Member baru? Bingung? Perlu bantuan? Silakan baca panduan singkat untuk ikut berdiskusi.

Selamat datang, Pengunjung. Silahkan masuk atau mendaftar. Apakah anda lupa aktivasi email?

Oktober 20, 2020, 02:16:57 PM

Masuk dengan nama pengguna, kata sandi dan lama sesi

Topik Baru

Artikel Sains

Anggota
Stats
  • Total Tulisan: 139604
  • Total Topik: 10375
  • Online Today: 52
  • Online Ever: 441
  • (Desember 18, 2011, 12:48:51 AM)
Pengguna Online
Users: 0
Guests: 35
Total: 35

Ikuti ForSa

ForSa on FB ForSa on Twitter

Sebuah Rahasia dari Terobos Halang Melalui Horizon

Abstrak : 
Radiasi Hawking sering divisualisasikan secara intuisi sebagai partikel-pertikel yang telah menerobos (penghalang) horizon. Namun, tidak jelas di mana penghalang yang harus diterobosnya. Kuncinya adalah untuk mengimplementasikan kekekalan energi, sehingga lubang hitam berkontraksi selama proses radiasi. Sebuah konsekuensi langsung adalah spectrum radiasi tidak dapat sepenuhnya termal. Koreksi terhadap spectrum termal merupakan bentuk yang diharapkan dari sifat keuniteran teori kuantum. Ini mungkin saja dapat merupakan sebuah petunjuk untuk teka-teki informasi lubang hitam.

Secara klasik, sebuah lubang hitam adalah penjara yang mutlak, semua yang masuk ke dalamnya pasti akan terkurung, tak ada jalan keluar. Lebih jauh, karena tidak ada yang dapat keluar, sebuah lubang hitam klasik hanya dapat bertambah ‘besar’ seiring berjalannya waktu. Kemudian, pada waktu itu, merupakan sebuah shock bagi fisikawan ketika Hawking menunjukkan bahwa secara mekanika kuantum lubang hitam sebenarnya dapat meradiasikan partikel. Dengan emisi radiasi Hawking ini, lubang hitam dapat kehilangan energi, mengkerut, lantas akhirnya menguap secara total.

Bagaimana ini dapat terjadi? Ketika sebuah objek yang secara klasik adalah stabil (energi tetap, tidak berubah) menjadi secara mekanika kuantum menjadi tak stabil (ada perubahan), maka secara alamiah kita akan memperkirakan yang terjadi adalah terobos halang (tunneling). Jelas, ketika Hawking pertama kali membuktikan keberadaan radiasi lubang hitam, dia menggambarkannya sebagai terobos halang yang dipicu oleh fluktuasi vakum (munculnya partikel dan antipartikel dari sistem dengan energi awal gabungan = nol, vakum) di dekat horizon. Sebelumnya, horizon merupakan sekat antara bagian ‘dalam’ dan ‘luar’ lubang hitam yang mana cahaya tidak dapat keluar dari padanya. Oleh karena itu, kita sebut lubang hitam ini adalah ‘hitam’ karena tidak ada informasi (secara klasik) yang sampai pada pengamat.

Ide Hawking adalah peristiwa produksi pasangan tepat disekitar horizon, dalam maupun luar. Partikel dengan energi positif yang tercipta dari produksi pasangan di dalam horizon akan menerobos halang horizon – meskipun tidak ada lintasan klask yang mungkin, namun secara kuantum hal ini dapat diperbolehkan. Dalam hal ini kita dapat membayangkan antipartikel (dengan energi negatif) yang tertinggal di dalam horizon mengakibatkan total energi lubang hitam berkurang. Kemudian, jika produksi pasangan terjadi tepat di luar horizon, maka antipartikelnya yang masuk ke dalam horizon, dan efeknya dapat kita bayangkan sama saja dengan sebelumnya. Ada partikel yang ‘lari’ menjauhi lubang hitam (inilah radiasi) dan mengakibatkan energi (massa) lubang hitam berkurang.

Namun sayangnya, meskipun gambaran Hawking seperti yang diterangkan di atas, namun penurunan asli mula-mula tidaklah memanfaatkan gambaran ini secara lengkap. Ini cukup ganjil. Untuk memanfaatkan sepenuhnya gambaran ini, kita perlu mengatasi 2 masalah : pertama yaitu teknis, untuk melakukan perhitungan terobos halang, dibutuhkan sistem koordinat yang berkelakuan baik di horizon (tidak ada infinity). Kedua: konseptual, apa penghalang yang harus diterobos?

Biasanya, ketika terobos halang terjadi, terdapat dua daerah klasik yang terpisah yang digabungkan oleh sebuah lintasan dalam waktu imajiner/kompleks. Dalam limit WKB (sebuah istilah aproksimasi dalam kuantum), peluang untuk terobos halang dihubungkan dengan bagian imajiner dari pada aksi (partikel) ketika melewati lintasan yang secara klasik dilarang dengan ungkapan

    G µ exp (-2 Im S)

dengan S merupakan aksi pada lintasan terkait. Namun masalah muncul ketika teknik ini dipakai untuk lubang hitam. Sepertinya, daerah ‘luar’ dan ‘dalam’ horizon ini terpisah dalam jarak nol cm. Katakan sebuah partikel hasil produksi pasangan terpisah secara infinitesimal diluar horizon, namun ia tetap dapat ‘lari’. Bagaimana ini dapat terjadi?

Seperti yang Hawking mula-mula gambarkan, bahwa partikel menerobos horizon, ini memang terjadi. Namun penjelasannya dengan argumen yang sedikit rumit, karena tidak terdapat penghalang yang sebelumnya telah ada (sudah ada dari sononya). Namun, yang terjadi adalah partikel menerobos penghalang yang ia ciptakan sendiri (ingat dalam relativitas, gerak benda ditentukan oleh geometri disekitarnya, geometri ini ditentukan oleh kandungan massa dan momentum sudut dari lubang hitam). Point terpenting yaitu energi harus kekal. Ketika radiasi terjadi, energi/massa lubang hitam berkurang, maka ia makin mengkerut. Pengkerutan ini berdampak pada makin kecilnya radius lubang hitam tersebut. Ukuran kontraksi yang terjadi tentu bergantung pada jumlah energi partikel yang keluar. Makin besar energi keluar, makin besar juga kontraksi yang terjadi. Di sini sudah terlihat bahwa partikel yang keluar itulah yang mendefinisikan penghalang. Namun kita akan lihat ini lebih jelas pada bagian selanjutnya.

Lebih lengkapnya tentu kita sangat butuh teori lengkap kuantum gravitasi di sini (yang sampai sekarang masih jauh dari final). Katakan dalam sudut pandang yang diterima umum, kita butuh mengikut sertakan graviton (medan gauge yang memediasi interaksi gravitasi secara kuantum, seperti foton untuk interaksi elektromagnetik kuantum). Namun karena kita membahas sistem lubang hitam yang simetri bola, maka tidak diperlukan analisis graviton yang memiliki spin 2, karena nanti jadinya tidak algi simetri bola. Yang diperlukan hanyalah parikel spin nol (skalar) sehingga derajat kebebasan yang akan dibahas hanyalah posisi parikel ketika terjadi terobos halang.

Dipersenjatai pandangan ini, kita dapat melakukan perhitungan untuk proses terobos halang dalam radiasi Hawking. Koordinat yang digunakan tentunya bukanlah standar seperti sperti Schwarschild, karena di horizon koordinat ini tidak berkelakuan baik, ada ketidak berhinggaan untuk sector spasial radius, dr. Namun dengan transformasi Painleve (yang menemukan sebuah transformasi sebagai kritik atas relativitas umum di mana singularitas dapat dibuang hanya dengan sebuah trasnformasi koordinat). Elemen garis akibat transformasi ini untuk geometri yang mula-mula Schwarschild adalah

ds2=-(1-2M/r)dt2+2.sqrt(2M/r)dtdr+dr2+r2dX2

dengan dX2 adalah metrik untuk bola 2 dimensi.

Dengan elemen garis ini, kita dapat menghitung aman integral dari aksi partikel (p.dr dengan p=momentum dan dr=infinitesimal radius). Integrasi radius dilakukan dari radius horizon mula-mula sampai pada saat partikel telah keluar, dengan energi E, yaitu dari r=2M ke r=2(M-E). Integral inilah yang analog dengan integral perhitungan probabilitas terobos halang biasa. Jelas bahwa penghalang dalam radiasi Hawking bergantung pada energi partikel keluar, seperti yang pernah disinggung sebelumnya.

Dengan menyamakan exp (-2 Im S) hasil perhitungan terhadap factor Boltzman, exp(E/T) dengan T = temperatur Hawking, maka dapat ditemukan temperatur Hawking seperti yang mula-mula ditemukan dulu.

(tulisan ini merupakan saduran bebas saya dari artikel M. Parikh <http://lanl.arxiv.org/abs/hep-th/0405160>)

By : Haryanto M. Siahaan
SMP St. Aloysius BN, Bandung
www.friendster.com/antoms
Share on Facebook!Share on Twitter!Reddit

Articles dalam « Fisika »

Tanggapan: * 9

  1) Re: Sebuah Rahasia dari Terobos Halang Melalui Horizon
Comment by loser1942 pada Juni 03, 2009, 12:32:23 AM

wew
anak smp nih ngejelasin, kalah gua, wkwkwk
padahal sama2 smp, wkwkk
  2) Re: Sebuah Rahasia dari Terobos Halang Melalui Horizon
Comment by danumurti pada Juni 03, 2009, 02:43:42 PM

saya paham. SANGAT PAHAM. hmmm.....ya...ya...ya....
  3) Re: Sebuah Rahasia dari Terobos Halang Melalui Horizon
Comment by Haryanto pada Juni 09, 2009, 12:09:27 AM

Well, finally it is approved.. lama juga, tapi ga pa2.. hehehe
wait for my other articles.. I'm working on gauge-gravity duality right now.. :)
  4) Re: Sebuah Rahasia dari Terobos Halang Melalui Horizon
Comment by Haryanto pada Juni 09, 2009, 12:28:11 AM

klo pembaca yang budiman dapat mengerti, mungkin bisa follow up artikel saya pada Maret lalu
http://xxx.lanl.gov/abs/0903.3723
saya yakin masih banyak yang dapat dikerjakan, cuma minat saya untuk lubang hitam saat ini lagi stop, pengen 'main' di string theory dulu.. one should try.. :)
  5) Re: Sebuah Rahasia dari Terobos Halang Melalui Horizon
Comment by Haryanto pada Juni 17, 2009, 05:06:51 AM

dari web http://www.forumsains.com/fisika/sebuah-rahasia-dari-terobos-halang-melalui-horizon-(artikel-oleh-haryanto)/?wap2
saya temukan ada komen yang tidak tampil di sini.. knapa ya? beda gitu..

OK, saya copy saja..

 Sky:
Saya juga masih belum paham tentang energi negatif itu.
Yang saya tahu, Hawking merumuskan adanya radiasi yang dipancarkan lubang hitam agar kekekalan entropi berlaku dan sesuai dengan hukum kuantum.
Radiasi yang dipancarkan ini menyebabkan massa black hole menyusut dan akhirnya bisa hilang (untuk black hole ukuran kecil).

Sky:
Temperatur radiasi Black Hole ini berbanding lurus dengan gravitasi di permukaan Black Hole, akibatnya berbanding terbalik dengan massa Black Hole.
Konsekuensinya, Black Hole kecil temperaturnya lebih besar dan lebih cepat menyusut.

Karno Giyantono:
stephen hawkings, kalo gak salah ia kan tidak mendukung hukum kekekalan energi loh...








Pi-One:
Kutip dari: Karno Giyantono pada Juni 09, 2009, 11:22:31

stephen hawkings, kalo gak salah ia kan tidak mendukung hukum kekekalan energi loh...
Referensinya dari mana?

Komentar saya:
Energi negatif.. misalkan saja antipartikel, propgasinya dalam arah waktu adalah kebalikan dari partikel, ingat generator translasi waktu ~exp(-iE.t),, jadi klo E nya negatif, jadi kebalikan yg positif.. misalkan dari vakum, E=0, dapat tercipta pasangan (pair production), maka jumlah energi pasangan ini harus sama dengan semula (kekekalan energi harus harus dipenuhi, meskipun sedikit konflik dengan ketidak pastian Heisenberg untuk E dan t, tapi untuk suatu selang waktu yang lama, energi harus kekal, ini yang terutama).. perhaps you can imagine the Dirac sea of antiparticle.. read the Quantum Field Theory Textbook, such as by Ryder, one of the most readable one..

Terus tentang Hawking ga setuju kekalan energi dalam formulasi radiasi lubang hitamnya (kontesknya ini ya), dari mana Dr. Karno Giyantono tahu ini? saya belum pernah baca tuh.. mungkin bisa infokan saya.. Saya setuju dengan Prof. Pi-One, Prinsip Kekalan energi sakral.. setahu saya, ini merupakan prinsip utama yg harus dipegang dalam membangun teori, meskipun ada juga mungkin yg sengaja melanggar..

(any comments are welcome)
  6) Re: Sebuah Rahasia dari Terobos Halang Melalui Horizon
Comment by peregrin pada Juni 20, 2009, 11:22:52 PM

Halo Haryanto, ini kebetulan artikel anda dikopas ulang di forum oleh member lain utk dijadikan bahan diskusi:
http://www.forumsains.com/fisika/sebuah-rahasia-dari-terobos-halang-melalui-horizon-(artikel-oleh-haryanto)

Makanya ada komen yg ngga muncul di sini, krn munculnya di forum. Moga makin sukses ya, hebat euy artikel2nya sudah banyak yg di-submit ke jurnal2 internasional. Salut! :)
  7) Re: Sebuah Rahasia dari Terobos Halang Melalui Horizon
Comment by Haryanto pada Juni 24, 2009, 01:38:55 AM

Oooo.. Gitu toh.. Trims ya bwt Ms. Peregrin atas infonya..
well, actually I only have 2 papers under review right now (so, not that many)..
compared to many young theorist (for example Silviu Pufu
http://www.slac.stanford.edu/spires/find/hep/www?rawcmd=ea+Pufu,+Silviu+S
, perhaps he is 2 years younger than me), I am nothing..
tapi, juga himbauan kepada para pencinta fisika yang lain, yg baca komen ini, seseorang dapat memulai pekerjaan teori tanpa butuh modal besar dan usia relatif muda.. Ayo, ada yg minat?? Referensi banyak yg free, terutama arxiv.org
8) Re: Sebuah Rahasia dari Terobos Halang Melalui Horizon
Comment by parmin pada Juni 28, 2009, 12:21:34 AM

sy benerny punya teori yg bagus bagus cuma sy org tak berpendidikan jadi bnyk yg memandang sebelah
mata
  9) Re: Sebuah Rahasia dari Terobos Halang Melalui Horizon
Comment by Haryanto pada Juli 07, 2009, 05:08:40 AM

kalau Mas Parmin punya teori yang bagus, bisa dikomunikasikan di forum ini.. buat saja dulu artikel dan idenya apa. Namanya juga teori, bisa benar, bisa salah.. kalau memang bernas, khan orang juga akan tertarik.. masalah berpendidikan atau tidak, ratusan ribu bahkan jutaan artikel oleh rata-rata doktor fisika di xxx.lanl.gov belum tentu 10% benar, tapi itulah perkembangan sains, ada thesis dan ada antithesis... :)
Silahkan masuk atau daftar untuk memberikan tanggapan.