Bintang Mati Tidak Memancarkan Radiasi

• Makalah terbaru mengklaim bahwa semua materi bermassa besar memancarkan radiasi Hawking dan bahkan bintang mati pada akhirnya akan lenyap
• Klaim ini menyiratkan pelanggaran kekekalan baryon dan bertentangan dengan teori yang sudah ada
• Para ahli mengkritik bahwa metode perhitungan dalam makalah tersebut tidak akurat, dan medan gravitasi dari massa statis pada kenyataannya tidak menghasilkan pasangan partikel-antipartikel
• Puluhan tahun lalu, Ashtekar dan Magnon serta lainnya telah membuktikan secara ketat bahwa vakum dalam ruang-waktu statis bersifat stabil
• Meski belakangan ramai berita sensasional yang berpusat pada peliputan keliru, prinsip fisika yang sudah ada tidak berubah

---

Klaim radiasi Hawking dari bintang mati

Dalam makalah terbaru, tiga peneliti Michael F. Wondrak, Walter D. van Suijlekom, dan Heino Falcke mengklaim bahwa bukan hanya lubang hitam, tetapi semua materi bermassa besar memancarkan radiasi Hawking

• Mereka menyatakan bahwa bahkan bintang mati yang dingin pun akan memancarkan radiasi Hawking, perlahan kehilangan massa, dan pada akhirnya lenyap
• Menurut klaim ini, waktu kehancuran alam semesta mungkin akan datang jauh lebih cepat daripada perkiraan sebelumnya

Teori ini melanggar hukum kekekalan baryon yang sudah ada

• Tidak ada penjelasan yang jelas mengenai mekanisme lenyapnya proton dan neutron yang membentuk bintang
• Mereka hanya menyatakan bahwa medan gravitasi bintang menghasilkan pasangan partikel-antipartikel sehingga bintang kehilangan massa

Tanggapan para ahli

Jika para ahli menganggap klaim ini valid, isinya akan menjadi peristiwa revolusioner dalam bidang teori gravitasi kuantum

• Selama ini, pandangan baku adalah bahwa materi yang diam tidak memancarkan radiasi Hawking
• Jika teori ini benar, maka teori medan kuantum dalam ruang-waktu melengkung harus menerima bahwa kekekalan bilangan baryon mau tak mau akan rusak, sehingga akan menjadi guncangan besar bagi fisika

Namun pada kenyataannya, makalah-makalah ini hampir tidak memberi dampak pada komunitas fisika

• Makalah oleh Antonio Ferreiro, José Navarro-Salas, Silvia Pla, dan lainnya menunjukkan bahwa metode pendekatan yang mereka sederhanakan mengandung kesalahan serius
• E. T. Akhmedov dan lainnya juga mengajukan kritik serupa

Para pakar sejati sudah mengetahui sejak sebelum 1975 bahwa medan gravitasi dari massa statis tidak memicu pembentukan pasangan partikel-antipartikel

Pemberitaan media dan kesalahpahaman publik

Makalah yang diajukan Wondrak dan koleganya memang melalui penelaahan profesional, tetapi pada praktiknya tidak diverifikasi oleh pakar di bidang terkait

• Dimuat di jurnal fisika ternama bukan berarti otomatis bisa dipercaya
• Artikel media yang membahas klaim ini tidak memeriksa fakta dengan baik dan memberitakannya secara sensasional

Contoh artikel yang representatif

• CBS News: “Alam semesta akan musnah jauh lebih cepat daripada yang diperkirakan”
• Space.com, Forbes, dan sejumlah media lain menonjolkan isu ini sehingga menambah kebingungan publik
• Informasi keliru menyebar dengan cepat sehingga fakta yang benar sulit tersampaikan

Latar belakang teori yang ketat

Dalam kenyataannya, Ashtekar dan Magnon (1975) telah meneliti teori medan kuantum dalam ruang-waktu melengkung secara ketat

• Mereka membuktikan bahwa pada ruang-waktu statis, jika terdapat 'simetri ruang-waktu di mana-mana (timelike Killing field)', maka keadaan vakum bersifat stabil
• Dalam kondisi ini, kemunculan alami pasangan partikel-antipartikel (penciptaan spontan) tidak terjadi

Buku teks Robert Wald juga membahas hal-hal ini secara rinci

• Buku itu menjelaskan definisi konsep energi dalam ruang-waktu melengkung, kestabilan vakum, dan metode ketat untuk membedakan partikel/antipartikel
• Solusi Schwarzschild (yakni, lubang hitam statis) juga memiliki Killing field, tetapi sifatnya berubah di horizon peristiwa sehingga hasil ini tidak dapat langsung diterapkan

Berdasarkan penelitian Ashtekar dan Magnon, serta Wald, pandangan baku menjadi bahwa medan gravitasi benda langit statis tidak menjelaskan fenomena penciptaan partikel

Kesimpulan dan situasi saat ini

• Medan gravitasi statis dari bintang atau materi telah selama puluhan tahun dipahami tidak memicu radiasi Hawking maupun pembentukan pasangan partikel
• Metode perhitungan pendekatan yang diajukan dalam makalah terbaru bertentangan dengan hal ini, dan kesalahannya juga sudah ditunjukkan di berbagai tempat
• Persoalan ini tidak memerlukan perdebatan panjang karena cacatnya terletak pada metode pendekatannya
• Ini adalah isu yang sebenarnya sudah dibereskan lebih dari 50 tahun lalu, sehingga sulit disebut sebagai hasil baru
• Makalah terbaru mengandung unsur pembesaran berlebihan dan potensi kesalahpahaman karena tidak mengikuti kedalaman teori yang sudah ada

Referensi

• Abhay Ashtekar, Anne Magnon: Quantum fields in curved space-times (1975)
• Robert Wald: Quantum Field Theory in Curved Spacetime and Black Hole Thermodynamics (1994)
• Disertasi doktoral Valeria Michelle Carrión Álvarez (2004), dan lainnya

Telah dipastikan dengan jelas melalui puluhan tahun penelitian teoretis dan eksperimental bahwa bintang mati maupun benda langit statis lainnya tidak memancarkan radiasi Hawking

[GN⁺]

Komentar Hacker News

• Ada perasaan bahwa masih ada sesuatu di alam semesta yang kita lewatkan, dan teori-teori besar yang akan bertahan selama miliaran tahun ke depan belum mampu memasukkannya

• Mengajukan pertanyaan tentang bagaimana Hawking radiation bisa terjadi dalam situasi ini jika kecepatan lepas dari sumur potensial gravitasi tidak lebih cepat daripada kecepatan cahaya. Jika kedua partikel virtual dalam pasangan sama-sama bertahan hidup, dan salah satunya tidak melintasi event horizon, maka tidak ada alasan bagi mereka untuk lenyap

  • Mengingatkan bahwa penjelasan Hawking radiation sebagai “satu partikel dari pasangan terjebak di event horizon” hanyalah analogi yang disederhanakan untuk realitas yang sebenarnya. Penjelasan yang lebih tepat adalah bahwa fenomena sebenarnya adalah hamburan partikel (atau medan) yang terjadi di event horizon. Hawking sendiri menekankan bahwa gambaran ini hanyalah analogi heuristik dan sama sekali tidak boleh dipahami secara harfiah
  • Menurut pendapat lain, analogi itu pada dasarnya hanyalah contoh fiktif yang dibuat untuk menjelaskan cara kerja Hawking radiation, tidak lebih dari metafora yang dibesar-besarkan untuk memuaskan jurnalis sains

• Pertanyaan tentang cara sederhana untuk memahami mengapa benda langit bermassa besar tidak memancarkan gelombang gravitasi. Disebutkan bahwa pengamat yang dipercepat melihat radiasi termal melalui efek Unruh; lalu jika kita berdiri di atas planet dan karena gravitasi sedang mengalami percepatan, apakah kita akan melihat radiasi Unruh, dan apa hubungannya dengan Hawking radiation

  • Dari sudut pandang orang awam, saat berdiri di atas planet kita sebenarnya tidak sedang dipercepat; lantai hanya menopang kita, jadi jika tidak sedang dalam jatuh bebas maka tidak ada percepatan nyata

• Menyebut dengan nada geli bahwa beberapa hari lalu ia menulis komentar serupa. Isi makalah tersebut dianggap konyol, dan diperingatkan bahwa server preprint kadang memuat makalah yang tidak akan lolos peer review. Ditekankan bahwa media harus berhati-hati terhadap hal semacam ini

  • Karena makalah itu juga terbit di PRL, ia bercanda bahwa mungkin kariernya akan terbantu kalau dulu ia juga menulis dan mengirim makalah serupa
  • Terlepas dari apakah makalah itu buruk atau tidak, terhadap sikap dalam evaluasi kritis yang mengatakan “jika ini artikel tentang temuan yang mengejutkan, jurnalis sains wajib memeriksakan faktanya ke pakar”, diungkapkan kekhawatiran bahwa dengan sikap seperti itu, pada masa lalu orang juga akan begitu saja mempercayai pakar saat mereka menyebarkan keyakinan keliru bahwa bumi datar atau matahari mengelilingi bumi

• Masalah yang ditunjukkan kontroversi ini bukan terutama bahwa penulis aslinya bodoh, melainkan kenyataan bahwa pengetahuan terpecah dan tersebar di berbagai bidang akademik. Jika tujuan kita adalah kemajuan pengetahuan bersama, maka keadaan pengetahuan yang terfragmentasi seperti ini dianggap tidak diinginkan. Ada masalah yang sedang terjadi di dalam dunia akademik antarb idang yang saling terkait

  • Dipertanyakan apakah fragmentasinya benar-benar separah itu. Syarat “global timelike Killing vector” yang muncul dalam makalah tersebut adalah hal dasar dalam quantum field theory, dan karena para penulis makalah bukan orang yang sepenuhnya tak terkait, setidaknya mereka seharusnya menyinggungnya. Para peneliti itu bukan jahat atau bodoh, tetapi dianggap gegabah karena menarik kesimpulan mengejutkan tanpa berdiskusi cukup dengan para ahli
  • Sebenarnya tujuan dunia riset adalah memublikasikan makalah seluas mungkin dan secara terbuka, jadi ini tidak dianggap sebagai fragmentasi pengetahuan yang sesungguhnya. Namun, kebanyakan peneliti cenderung menyimpan hasil mereka rapat-rapat sampai publikasi preprint, sehingga sering kali tidak ada yang bisa memberi tahu bahwa riset mereka sudah punya cacat fatal. Pada akhirnya ada keterbatasan manusiawi seperti jejaring antarbanyak peneliti, input, dan kelebihan beban umpan balik. Siaran pers promosi seperti ini mungkin bisa dicegah agar tidak sampai ke media tanpa pengecekan fakta, tetapi itu bukan akar masalahnya
  • Dari sisi lain, penulis makalah asli dan jurnalis sains populer memang cenderung tidak tahu di mana letak kesalahannya atau tidak memahami mengapa klaim berani itu tidak masuk akal. Ini disebut sebagai masalah kronis yang menjelaskan mengapa perdebatan belum selesai bahkan setelah dua tahun
  • Isu sebenarnya bukan pengetahuan yang terpecah, melainkan psikologi publik yang menyukai penyebaran dan perdebatan cerita sensasional. Bantahan pakar merusak keseruannya sehingga orang tidak ingin mendengarnya. Ada pengalaman bahwa di HN juga ada komentar yang membantah makalah tersebut, tetapi banyak orang mengabaikannya demi hiburan ringan
  • Isi makalah itu bukan akibat “pengetahuan yang terfragmentasi”, dan semuanya tersedia terbuka di arxiv. Masalahnya adalah siapa pun mudah membuat kesalahan di luar bidang keahliannya. Hakikat sains adalah membuat banyak orang meninjaunya, dan kesimpulan dirapikan setelah perdebatan; ini dipandang sebagai contoh sistem yang bekerja dengan baik. Namun diakui bahwa memang kurang ada mekanisme untuk menyaring ide baru sebelum dikemas menjadi artikel surat kabar

• Menanggapi klaim bahwa “jika konservasi bilangan baryon dilanggar itu benar-benar mengejutkan”, justru ada anggapan bahwa ini adalah konsekuensi logis yang sudah lama dibahas dalam Hawking radiation, yang dulu memang mengejutkan tetapi sekarang terasa wajar. Perhitungan penulis makalah itu mungkin bermasalah, tetapi kalimat-kalimat dalam tulisan blog yang disajikan seolah sangat jelas justru terasa mengurangi kepercayaan. Melalui kutipan dari Wikipedia dan Daniel Harlow dari MIT, dijelaskan bahwa kemungkinan ketidakcocokan antara penguapan black hole dan konservasi bilangan baryon sudah lama dikenal

  • Daripada penulisan yang emosional, gaya kritik yang rapi lewat rumus dan logika seperti evaluasi profesional atas makalah PRL yang dikutip John Carlos Baez dianggap lebih enak dibaca. Dalam makalah itu dijelaskan di tingkat pakar bahwa rumus dalam makalah tersebut sebenarnya tidak benar dalam pendekatan medan lemah, dan tidak menangani situasi pair creation elektromagnetik/gravitasi dengan semestinya
  • Sudah banyak makalah terkait dan buku teks yang ditautkan, dan John Baez dipercaya sebagai sosok yang punya keahlian. Inti perdebatan adalah bahwa klaim bahwa ketidakkonservasian bilangan baryon dapat terjadi bahkan tanpa black hole benar-benar mengejutkan
  • Eksperimen untuk mengukur pelanggaran hukum konservasi bilangan baryon sedang dicoba di bumi tanpa black hole, dan sejauh ini belum terdeteksi, sehingga terbukti bahwa waktu paro proton setidaknya lebih dari 2.4E34 tahun. Disebut juga artikel eksperimen terkait dari Quantamagazine dan diskusi HN
  • Disebutkan bahwa bahkan dalam standard model pun ada fenomena ketidakkonservasian bilangan baryon secara non-perturbatif
  • Mengenai ketidakcocokan antara penguapan black hole dan konservasi bilangan baryon, ditekankan bahwa sebenarnya ada model black hole yang memungkinkan konservasi bilangan kuantum semacam ini. Seperti pendapat Penrose, mengkritik klaim yang salah karena terus-menerus mengutip asumsi tak fisik (seperti ruang-waktu tak hingga). Dalam sains populer sering muncul sekaligus pernyataan “tidak ada apa-apa yang terjadi di event horizon black hole” dan “pengamat luar tidak akan pernah melihat korban jatuh ke black hole”, padahal secara logis kedua pengamat itu tidak bisa berbeda tentang peristiwa fisik di alam semesta yang sama. Dinyatakan bahwa satu-satunya interpretasi yang konsisten secara logis adalah model di mana tidak ada siapa pun yang bisa melintasi event horizon, dan semua bilangan kuantum tetap lestari. Disajikan juga penafsiran yang konsisten dari sudut pandang semua pengamat, termasuk percepatan penguapan black hole

• Menangkap poin menarik dalam makalah Ashtekar dan Magnon tahun 1975 tentang asumsi bahwa “ruang-waktu memiliki struktur hiperbolik secara global”. Dipertanyakan apakah pada zaman modern asumsi bahwa ruang-waktu datar secara global justru bukan yang umum

  • “Global hyperbolic” merujuk pada struktur kausal ruang-waktu, lihat Wikipedia
  • Kelengkungan ruang-waktu dan kelengkungan ruang adalah hal yang berbeda; bahkan jika irisan tiga dimensinya datar, keseluruhan ruang-waktu tetap bisa hiperbolik. Relativitas umum tidak menentukan kelengkungan ruang total, jadi sejauh ini tidak ada bukti khusus tentang itu

• Berbagi pengalaman pernah melihat kasus ketika perhitungan yang disederhanakan diperlakukan seolah kenyataan dan dipakai untuk mengusulkan mesin gerak abadi

• Masalah klasik dan bentuk modernnya kini sama-sama sudah dipahami, tetapi yang penting sekarang adalah apa yang bisa dilakukan. Sains pada dasarnya tidak seharusnya menjadi lahan informasi palsu, tetapi saat ini belum ada sistem pertahanannya. Ada orang yang dibayar untuk menyebarkan kebohongan, sementara tidak ada imbalan bagi peran yang menunjukkan bahwa itu bohong, sehingga dari luar perdebatan dalam sains tampak seperti pertarungan politik dan akhirnya merusak kepercayaan kepada ilmuwan. Ini dianggap sebagai masalah yang benar-benar serius

• Mengutip ajaran peneliti ternama Eskil Simonsson bahwa “bahkan bintang yang mati pun masih terus bersinar”