pencapaian yang luar bisa bagi Stephen Hawking.

Rumus dari Entropi Black Holes. 

Journal dan Perhitungan Hawking