Lubang Hitam
Lubang hitam adalah wilayah ruang-waktu yang melengkung sangat kuat sehingga tidak ada apa pun, bahkan cahaya sekalipun, yang dapat lolos dari dalam horizon peristiwanya; lubang hitam termasuk di antara prediksi relativitas umum yang paling mencolok dan kini telah diamati secara langsung.
Definition
Lubang hitam adalah wilayah ruang-waktu yang dibatasi oleh horizon peristiwa, sebuah permukaan satu arah dari mana tidak ada sinyal yang dapat mencapai pengamat jauh, terbentuk ketika materi dikompresi dalam radius Schwarzschild-nya dan dicirikan dalam kesetimbangan hanya oleh massa, momentum sudut, dan muatan.
Scope
Area ini mencakup definisi dan struktur lubang hitam: horizon peristiwa dan singularitas yang melingkupinya, teorema tanpa rambut (no-hair theorems) yang mereduksi lubang hitam stasioner menjadi massa, muatan, dan putaran, geometri Kerr yang berputar dan Reissner-Nordstrom yang bermuatan, hukum-hukum mekanika lubang hitam dan interpretasi termodinamikanya termasuk radiasi Hawking, serta keruntuhan gravitasi yang membentuk lubang hitam.
Sub-topics
Core questions
- Apa yang mendefinisikan horizon peristiwa dan apa yang ada di baliknya?
- Mengapa lubang hitam stasioner dijelaskan hanya dengan tiga angka?
- Bagaimana efek kuantum membuat lubang hitam memancarkan radiasi dan memiliki entropi?
- Bagaimana lubang hitam astrofisika terbentuk melalui keruntuhan gravitasi?
Key concepts
- Horizon peristiwa
- Singularitas
- Teorema tanpa rambut
- Entropi lubang hitam
- Radiasi Hawking
- Keruntuhan gravitasi
Key theories
- Teorema tanpa rambut
- Lubang hitam stasioner dalam relativitas umum sepenuhnya dicirikan oleh massa, momentum sudut, dan muatan listriknya, sehingga semua detail lain dari materi yang membentuknya hilang di balik horizon.
- Teorema singularitas
- Penrose dan Hawking membuktikan bahwa, di bawah kondisi energi dan kausalitas yang masuk akal, keruntuhan gravitasi dan alam semesta awal harus menghasilkan singularitas ruang-waktu, menetapkan bahwa singularitas adalah fitur generik relativitas umum daripada artefak simetri.
- Radiasi Hawking
- Teori medan kuantum di dekat horizon memprediksi bahwa lubang hitam memancarkan radiasi termal pada suhu yang berbanding terbalik dengan massanya, sehingga lubang hitam perlahan menguap, menghubungkan gravitasi, teori kuantum, dan termodinamika.
Clinical relevance
Lubang hitam merupakan pusat astrofisika modern: lubang hitam bermassa bintang terbentuk dari bintang masif yang runtuh dan menggerakkan biner sinar-X, lubang hitam supermasif menambatkan galaksi dan mendorong inti galaksi aktif, serta penggabungan lubang hitam adalah sumber gelombang gravitasi paling keras yang terdeteksi hingga saat ini.
History
Secara implisit dalam solusi Schwarzschild tahun 1916, lubang hitam lama dianggap tidak fisis hingga Oppenheimer dan Snyder memodelkan keruntuhan pada tahun 1939; teorema singularitas Penrose tahun 1965, penamaan 'lubang hitam' oleh Wheeler, hasil tanpa rambut (no-hair results), dan penemuan termodinamika lubang hitam oleh Bekenstein-Hawking pada tahun 1970-an menetapkannya sebagai objek sentral, yang kemudian dikonfirmasi oleh pengamatan gelombang gravitasi dan Event Horizon Telescope.
Debates
- Paradoks informasi
- Perhitungan Hawking menunjukkan bahwa lubang hitam yang menguap menghancurkan informasi, bertentangan dengan unitaritas mekanika kuantum; mendamaikan keduanya, melalui holografi, firewall, atau korelasi halus dalam radiasi, tetap menjadi masalah aktif dan belum terpecahkan.
Key figures
- Roger Penrose
- Stephen Hawking
- Jacob Bekenstein
- John Wheeler
- Roy Kerr
Related topics
Seminal works
- penrose1965
- hawking1975
Frequently asked questions
- Bisakah Anda melihat apa yang terjadi di dalam lubang hitam?
- Tidak dari luar: horizon peristiwa mencegah sinyal apa pun dari interior mencapai pengamat jauh, sehingga bagian dalam terputus secara kausal; pengamat yang jatuh ke dalamnya pada prinsipnya dapat menyelidikinya tetapi tidak akan pernah bisa melaporkan kembali melintasi horizon.
- Apakah lubang hitam bertahan selamanya?
- Secara klasik ya, tetapi radiasi Hawking menyebabkannya kehilangan massa dan akhirnya menguap; skala waktu sangat panjang untuk lubang hitam bintang dan yang lebih besar, sehingga lubang hitam astrofisika secara efektif permanen pada skala waktu manusia atau kosmologis yang dipertimbangkan sejauh ini.