Apakah kematian menipu Stephen Hawking, seorang peraih Nobel?

Ketika fisikawan ikonik meninggal pada 14 Maret 2018, data sudah tersedia yang dapat mengkonfirmasi prediksi yang tidak menyenangkan dan berjangkauan jauh yang dia buat lebih dari empat dekade lalu. Dr Hawking telah berhipotesis bahwa lubang hitam, yang ditakdirkan oleh gravitasi, hanya bisa tumbuh lebih besar, tidak pernah lebih kecil – menelan informasi saat berjalan dan mengancam kemampuan kita untuk melacak sejarah alam semesta.

Data ini diperoleh pada tahun 2015 ketika Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory, atau LIGO, merekam sinyal dari dua lubang hitam besar yang bertabrakan dan menciptakan lubang hitam yang lebih besar lagi.

Prediksi Dr. Hawking adalah langkah penting pertama dalam serangkaian wawasan tentang lubang hitam yang mengubah fisika modern. Yang dipertaruhkan adalah apakah gravitasi Einstein, yang membentuk alam semesta yang lebih besar, bermain dengan aturan mekanika kuantum yang sama, aturan kontradiktif yang berlaku di dalam atom.

Konfirmasi prediksi Dr Hawking telah dipublikasikan Musim panas ini dalam surat ulasan fisik. Sebuah tim yang dipimpin oleh Maximiliano Isi, seorang fisikawan di Massachusetts Institute of Technology, dan rekan-rekannya menghabiskan waktu bertahun-tahun untuk menggali detail temuan LIGO, dan pada bulan Juli mereka akhirnya mengumumkan bahwa Dr. Hawking benar, setidaknya untuk warna hitam ini. tabrakan lubang.

“Ini adalah tes yang menarik karena ini adalah hasil lama yang diinginkan yang tidak dapat dicapai di laboratorium di Bumi,” Matthew Geisler, seorang peneliti di Cornell University dan bagian dari tim Dr. Issey, mengatakan dalam email. “Tes ini membutuhkan mempelajari penggabungan dua lubang hitam yang jaraknya lebih dari satu miliar tahun cahaya dan tidak dapat dicapai tanpa LIGO dan detektornya yang belum pernah ada sebelumnya.”

Tidak ada yang mengaku mengetahui pikiran Komite Hadiah Nobel, dan nama-nama orang yang dinominasikan untuk hadiah itu dirahasiakan selama 50 tahun lagi. Tetapi banyak ahli setuju bahwa konfirmasi Dr. Essie tentang prediksi Hawking bisa membuat Dr. Hawking – dan rekan penulisnya pada makalah khusus tentang topik tersebut – memenuhi syarat untuk Hadiah Nobel.

Tetapi Hadiah Nobel tidak dapat diberikan secara anumerta. Hasil Dr Issa datang terlambat.

Minggu Hadiah Nobel kembali pada hari Senin, ketika beberapa ilmuwan berharap melalui panggilan telepon untuk mengurapi mereka sebagai pemenang dan mengundang mereka ke gala mewah di Stockholm pada 10 Desember (tahun ini, karena pandemi, hadiah akan dibagikan di negara pemenang.)

Dr. Hawking, bisa dibilang salah satu peneliti paling terkenal dan terhormat, tidak pernah memenangkan Hadiah Nobel dan tidak akan pernah. Kisahnya adalah pengingat bagaimana hadiah utama untuk prestise tunduk pada perubahan nasib.

awan alam semesta

Ceritanya dimulai pada tahun 1970, ketika Dr. Hawking sedang bersiap-siap untuk tidur pada suatu malam—tugas yang berat bagi seorang pria yang sudah setengah lumpuh karena amyotrophic lateral sclerosis, atau penyakit Lou Gehrig.

Dia sedang memikirkan lubang hitam – benda dengan gaya gravitasi yang begitu kuat sehingga bahkan cahaya pun tidak dapat melarikan diri darinya, menurut teori relativitas umum Albert Einstein. Mereka louvers hingga tak terbatas.

Setiap lubang hitam dikelilingi oleh cakrawala peristiwa, gelembung tak terlihat yang menandai batas tidak bisa kembali; Apapun yang masuk tidak akan pernah keluar. Dr. Hawking menyadari bahwa teori Einstein juga berarti bahwa horizon peristiwa lubang hitam tidak akan pernah bisa berkurang. Sebuah lubang hitam hanya mendapatkan massa, sehingga total luas permukaan cakrawala peristiwanya hanya bertambah.

Itu adalah ide yang berani. Alam tidak harus bekerja dengan cara ini. Bagaimana jika lubang hitam terbelah dua, atau tersebar dan menghilang, seperti gelembung sabun?

Visi Hawking menjadi landasan kertas 1973, “Empat hukum mekanika lubang hitam,Dia menulisnya dengan James Bardeen, sekarang di Universitas Washington, dan Brandon Carter, saat ini di Pusat Penelitian Ilmiah Nasional Prancis.

Hukum-hukum ini juga mengandung konsekuensi fisika yang mengganggu yang disebut teori “tanpa rambut”. Luas permukaan cakrawala peristiwa adalah ukuran semua informasi yang telah dicerna oleh lubang hitam. Ini persis sama dengan lubang hitam, apakah itu memakan materi atau antimateri, Tesla atau Volkswagen, burung unta atau paus. Lubang hitam hanya memiliki tiga sifat: massa, putaran, dan muatan listrik. Tidak ada detail lain, atau rekaman “Puisi”.

Teori ini berarti bahwa seiring usia lubang hitam dan cakrawala peristiwanya meningkat, jumlah informasi yang hilang tentang apa yang ada di dalamnya juga akan meningkat. Alam semesta akan semakin bodoh, menyembunyikan lebih banyak detail masa lalunya, termasuk mungkin keberadaan Anda. Misteri semakin dalam pada tahun 1974 ketika Dr. Hawking menghitung bahwa efek kuantum akan menyebabkan lubang hitam bocor dan meledak secara perlahan.

Pencarian untuk memahami apa yang terjadi pada informasi dalam lubang hitam telah mengubah fisika dasar dan menghidupkan kembali generasi ahli teori muda. Yang dipertaruhkan adalah apakah gravitasi Einstein, yang mengatur alam semesta, dan mekanika kuantum, yang mengatur mikrokosmos, bermain dengan aturan yang sama.

“Semuanya dimulai dengan kesadaran Hawking bahwa luas cakrawala total lubang hitam tidak akan pernah bisa berkurang,” kata Dr. Issey.

Tetapi tanpa lubang hitam untuk bereksperimen, ide-ide Dr. Hawking tidak dapat diuji.

LIGO untuk menyelamatkan

LIGO akan mengubah itu. Itulah janji yang dibuat oleh Kip Thorne, fisikawan teoretis di Caltech dan salah satu pendiri LIGO, kepada Dr. Hawking pada tahun 2003. Susunan baru akan dapat memilah sifat-sifat lubang hitam pada saat Dr. Dia berusia 70 tahun pada tahun 2012.

“Hadiah Anda adalah bahwa detektor gelombang gravitasi — LIGO, GEO, Virgo, dan LISA — akan menguji prediksi lubang hitam zaman keemasan Anda, dan Anda akan mulai melakukannya dengan baik sebelum ulang tahun ke-70 Anda,” kata Dr. Thorne baru-baru ini saat dia memberitahunya. .

Butuh waktu lebih lama dari itu – hingga 14 September 2015 – bagi LIGO untuk mengamati peristiwa bersejarah pertamanya: tabrakan dua lubang hitam. Dengan mencocokkan pola gelombang yang terdeteksi dengan simulasi komputer, tim LIGO menyimpulkan bahwa salah satu lubang hitam 36 kali lebih besar dari matahari kita dan yang lainnya 29 kali lebih besar — ​​setara dengan total 65 matahari. Tabrakan itu menghasilkan lubang hitam baru dengan massa sekitar 62 matahari. Tiga matahari energi menghilang ke dalam gelombang gravitasi yang mengguncang alam semesta.

Pengamatan tidak hanya mengkonfirmasi keberadaan gelombang gravitasi, seperti yang diprediksi Einstein 100 tahun yang lalu, tetapi juga memberikan bukti langsung pertama tentang lubang hitam.

Salinan kertas penemuan yang bocor sampai ke Dr Hawking beberapa hari sebelum pengumuman resmi hasilnya. Dia tercengang karena tidak menyebutkan empat hukum mekanika lubang hitam, atau kemungkinan bahwa penemuan itu berfungsi sebagai ujian bagi mereka. Dia mengirim SMS ke Dr. Thorne di Skype, penulis makalah.

“Stephen benar-benar takjub,” tulis Dr. Thorne kepada rekan-rekannya.

Tidak ada yang berpikir untuk memeriksa hukum mekanika lubang hitam, dan sudah terlambat untuk menambahkan apa pun ke kertas. Selain itu, seperti yang baru-baru ini dijelaskan oleh Dr. Thorne, data terlalu berisik untuk mengukur ukuran lubang hitam yang baru terbentuk dengan cukup baik untuk mengkonfirmasi teori Dr. Hawking.

Pada tahun 2017, Dr. Geisler, seorang mahasiswa pascasarjana di Caltech, dan rekan-rekannya menggunakan simulasi numerik dari tabrakan lubang hitam untuk melihat lebih dalam pusaran kiamat.

Ketika lubang hitam yang baru bergabung terbentuk, ia bergetar. Seperti drum, ia menghasilkan nada dasar serta harmonik – nada suara atau nada dasar. Dr. Geisler menemukan bahwa nada-nada tersebut ternyata sangat keras di awal proses fusi. Menggunakan nada-nada ini, pada tahun 2019 ia dan rekan-rekannya Buktikan teori “tanpa rambut”, yang menyatakan bahwa lubang hitam hanya dapat dijelaskan oleh tiga parameter.

Musim panas ini mereka dapat memperluas cakupan analisis mereka dengan memanfaatkan tingkat signifikan dari lubang hitam baru untuk mengukur ukurannya. Mereka menyimpulkan bahwa area cakrawala peristiwa lubang hitam baru telah meningkat, seperti yang telah lama diprediksi oleh Dr. Hawking.

Mimpi Nobel

Apakah ini akan membuat Dr. Hawking mendapatkan Hadiah Nobel jika dia masih hidup?

“Saya tidak merasa nyaman berspekulasi,” kata Dr. Thorne, yang menerima Hadiah Nobel Fisika 2017 atas perannya dalam mengembangkan LIGO.

Andrew Strominger dari Universitas Harvard, kolaborator lama Dr. Hawking, mengatakan, “Saya tidak mengetahui rahasia pertimbangan Komite Nobel, tetapi Hawking memang akan dimasukkan dalam penghargaan ini seandainya dia masih hidup. Pengalaman baru-baru ini akan membuat kasusnya lebih kuat.”

Daniel Holz, astrofisikawan di University of Chicago yang merupakan bagian dari kolaborasi LIGO tetapi bukan bagian dari tim Dr. Essie, menggambarkan hasilnya sebagai “benar-benar luar biasa.”

“Dapat dikatakan bahwa itu adalah konfirmasi observasional dari salah satu prediksinya,” katanya. “Saya harap Komite Nobel telah menyadari itu.”

Hadiah fisika selalu condong ke penemuan praktis dan eksperimental; Bahkan Einstein memenangkan hadiah untuk menjelaskan efek fotolistrik, bukan untuk relativitas. Titik terjauh yang dicapai Komite Nobel dalam Astrofisika Teoritis baru-baru ini adalah pada tahun 2020, ketika Roger Penrose dari Universitas Oxford dianugerahi hadiah karena membuktikan bahwa lubang hitam mungkin ada di alam semesta.

Tapi dia berbagi hadiah dengan dua astronom, Reinhard Genzel, dari Institut Max Planck untuk Fisika Luar Bumi, dan Andrea Geese, dari University of California, Los Angeles, dan keduanya telah mempelajari lubang hitam supermasif di pusat Bima Sakti.

Bahkan jika Dr. Hawking masih hidup ketika teori wilayah lubang hitam terbukti, akan sulit untuk menyesuaikannya – Hadiah Nobel dapat diberikan kepada paling banyak tiga orang. Dan bagaimana dengan Dr. Bardeen dan Dr. Carter, rekan penulis Dr. Hawking? Dan tim Dr. Issey?

Dr Hawking tidak akan menjadi ilmuwan pertama yang mati terlalu dini untuk menerima Hadiah Nobel.

Michael Turner, seorang ahli kosmologi terkemuka sekarang di Kavli Foundation di Los Angeles, menulis dalam sebuah email, merujuk pada astronom Edwin Hubble, yang menemukan alam semesta yang mengembang. “Tapi dia meninggal lebih dulu.”

Robert Prout, fisikawan teoretis di Université Libres de Brussels, mungkin akan dimasukkan dalam Hadiah Nobel 2013 karena telah meramalkan keberadaan Higgs boson, bersama dengan rekannya François Englert dan Peter Higgs dari Universitas Edinburgh, seandainya dia belum. Dia meninggal pada tahun 2011.

Ronald Drever dari University of Glasgow, salah satu pendiri LIGO, akan berbagi Hadiah Nobel 2017 dengan Dr. Thorne dan Rainer Weiss dari Massachusetts Institute of Technology seandainya dia tidak meninggal pada awal 2017. Tempatnya diambil oleh Barry C Parrish dari Caltech.

Dr. Hawking beristirahat di sebelah Isaac Newton dan Charles Darwin di Westminster Abbey. Mungkin itu lebih baik daripada menghabiskan musim dingin di Stockholm.