[ Posting ini adalah terjemahan dari artikel dari Sabina Hossenfelder ]“Sejarah Singkat Waktu” karya Stephen Hawking adalah salah satu buku non-fiksi pertama yang saya baca, dan saya membencinya. Saya membencinya karena saya tidak mengerti. Rasa frustrasi dari buku ini menjadi salah satu alasan utama mengapa saya menjadi seorang ahli fisika - yah, setidaknya saya tahu siapa yang harus disalahkan.
Catatan transl .: Saya menambahkan tautan dan beberapa ilustrasi, dan juga menghapus sebagian teks yang tidak terlalu relevan dengan kasus ini (tempat tersebut tercantum dalam teks).
Posting asli tidak dapat membanggakan struktur naratif yang ideal yang tidak saya ubah. Tetapi masalahnya sangat penting dan relevan, dan untuk diskusi dan penjelasannya kepada Sabina orang bisa memaafkan kesalahan gaya.
Pos tersebut dapat dianggap sebagai komentar tambahan pada publikasi terbaru terjemahan Ethan.
Saya berhenti membenci buku ini - saya harus mengakui, dengan saran Hawking, minat masyarakat umum pada masalah-masalah mendasar fisika (terkait dengan lubang hitam) telah dinyalakan. Tapi dari waktu ke waktu aku masih ingin membaca buku sialan itu. Bukan karena saya tidak mengerti dia, tetapi karena dia telah meyakinkan begitu banyak orang bahwa
mereka mengerti dia.
Dalam buku ini, Hawking melukis gambar yang elegan tentang penguapan lubang hitam, yang sekarang digunakan di mana-mana. Dalam pandangannya, lubang hitam menguap, karena pasangan partikel virtual yang muncul di dekat cakrawala terkoyak oleh kekuatan pasang surut. Salah satu partikel muncul di luar horizon peristiwa, dan jatuh ke dalam lubang hitam, dan yang kedua terbang keluar. Akibatnya, lubang hitam terus-menerus memancarkan partikel pada horizon peristiwa. Sederhana, intuitif, dan sama sekali tidak benar.
Penjelasan seperti itu adalah ilustrasi sederhana, tidak lebih. Pada kenyataannya - Anda tidak akan terkejut - situasinya lebih rumit.
Pasangan partikel - sejauh yang masuk akal untuk berbicara tentang partikel dalam fisika kuantum - tidak terlokalisasi di ruang angkasa. Mereka "dioleskan" di atas wilayah ruang yang sebanding dengan jari-jari lubang hitam (
kira-kira. Trans. Mirip dengan bagaimana elektron tidak bergerak dalam orbit tertentu di sekitar inti atom, berada pada titik tertentu, tetapi "ternoda" di sekitar inti atom ). Pasangan partikel tidak muncul sebagai titik, tetapi sebagai awan, kabur di mana-mana di sekitar lubang hitam, dan mereka hanya terpisah pada jarak yang sebanding dengan jari-jari lubang hitam. Gambar yang dilukis Hawking untuk non-spesialis tidak didukung oleh matematika apa pun. Ada elemen kebenaran di dalamnya, tetapi itu tidak boleh dianggap terlalu serius - itu bisa menjadi sumber banyak kesalahpahaman.
Fakta bahwa penjelasan Hawking tidak akurat bukanlah hal baru - sejak awal 70-an telah diketahui bahwa radiasi Hawking tidak terjadi di cakrawala. Sudah dalam
buku teks Birrell dan Davis (1984) jelas tertulis bahwa jika kita mengasumsikan terjadinya radiasi di cakrawala dan mempertimbangkan proses radiasi dalam arah yang berlawanan dalam waktu: untuk melacak partikel yang mendekati horizon peristiwa dari jauh dan meningkatkan frekuensi ("
pergeseran biru "), ini tidak akan memberikan deskripsi yang benar tentang area di dekat horizon peristiwa. Pendekatan yang benar akan berbeda: partikel dari pasangan Hawking saat lahir “diolesi” dan dicampur satu sama lain, sehingga kita dapat berbicara tentang mereka sebagai “partikel” hanya dalam pengertian lokal (
maksud kami sistem koordinat lokal dari sudut pandang GR, kira-kira. . ). Selain itu, orang harus dengan jujur mempertimbangkan jumlah yang dapat diamati, seperti momen-momentum tensor.
Asumsi kemunculan pasangan pada jarak tertentu dari horizon peristiwa diperlukan untuk memecahkan teka-teki yang membingungkan para fisikawan pada 70-80-an. Suhu radiasi lubang hitam sangat rendah jika dilihat dari kejauhan. Tetapi agar radiasi ini terlepas dari tarikan lubang hitam, pada awalnya ia harus memiliki energi yang sangat besar di dekat cakrawala. Dan kemudian seorang pengamat yang jatuh ke dalam lubang hitam akan berubah menjadi abu, melewati area dengan energi seperti itu. Ini pada gilirannya melanggar
prinsip kesetaraan , yang menurutnya pengamat yang jatuh ke dalam lubang hitam seharusnya tidak melihat sesuatu yang tidak biasa ketika melintasi cakrawala.
Untuk mengatasi masalah ini, seseorang harus memperhitungkan bahwa radiasi tidak dapat dianggap berasal dari cakrawala itu sendiri. Jika kita dengan jujur menghitung
tensor energi-momentum di dekat horizon, ternyata itu cukup kecil dan tetap demikian ketika melintasi horizon. Bahkan, sangat kecil sehingga pengamat yang jatuh dapat melihat perbedaannya dengan ruang datar hanya pada jarak yang sebanding dengan jari-jari lubang hitam (yang juga merupakan ukuran kelengkungan ruang-waktu). Kemudian semuanya bertemu, dan tidak ada pelanggaran terhadap prinsip kesetaraan muncul.
[Saya tahu ini semua terdengar seperti
masalah firewall yang saya
bahas sebelumnya, tetapi ini adalah efek yang sedikit berbeda.
(Catatan: Masalah firewall muncul jika kita mempertimbangkan keterikatan antara partikel yang dipancarkan dan partikel yang jatuh ke lubang hitam. Untuk memenuhi prinsip-prinsip mekanika kuantum, korelasi ini harus dihancurkan. Ketika korelasinya dihancurkan, energi besar dilepaskan yang menciptakan "dinding api" di cakrawala.) Ini menyebabkan berbagai masalah saat komputasi di dekat cakrawala. Gagasan firewall dapat dikritik atas dasar bahwa tensor energi-momentum tidak dihitung dalam
artikel asli tentang firewall . Tidak seperti
orang lain, saya tidak berpikir masalahnya adalah ini.]
Alasan sebenarnya, didukung oleh perhitungan, adalah bahwa partikel dipancarkan oleh lubang hitam karena konsep partikel berbeda untuk pengamat yang berbeda.
Kita terbiasa dengan fakta bahwa partikel itu terletak pada kita atau tidak. Namun, ini benar hanya selama kita bergerak relatif seragam satu sama lain. Jika pengamat (kita) mempercepat, definisi partikel baginya berubah. Apa yang tampak seperti ruang hampa kosong untuk pengamat dengan gerakan seragam diisi dengan partikel selama akselerasi.
Efek ini dinamai
Bill Unruh , yang mengusulkannya hampir bersamaan dengan hipotesis Hawking tentang radiasi lubang hitam. Efeknya sendiri terlalu kecil untuk akselerasi biasa kami, dan kami tidak pernah menyadarinya.
Efek Unruh terkait erat dengan efek penguapan lubang hitam Hawking. Ketika lubang hitam muncul, materi yang runtuh menjadi lubang hitam menciptakan ruang-waktu dinamis, yang mengarah pada percepatan antara pengamat di masa lalu dan di masa depan. Akibatnya, ruang-waktu di sekitar materi yang runtuh, yang tidak mengandung partikel sebelum penampakan lubang hitam, diisi dengan radiasi termal pada tahap akhir keruntuhan. Yaitu, radiasi Hawking adalah ruang hampa udara yang sama yang awalnya mengelilingi zat yang runtuh (
kira-kira persis seperti pada efek Unruh, ruang hampa diisi dengan radiasi ketika pengamat mempercepat ).
Ini adalah sumber radiasi lubang hitam: definisi partikel bergantung pada pengamat. Tidak sesederhana gambar Hawking, tetapi jauh lebih akurat.
Gambar Hawking tentang pasangan partikel-antipartikel di cakrawala telah menjadi sangat populer sehingga bahkan beberapa fisikawan sekarang percaya bahwa inilah yang sebenarnya terjadi (
Catatan. Per. Untuk posting Sabina, saya sendiri berpikir sangat memalukan ). Fakta bahwa pergeseran biru radiasi ketika mempertimbangkan penyebarannya kembali ke masa dari tak terbatas ke cakrawala memberi begitu banyak energi pada cakrawala telah hilang dalam literatur. Sayangnya, kesalahpahaman koneksi antara fluks partikel Hawking jauh dari BH dan dekat horizon peristiwa mengarah pada kesimpulan yang salah bahwa fluks ini jauh lebih kuat daripada yang sebenarnya. Misalnya, ini
menyebabkan Mersini-Houghton melakukan kesalahan dalam memperoleh bukti bahwa lubang hitam tidak ada sama sekali.
(
Catatan. Selanjutnya, artikel ini dipersingkat agar mudah dibaca, posting asli membahas buku "Aksi seram di kejauhan" dan perhitungan di mana jarak yang tepat di mana radiasi Hawking muncul - untuk beberapa jari-jari BH - dihitung dan sumber efek dibahas secara rinci )
Jika buku Hawking mengajari saya satu hal, itu adalah metafora visual yang lengket bisa menjadi kutukan sebanyak sebuah berkah.
