Terlepas dari kompleksitas topik yang sedang dipertimbangkan, profesor Universitas Princeton Stephen Gabser menawarkan pengantar yang luas, terjangkau dan menghibur untuk ini salah satu bidang fisika yang paling banyak dibahas saat ini. Lubang hitam adalah benda nyata, bukan hanya eksperimen pikiran! Lubang hitam sangat nyaman dari sudut pandang teori, karena secara matematis mereka lebih sederhana daripada kebanyakan objek astrofisika, seperti bintang. Keanehan dimulai ketika ternyata lubang hitam sebenarnya tidak begitu hitam.
Apa yang sebenarnya ada di dalam mereka? Bagaimana orang bisa membayangkan jatuh ke lubang hitam? Atau mungkin kita sudah jatuh ke dalamnya dan belum tahu tentang itu?
Dalam geometri Kerr, ada orbit geodetik yang sepenuhnya tertutup dalam ergosfer dengan sifat sebagai berikut: partikel yang bergerak bersama mereka memiliki energi potensial negatif yang lebih besar daripada massa absolut dari sisanya dan energi kinetik dari partikel-partikel ini digabungkan. Ini berarti bahwa energi total partikel-partikel ini negatif. Keadaan inilah yang digunakan dalam proses Penrose. Berada di dalam ergosphere, sebuah kapal yang menghasilkan energi menembakkan cangkang sedemikian rupa sehingga bergerak di sepanjang salah satu orbit dengan energi negatif. Menurut hukum kekekalan energi, kapal menerima energi kinetik yang cukup untuk mengkompensasi massa sisa yang hilang, setara dengan energi proyektil, dan di samping mendapatkan setara positif dari energi negatif bersih proyektil. Karena proyektil harus menghilang setelah tembakan di lubang hitam, akan lebih baik untuk membuatnya dari beberapa limbah. Di satu sisi, black hole masih memakan apa pun, tetapi di sisi lain, itu akan mengembalikan lebih banyak energi kepada kita daripada yang kita investasikan. Jadi, tambahan, energi yang kita peroleh akan menjadi "hijau"!
Jumlah maksimum energi yang dapat diekstraksi dari lubang hitam Kerr tergantung pada seberapa cepat lubang itu berputar. Dalam kasus yang paling ekstrim (pada kecepatan rotasi tertinggi), energi rotasi ruang-waktu menyumbang sekitar 29% dari total energi lubang hitam. Anda mungkin berpikir bahwa ini tidak terlalu banyak, tetapi jangan lupa bahwa ini adalah sebagian kecil dari total massa yang tersisa! Sebagai perbandingan, ingatlah bahwa reaktor nuklir yang beroperasi pada energi peluruhan radioaktif menggunakan kurang dari sepersepuluh persen dari energi yang setara dengan massa lainnya.
Geometri ruang-waktu di dalam cakrawala lubang hitam yang berputar sangat berbeda dari ruang-waktu Schwarzschild. Ikuti penyelidikan kami dan lihat apa yang terjadi. Pada awalnya, semuanya terlihat mirip dengan kasus Schwarzschild. Seperti sebelumnya, ruang-waktu mulai runtuh, menyeret segala sesuatu dengan sendirinya menuju pusat lubang hitam, dan kekuatan pasang surut mulai tumbuh. Tetapi dalam kasus Kerr, sebelum jari-jari menghilang, keruntuhan melambat dan mulai berbalik. Dalam lubang hitam yang berputar cepat, ini akan terjadi jauh sebelum kekuatan pasang surut menjadi cukup besar untuk mengancam integritas probe. Untuk memahami mengapa hal ini terjadi secara intuitif, kita ingat bahwa dalam mekanika Newton selama rotasi terdapat gaya sentrifugal. Kekuatan ini bukan salah satu kekuatan fisik mendasar: kekuatan ini muncul sebagai akibat dari aksi bersama kekuatan-kekuatan fundamental, yang diperlukan untuk memastikan keadaan rotasi. Hasilnya dapat direpresentasikan sebagai gaya efektif yang diarahkan ke luar - gaya sentrifugal. Anda merasakannya di tikungan tajam di mobil yang bergerak cepat. Dan jika Anda pernah mengendarai korsel, Anda tahu bahwa semakin cepat ia berputar, semakin sulit Anda memegang pegangan tangan, karena jika Anda melepaskannya, Anda akan diusir. Analogi untuk ruang-waktu ini tidak ideal, tetapi menyampaikan esensi dengan benar. Momen momentum dalam ruang-waktu lubang hitam Kerr memberikan gaya sentrifugal yang efektif yang menangkal gaya tarik gravitasi. Ketika keruntuhan dalam cakrawala menarik ruang-waktu ke jari-jari yang lebih kecil, gaya sentrifugal meningkat dan akhirnya menjadi mampu menangkal keruntuhan dan kemudian membalikkannya.
Pada saat keruntuhan berhenti, probe mencapai tingkat yang disebut cakrawala bagian dalam lubang hitam. Pada titik ini, gaya pasang surut kecil, dan probe, setelah melintasi horizon peristiwa, hanya membutuhkan waktu terbatas untuk mencapainya. Namun, hanya penghentian keruntuhan ruang-waktu belum berarti bahwa masalah kita ada di belakang dan bahwa rotasi entah bagaimana mengarah pada penghapusan singularitas di dalam lubang hitam Schwarzschild. Sejauh ini! Memang, pada pertengahan 1960-an, Roger Penrose dan Stephen Hawking membuktikan sistem teorema pada singularitas, yang darinya diikuti bahwa jika keruntuhan gravitasi terjadi, bahkan jika itu pendek, maka beberapa bentuk singularitas akan terbentuk sebagai hasilnya. Dalam kasus Schwarzschild, ini adalah singularitas komprehensif dan luar biasa yang menaklukkan semua ruang di cakrawala. Dalam keputusan Kerr, singularitas berperilaku berbeda dan, harus dikatakan, secara tak terduga. Ketika probe mencapai cakrawala bagian dalam, singularitas Kerr mengungkapkan keberadaannya - tetapi ternyata hal ini terjadi di masa lalu kausal dari garis dunia probe. Seolah singularitas selalu ada di sana, tetapi baru sekarang penyelidikan merasakan bagaimana pengaruhnya mencapainya. Anda akan mengatakan bahwa itu terdengar fantastis, dan itu benar. Dan ada beberapa ketidakkonsistenan dalam gambaran ruang-waktu, yang juga jelas bahwa jawaban ini tidak dapat dianggap final.
Masalah pertama dengan singularitas yang muncul di masa lalu dari seorang pengamat yang mencapai cakrawala batin adalah bahwa pada saat ini persamaan Einstein tidak dapat meramalkan dengan jelas apa yang akan terjadi pada ruangwaktu di luar cakrawala ini. Artinya, dalam arti tertentu, kehadiran singularitas dapat mengarah pada apa saja. Mungkin apa yang sebenarnya terjadi dapat dijelaskan kepada kita dengan teori gravitasi kuantum, tetapi persamaan Einstein tidak memberi kita kesempatan untuk mengetahuinya. Hanya karena ketertarikan, kami uraikan di bawah ini apa yang terjadi jika Anda mengharuskan bahwa persimpangan cakrawala ruang-waktu semulus mungkin secara matematis (jika fungsi metrik, seperti yang dikatakan oleh ahli matematika, "analitik"), tetapi tidak ada alasan fisik yang jelas untuk asumsi seperti itu. tidak Faktanya, masalah kedua dengan cakrawala dalam mengasumsikan sebaliknya: di alam semesta yang nyata, di mana materi dan energi ada di luar lubang hitam, ruang-waktu di cakrawala batin menjadi sangat tidak stabil, dan singularitas seperti lingkaran berkembang di sana. Itu tidak bertindak sebagai destruktif sebagai kekuatan pasang surut singularitas dalam solusi Schwarzschild, tetapi dalam setiap kasus kehadirannya membuat orang meragukan konsekuensi yang mengikuti dari gagasan fungsi analitik yang halus. Mungkin ini bagus - hal-hal yang sangat aneh memerlukan asumsi perluasan analitis.
Intinya, mesin waktu bekerja di bidang kurva mirip waktu tertutup. Jauh dari singularitas, tidak ada kurva mirip waktu yang tertutup, dan terlepas dari kekuatan menjijikkan di wilayah singularitas, ruang-waktu terlihat cukup biasa. Namun, ada jalur gerak (mereka tidak geodesik, sehingga Anda akan membutuhkan mesin roket) yang akan membawa Anda ke wilayah kurva waktu-seperti tertutup. Setelah Anda berada di sana, Anda dapat bergerak ke arah mana saja di sepanjang koordinat t, yang menunjukkan waktu pengamat yang jauh, tetapi di waktu Anda sendiri, Anda akan selalu selalu bergerak maju. Dan ini berarti Anda dapat pergi kapan saja t di mana yang Anda inginkan, dan kemudian kembali ke bagian terpencil ruang-waktu - dan bahkan tiba di sana sebelum Anda pergi. Tentu saja, sekarang semua paradoks yang terkait dengan gagasan perjalanan waktu menjadi hidup: misalnya, bagaimana jika, berjalan-jalan tepat waktu, Anda meyakinkan diri Anda di masa lalu untuk mengabaikannya? Tetapi apakah bentuk-bentuk ruang-waktu seperti itu dapat eksis dan bagaimana paradoks terkait dapat diselesaikan adalah masalah yang berada di luar cakupan buku ini. Namun, seperti dalam masalah "singularitas biru" pada cakrawala bagian dalam, teori relativitas umum mengandung indikasi bahwa wilayah ruangwaktu dengan kurva mirip waktu tertutup tidak stabil: segera setelah Anda mencoba menggabungkan beberapa kurva ini dengan jumlah massa atau energi, area-area ini dapat menjadi tunggal. Selain itu, dalam lubang hitam berputar yang terbentuk di Alam Semesta kita, itu adalah "singularitas biru" itu sendiri yang dapat mencegah pembentukan wilayah massa negatif (dan semua alam semesta Kerr lainnya di mana lubang putih mengarah). Namun demikian, fakta bahwa teori relativitas umum memungkinkan keputusan aneh seperti itu tampaknya menarik. Mereka, tentu saja, dengan mudah dinyatakan patologis, tetapi kita tidak akan lupa bahwa Einstein sendiri dan banyak orang sezamannya mengatakan hal yang sama tentang lubang hitam.
»Informasi lebih lanjut tentang buku ini dapat ditemukan di
situs web penerbitKupon diskon 25% untuk penjaja -
Black HolesSetelah pembayaran versi kertas buku, versi elektronik buku dikirim melalui email.