- Penelitian terbaru mengemukakan kemungkinan bahwa Big Bang sebenarnya terjadi di dalam lubang hitam
- Hipotesis ini dapat melengkapi atau mengubah teori standar yang ada tentang asal-usul alam semesta
- Singularitas dan fenomena gravitasi kuantum di dalam lubang hitam menjadi topik kunci yang penting
- Wawasan baru ini diajukan berdasarkan analisis yang bertumpu pada data observasi dan fisika teoretis
- Penelitian ini memperluas pemahaman dan arah eksplorasi tentang kelahiran serta proses awal alam semesta
Hipotesis asal-usul Big Bang di dalam lubang hitam
Menurut penelitian yang baru dipublikasikan, Big Bang, yang selama ini dikenal sebagai asal mula alam semesta, mungkin sebenarnya terjadi di dalam lubang hitam. Dalam model standar yang ada, Big Bang dipahami sebagai titik awal mutlak ruang dan waktu. Namun, teori baru ini mempertimbangkan kemungkinan bahwa sebelum Big Bang, fenomena-fenomena utama sudah mulai berlangsung di dalam benda langit seperti lubang hitam.
Perbedaan dari teori standar yang ada
- Dalam kosmologi standar, pandangan yang dominan adalah bahwa alam semesta bermula dari singularitas, yaitu satu titik tempat segala sesuatu terkonsentrasi tanpa batas
- Penelitian baru ini mengeksplorasi kemungkinan bahwa singularitas tersebut berada di dalam lubang hitam, dan bahwa kondisi internal lubang hitam serta efek gravitasi kuantum dapat memicu fenomena seperti Big Bang
- Teori ini juga memiliki sejumlah irisan dengan penelitian terdahulu dari beberapa fisikawan teoretis, termasuk Stephen Hawking
Metode penelitian dan pokok bahasan utama
- Tim peneliti menganalisis secara rinci struktur ruang dan waktu di dalam lubang hitam berdasarkan data observasi terbaru dan perhitungan fisika teoretis
- Mereka menekankan bahwa sifat ruang dan waktu di dalam lubang hitam dapat bekerja berbeda dari yang terjadi di alam semesta pada umumnya
- Berdasarkan hal itu, penelitian ini membuka kemungkinan penafsiran baru tentang bagaimana alam semesta pertama kali muncul dan bagaimana proses ekspansinya berlangsung
Makna dan eksplorasi selanjutnya
- Hipotesis ini dapat memberikan dampak besar pada pembahasan mengenai kelahiran alam semesta dan kondisi awalnya
- Melalui perkembangan algoritme dan penelitian model numerik, validitas hipotesis asal-usul di dalam lubang hitam dapat diuji lebih lanjut
- Alih-alih menggantikan model standar yang ada, pendekatan ini menawarkan upaya pelengkap untuk menyediakan kerangka baru dalam memahami asal-usul alam semesta
Kesimpulan
Penelitian ini berkaitan erat dengan berbagai bidang seperti kosmologi dan studi lubang hitam, serta persoalan gravitasi kuantum. Kajian ini mengajukan sudut pandang baru terhadap pertanyaan lama seputar Big Bang, dan diperkirakan akan mendorong diskusi yang lebih mendalam serta verifikasi eksperimental di masa depan.
1 komentar
Komentar Hacker News
Topik ini membuat penasaran tentang "apa yang dipertaruhkan"; ingin tahu apakah prediksi yang dibahas di tulisan ini akan menjadi isu penting di masa yang sangat jauh, atau justru bisa membantu masalah dalam waktu dekat. Ini bukan untuk meremehkan risetnya, murni rasa ingin tahu.
Menarik bahwa orang yang menulis ringkasan ini adalah salah satu penulis makalahnya. Memang ada beban penyederhanaan berlebihan, tetapi setidaknya itu menghilangkan risiko salah memahami sainsnya.
Sangat menyenangkan untuk dibaca. Semoga lebih banyak peneliti yang mengunggah whitepaper bersama tulisan blog. Tentu saya paham tidak semua ilmuwan pandai menulis blog atau ingin melakukannya, dan saya juga khawatir jika suatu hari peneliti dinilai hanya dari popularitas blog mereka (viralitasnya).
Jauh lebih baik daripada tim humas universitas yang menulis dengan berlebihan. Daripada mengulang retorika klise seperti yang pertama di dunia atau pergeseran paradigma, penulisnya fokus pada hal yang benar-benar penting. Misalnya, apakah ini bisa diuji secara eksperimental? Jika bisa, bagaimana cara mengamatinya?
Tulisan yang sangat bagus. Solusi yang dia ajukan terasa sangat sederhana namun seperti benar-benar menyelesaikan masalah pada model-model sebelumnya. Membayangkan bahwa mungkin setiap black hole memiliki alam semestanya sendiri di dalamnya.
Cerita yang menarik, tetapi sekalipun penulisnya benar dan alam semesta memang lahir dari dalam black hole yang lebih besar, itu justru memunculkan pertanyaan baru: lalu alam semesta tingkat atas itu tercipta bagaimana? Bisa jadi ini persoalan yang takkan pernah bisa diketahui.
Mungkin alam semesta yang lebih besar dan alam semesta di dalamnya memiliki struktur serupa yang berpola fraktal. Kalau begitu pertanyaan itu terasa terjawab.
Lelucon tentang kura-kura sampai ke bawah tanpa akhir.
Rasanya ini melihat alam semesta dengan sudut pandang yang terlalu 3D.
Jika mempelajari mekanika kuantum, rasanya kita diarahkan pada gagasan bahwa "segala sesuatu yang bisa dibayangkan benar-benar ada secara bersamaan". Artinya semua alam semesta dan hukum fisika yang mungkin benar-benar ada dalam suatu bentuk, dan kita hanya berada di salah satunya. Mirip dengan kesadaran bahwa Bumi tampak seperti planet yang istimewa di tata surya, padahal dari sudut pandang kosmos sebenarnya tidak demikian.
Saya sudah lama sangat penasaran dengan topik ini. Saya tidak mendapat pendidikan fisika, tetapi setelah tahu bahwa massa black hole berbanding lurus dengan jari-jari Schwarzschild, semuanya terasa sangat masuk akal. Semakin besar ukuran black hole, semakin rendah densitasnya; lalu jika digabungkan dengan pengamatan bahwa alam semesta kita pada skala besar memiliki densitas yang hampir konstan, rasanya pasti ada titik potong ketika densitas black hole supermasif yang terus menurun bertemu dengan densitas tetap seluruh alam semesta. Saya sering membicarakan fisika dengan rekan-rekan, tetapi belum pernah mendapat jawaban yang jelas. Ditambah lagi, implikasi dari hal ini benar-benar menarik.
Saya agak tidak nyaman dengan cara dark energy dipakai untuk menjelaskan energi yang sebenarnya. Biasanya dijelaskan sebagai ‘penyebab yang mendorong segala sesuatu menjauh’, tetapi justru dark energy terlihat seperti semacam energi negatif, yaitu energi yang keluar dari alam semesta, semacam kehilangan energi total. Dalam fisika klasik, ketika dua benda saling menjauh, energi potensial tersimpan dan bisa dipulihkan kemudian. Namun dark energy berbeda; semakin jauh jaraknya, justru semakin cepat saling menjauh. Jadi dari sudut pandang global, ini tampak seperti struktur kehilangan energi. Di dunia kuantum pun fenomena ini berlanjut: foton berfrekuensi tinggi berubah menjadi frekuensi rendah. Dark energy terasa seperti energi yang lepas dari alam semesta secara tak dapat dipulihkan, seperti penguapan di dalam black hole.
Kalau pertanyaan ini diajukan di dunia nyata, biasanya jawabannya adalah bahwa komponen "energi" pada dark energy dinormalisasi dalam bentuk "tegangan" alam semesta, tetapi penjelasan itu tidak terdengar terlalu memuaskan.
Ini mengingatkan pada teori cerdik yang pernah saya lihat di HN. Salah satu hipotesis tentang mengapa alam semesta mengembang semakin cepat adalah bahwa laju waktu mengalir berbeda tergantung pada massa. Asumsinya, di ruang antargalaksi (void) waktu berjalan lebih cepat daripada di dalam galaksi, dan pada skala kosmik keseluruhan, akumulasi perbedaan ini bisa menjadi besar. Bagi orang awam seperti saya, ini terasa masuk akal.
Mengenai gagasan bahwa “dark energy terasa seperti energi yang keluar dari alam semesta, seperti menguap di dalam black hole…”, sebenarnya black hole justru membesar ketika materi masuk melewati event horizon, dan mengecil saat menguap. Jadi jika ekspansi alam semesta dan kehilangan energi dianalogikan dalam kerangka black hole, sanggahannya adalah justru lebih banyak energi yang mengalir masuk.
Jika estimasi massa alam semesta dimasukkan ke rumus Schwarzschild, hasilnya ternyata sangat dekat dengan ukuran alam semesta teramati.
Soal pertanyaan “bukankah lebih masuk akal menganggap dark energy sebagai energi negatif”, dari sudut pandang orang awam lain, energi yang secara teoretis hilang dari black hole terlalu kecil untuk dideteksi, sedangkan total dark energy adalah komponen terbesar di alam semesta teramati. Secara angka, saya ragu jawabannya cocok.
Soal klaim pengamatan bahwa alam semesta kita menunjukkan densitas homogen pada skala besar: memang begitu pada saat recombination, tetapi menganggap seluruh evolusinya hingga sekarang homogen adalah standar LCDM (Lambda-Cold Dark Matter), dan menurut saya itu pun belum cukup kuat didukung bukti empiris. Lihat Cosmic web, Inhomogeneous cosmology.
Saya setuju secara intuitif bahwa “dark energy terasa seperti energi negatif”. Dalam persamaan Einstein, jika suku lambda dipindahkan ke sisi tensor energi-momentum, ia memang berperan sebagai nilai negatif, dan hasil pengamatan menunjukkan lambda tampaknya bernilai positif.
Dalam sistem klasik, ketika dua objek makin menjauh, energi potensial yang tersimpan bisa dipulihkan nanti; tetapi dark energy tidak seperti itu (semakin jauh justru semakin terakselerasi), jadi dari sudut pandang global bisa dianggap sebagai kehilangan energi.
Dalam relativitas umum, kekekalan energi tidak berlaku secara global untuk seluruh alam semesta Conservation of energy, melainkan hanya secara lokal, dan bahkan mendefinisikan energi ruang-waktu secara ketat pun sulit Stress–energy tensor, Mass in general relativity.
Dark energy (konstanta kosmologis) memang secara harfiah adalah konstanta, jadi walaupun ada kehilangan energi saat ruang mengembang, konstanta gravitasi tidak berubah. Lihat makalah arXiv.
Jika melihat pembahasan tentang ‘fermion bounce’ yang dijadikan inti makalah ini, saat membandingkannya dengan skala massa dan energi yang kita kenal, hasil akhirnya adalah black hole yang luar biasa besar. Jika black hole sebesar itu memang pernah ada, saya jadi penasaran lingkungan seperti apa yang mengelilinginya, meskipun ia berada dalam kondisi terkurung bolak-balik di dalam karena kelengkungan positif...
Namun, diskusi terkait teori black hole-sebagai-alam semesta ini sudah cukup lama ada. Sulit menyebutnya alternatif yang revolusioner atau radikal; ini ide yang bisa muncul secara alami hanya dengan memahami konsep event horizon. Hal baru dari makalah ini adalah mereka menghasilkan ‘solusi analitik’.
Untuk bacaan hard SF, saya merekomendasikan "Cosm" karya Gregory Benford dari 1999. Ceritanya tentang terciptanya alam semesta mini seukuran bola bowling di laboratorium, dan ilmuwan yang membuatnya berusaha melindungi alam semesta itu dari agen pemerintah. Poin menariknya, waktu di alam semesta itu juga relatif terhadap ukurannya, jadi tidak perlu menunggu lama.
Langsung saya masukkan ke daftar rekomendasi. Saya suka sekali sering melihat rekomendasi SF di HN. Hanya saja, buku bagus terlalu banyak dan daftar bacaan terus menumpuk sampai rasanya tak mungkin selesai dibaca seumur hidup.
Rasanya premis ini mirip dengan "Horton Hears a Who".
Sebagai karya klasik yang mirip, ada juga "Microcosmic God" (1941) karya Theodore Sturgeon.
Saya ingat pernah ada episode Star Trek DS9 yang mirip seperti ini.
Ini juga mengingatkan pada Rick and Morty musim 2 episode 6, 'The Ricks Must be Crazy', saat Rick menciptakan seluruh microverse untuk dipakai sebagai baterai pesawatnya, lalu ilmuwan di dalamnya membuat miniverse lagi.
Saya pernah membaca hipotesis bahwa alam semesta 3D kita berada di dalam black hole 4D. Teorinya, ketika melewati event horizon black hole, koordinat radial berubah menjadi seperti waktu sehingga satu derajat kebebasan dimensi hilang. Sebaliknya, ruang arah sudut masih bisa bergerak, sehingga terbentuk alam semesta berdimensi N-1; jadi alam semesta 3D berasal dari materi yang mengalir ke black hole 4D, black hole 3D punya Flatland 2D, dan alam semesta 4D di luar itu lagi berada dalam black hole 5D... semacam imajinasi berantai.
Ada yang menunjukkan bahwa di 4 dimensi, curl operator tidak berlaku.
Soal kalimat "setelah melewati event horizon, koordinat radial menjadi seperti waktu sehingga kita kehilangan 1 dimensi ruang", koordinat waktu pada saat yang sama juga berubah menjadi spasial, jadi tetap tersisa 3 derajat kebebasan. Dimensinya tidak benar-benar hilang; ini mengikuti premis fisika bahwa ruang-waktu adalah manifold Lorentz 4D. Selain itu, singularitas black hole berada semacam di masa depan, jadi bukan benar-benar 'tempat' yang bisa disentuh partikel.
Lalu ada permainan imajinasi berikutnya: bagaimana jika konstanta fisika yang akrab di alam semesta kita sebenarnya hanyalah sisa yang tertarik seperti spageti dari dimensi lebih tinggi? Saya pernah membayangkan kecepatan cahaya
cadalah konstanta yang terspagetifikasi seperti itu. Mungkin semua konstanta hanyalah sisa dari alam semesta tingkat atas, sebagai lelucon.Jadi penasaran apa yang ada di dalam black hole 1 dimensi.
Mengenai gambaran bahwa “Big Bang adalah singularitas tempat alam semesta lahir secara eksplosif”, media memang sering memberitakannya seperti itu, tetapi sebenarnya itu bukan teori standar saat ini. Skenario seperti "sebelum Big Bang tidak ada ruang-waktu" lebih dekat ke pandangan pribadi Stephen Hawking.
Penjelasan yang lebih tepat adalah bahwa teori kita saat ini memang tidak punya cara untuk menjelaskan apa yang terjadi sebelum "Big Bang". Ketika teori mencapai titik yang memerlukan gravitasi kuantum, matematika kita benar-benar runtuh. Jadi kita tidak bisa membuat klaim apa pun tentang keadaan sebelum Big Bang; artinya, pernyataan bahwa sebelum Big Bang tidak ada ruang-waktu pun pada akhirnya hanyalah spekulasi. Media terus-menerus memberitakan spekulasi seperti ini seolah-olah "berita sains", padahal secara esensial sains tidak punya posisi resmi atas masalah ini, dan semua klaim hanyalah dugaan. Media sering keliru menyampaikan dugaan seperti ini seolah kesimpulan ilmiah.
Banyak orang, sadar atau tidak, tampaknya belum memahami esensi model standar (Lambda-CDM) bahwa "tidak ada sebelum Big Bang". Sebelum t=0, konsep waktu itu sendiri tidak ada.
Jadi penasaran teori standar saat ini tepatnya apa.
Pada akhirnya saya merasa suatu hari akan terbukti bahwa alam semesta kita bukan satu-satunya siklus, bahwa kita bukan satu-satunya alam semesta maupun satu-satunya siklus. Secara historis, rasanya kita bergerak dari gagasan bahwa Bumi adalah pusat kosmos, lalu tata surya, dan sekarang menuju kesadaran bahwa alam semesta kita mungkin juga tidak terlalu istimewa di antara banyak alam semesta.
Jika sulit menerima bahwa alam semesta "muncul dengan sendirinya", percaya pada Tuhan mungkin tidak terlalu berbeda, sebagai gurauan.
Mengenai penjelasan makalah bahwa “menurut teorema Penrose, prinsip eksklusi kuantum (dua fermion tidak bisa menempati keadaan yang sama) mencegah materi terkompresi tanpa batas, sehingga keruntuhan berhenti dan terjadi pantulan kembali”, kalau begitu mengapa bintang neutron tetap runtuh menjadi black hole meski prinsip eksklusi itu tetap berlaku?
Mungkin karena black hole adalah distorsi makroskopik ruang-waktu, bukan sekadar fenomena sifat kuantum lokal.
Salah satu alasan bintang neutron runtuh menjadi black hole adalah fenomena 'electron capture', ketika elektron dipaksa bergabung dengan proton untuk membentuk neutron dan neutrino. Jika tekanannya cukup besar, materi akan melewati beberapa tahap keadaan materi terdegenerasi, dan secara teoretis pada tahap degenerasi terakhir bahkan objek yang lebih kecil dari jari-jari Schwarzschild pun mungkin ada. Namun keadaan materi seperti ini tidak bisa diamati, jadi ketidakpastiannya besar. Tidak ada yang tahu apa yang terjadi di dalam radius Schwarzschild. Banyak ide telah diajukan, tetapi belum ada penjelasan pasti. Fenomena fisika kuantum di dekat singularitas black hole masih belum diketahui.
Jika massanya cukup besar, gravitasinya begitu kuat sehingga keruntuhan tetap berlanjut walaupun semua fermion sudah berada pada keadaan yang berbeda.
Dari penjelasan bahwa “teori black hole-universe memandang seluruh alam semesta kita terbentuk di dalam black hole pada alam semesta tingkat atas”, muncul pertanyaan: kalau begitu, apakah di dalam black hole di alam semesta kita juga ada alam semesta lain? Hanya dengan membayangkannya saja sudah terasa mengejutkan.
Ide seperti ini sebenarnya sudah ada sejak lama. Hanya saja, menyebut bahwa black hole ‘mengandung’ alam semesta di dalamnya mungkin tidak sepenuhnya tepat. Lihat dokumen White hole Big Bang/Supermassive White Hole.
Candaan bahwa film Men In Black ternyata adalah dokumenter.