Sebuah makalah terbaru oleh Stephen Hawking telah menimbulkan kegemparan, bahkan memimpin Nature News untuk menyatakan tidak ada lubang hitam. Seperti yang saya tulis dalam posting sebelumnya, itu tidak seperti yang dituntut oleh Hawking. Tetapi sekarang jelas bahawa dakwaan Hawking mengenai lubang hitam adalah salah kerana paradoks yang cuba dia tangani bukanlah paradoks.
Semuanya datang ke apa yang dikenali sebagai firewall paradox untuk lubang hitam. Ciri utama lubang hitam adalah cakerawala kejadiannya. Horison peristiwa lubang hitam pada dasarnya adalah titik tidak boleh kembali ketika menghampiri lubang hitam. Dalam teori relativiti umum Einstein, cakrawala peristiwa adalah di mana ruang dan waktu sangat disekat oleh graviti sehingga anda tidak akan dapat melepaskan diri. Melintasi cakerawala peristiwa dan anda selamanya terperangkap.
Sifat sehala cakrawala peristiwa ini telah lama menjadi cabaran untuk memahami fizik graviti. Sebagai contoh, cakrawala peristiwa lubang hitam sepertinya melanggar undang-undang termodinamik. Salah satu prinsip termodinamika adalah bahawa tidak ada yang boleh mempunyai suhu sifar mutlak. Walaupun perkara yang sangat sejuk memancarkan sedikit panas, tetapi jika lubang hitam memerangkap cahaya maka ia tidak akan mengeluarkan panas. Jadi lubang hitam akan mempunyai suhu sifar, yang tidak boleh dilakukan.
Kemudian pada tahun 1974 Stephen Hawking menunjukkan bahawa lubang hitam memancarkan cahaya kerana mekanik kuantum. Dalam teori kuantum ada batasan untuk apa yang dapat diketahui mengenai objek. Contohnya, anda tidak dapat mengetahui tenaga tepat objek. Oleh kerana ketidakpastian ini, tenaga sistem dapat turun naik secara spontan, selagi rata-rata tetap stabil. Apa yang ditunjukkan oleh Hawking adalah bahawa berhampiran cakrawala kejadian pasangan zarah lubang hitam dapat muncul, di mana satu zarah terperangkap di dalam cakerawala peristiwa (mengurangkan jisim lubang hitam sedikit) sementara yang lain dapat melarikan diri sebagai radiasi (membawa sedikit tenaga lubang hitam).
Walaupun radiasi Hawking menyelesaikan satu masalah dengan lubang hitam, ia menimbulkan masalah lain yang dikenali sebagai firewall paradox. Apabila zarah-zarah kuantum muncul secara berpasangan, mereka terjerat, yang bermaksud bahawa mereka dihubungkan dengan cara kuantum. Sekiranya satu zarah ditangkap oleh lubang hitam, dan yang lain melarikan diri, maka sifat pasangan yang terjerat itu akan putus. Dalam mekanik kuantum, kita akan mengatakan bahawa pasangan zarah muncul dalam keadaan murni, dan cakrawala peristiwa sepertinya melanggar keadaan itu.
Tahun lalu ditunjukkan bahawa jika radiasi Hawking berada dalam keadaan murni, maka ia tidak dapat memancar dengan cara yang diperlukan oleh termodinamik, atau akan membuat tembok zarah tenaga tinggi di dekat permukaan cakrawala peristiwa. Ini sering disebut sebagai firewall paradoks kerana menurut kerelatifan umum jika anda kebetulan mendekati cakrawala peristiwa lubang hitam, anda tidak seharusnya melihat sesuatu yang tidak biasa. Idea asas relativiti umum (prinsip kesetaraan) mensyaratkan bahawa jika anda bebas menuju ke dekat cakrawala peristiwa, jangan ada tembok api zarah bertenaga tinggi. Dalam makalahnya, Hawking mengemukakan penyelesaian untuk paradoks ini dengan mencadangkan agar lubang hitam tidak mempunyai cakrawala peristiwa. Sebaliknya mereka mempunyai cakrawala yang jelas yang tidak memerlukan firewall untuk mematuhi termodinamik. Oleh itu pengisytiharan "tidak ada lagi lubang hitam" di akhbar popular.
Tetapi paradoks firewall hanya timbul jika radiasi Hawking berada dalam keadaan murni, dan makalah Sabine Hossenfelder bulan lalu menunjukkan bahawa radiasi Hawking tidak berada dalam keadaan tulen. Dalam makalahnya, Hossenfelder menunjukkan bahawa bukannya disebabkan oleh sepasang zarah yang terjerat, radiasi Hawking disebabkan oleh dua pasang zarah yang terjerat. Satu pasangan yang terjerat terperangkap oleh lubang hitam, sementara pasangan yang terjerat yang lain melarikan diri. Prosesnya serupa dengan cadangan asal Hawking, tetapi zarah Hawking tidak dalam keadaan tulen.
Jadi tidak ada paradoks. Lubang hitam dapat memancar dengan cara yang sesuai dengan termodinamika, dan kawasan di dekat cakrawala peristiwa tidak mempunyai firewall, seperti yang diperlukan oleh relativiti umum. Oleh itu, cadangan Hawking adalah penyelesaian untuk masalah yang tidak wujud.
Apa yang saya sampaikan di sini adalah gambaran keseluruhan keadaan yang sangat kasar. Saya telah membahas beberapa aspek yang lebih halus. Untuk gambaran keseluruhan yang lebih terperinci (dan sangat jelas), periksa catatan Ethan Seigel di blognya Starts With a Bang! Lihat juga siaran di blog Sabine Hossenfelder, Back Reaction, di mana dia membincangkan masalah itu sendiri.
