Tahun 1915 mempunyai makna yang besar dalam dunia fizik, dimana pada tahun tersebut Albert Einstein telah melengkapkan Teori Relativiti Umum (General Theory of Relativity), sebuah teori masyhur yang menyatakan bahawa graviti adalah lengkungan (curvature) fabrik ruang-masa (space-time) yang terhasil kerana kehadiran jirim (atau jisim dan tenaga) seperti planet, matahari, bintang dan bulan.

Teori Relativiti Umum mempunyai beberapa prediksi, antaranya ialah dilasi atau pelebaran masa (Gravitational Time Dilation), kanta graviti (Gravitational Lensing) dan ketunggalan graviti (Gravitational Singularity), serta beberapa prediksi yang lain. Setelah lebih seratus tahun teori ini diterbitkan, hampir kesemua prediksi ini telah dibuktikan kesahihannya.

Ketunggalan graviti – salah satu daripada prediksi Teori Relativiti Umum, juga merupakan masalah dalam menyelesaikan persamaan ‘Einstein Field Equation’, sebuah rumus yang menghuraikan Teori Relativiti Umum secara matematik. Einstein sangat tidak selesa dengan kewujudan ketunggalan malah beliau turut mencadangkan beberapa hujah dalam menafikan kewujudan ketunggalan.

Namun pada tahun 1916, seorang ahli fizik Jerman, Karl Schwarszchild, telah menyelesaikan masalah tersebut dan ia dikenali sebagai ‘Schwarzschild Metric’ atau ‘Schwarzschild Solution’ atau secara ringkas dan seperti yang diketahui oleh khalayak ramai – lohong hitam (black hole).

Apabila sebut saja lohong hitam, kita pasti terbayangkan sebuah objek sfera hitam yang sangat besar di ruang angkasa yang ‘memakan’ apa saja yang berada di laluannya. Gambaran itu tidak salah memandangkan kita sudah mempunyai ‘direct evidence’ yang membuktikan lohong hitam itu wujud – imej yang dirakam oleh The Event Horizon Telescope pada tahun 2019. Namun realiti lohong hitam sedikit berbeza dengan interpretasi naif pancaindera manusia.

Idea lohong hitam yang dikemukakan oleh Karl Schwarzschild turut disertakan dengan satu rumus matematik yang penting iaitu Radius Schwarzschild, R, dimana ia adalah jarak yang memisahkan ‘Event Horizon’ dan ketunggalan (titik tengah lohong hitam). ‘Event Horizon’ adalah satu titik atau sempadan dimana graviti lohong hitam itu sangat kuat sehinggakan tiada daya mekanikal yang wujud di alam semesta ini mampu mengatasinya. Oleh itu, adalah mustahil untuk objek atau benda, bahkan cahaya itu sendiri, untuk keluar daripada lohong hitam setelah melepasi ‘Event Horizon’.

Sekiranya anda jatuh ke dalam lohong hitam dan melepasi ‘Event Horizon’, anda harus bergerak lebih laju daripada kelajuan cahaya untuk keluar dari lohong hitam tersebut, dan begerak lebih laju daripada kelajuan cahaya bermaksud anda mengembara kembali ke masa lalu – mustahil. Ketunggalan pula, (atau ketunggalan graviti), adalah satu tempat dimana jirim (apa-apa yang mempunyai jisim dan tenaga) dimampatkan ke satu titik yang sangat kecil sehingga ia menjadi – ‘a point of infinite density’.

Di ketunggalan inilah konsep masa dan ruang itu hancur sepenuhnya. Berdasarkan rumus di atas, kita boleh melihat Radius Schwarzschild, R, merupakan fungsi kepada jisim, m, sesuatu objek kerana parameter lain seperti G dan C adalah malar (constant).

Dalam kata lain, saiz lohong hitam akan membesar sekiranya berat jisim bertambah. Namun sekiranya kita melihat rumus ini dengan lebih mendalam, kita akan sedar bahawa: ‘Anything can be a black hole’. Kereta anda boleh menjadi lohong hitam, kucing anda boleh menjadi lohong hitam, bahkan diri anda sendiri juga boleh menjadi lohong hitam. Segala benda atau objek, sekiranya dimampatkan saiz fizikal objek tersebut sehingga menjadi lebih kecil dari Radius Schwarzschild, akan menjadi lohong hitam.

Purata ketumpatan lohong hitam mengikut jenis.

Salah faham lain yang didorong oleh logik akal manusia itu sendiri adalah lohong hitam harus mempunyai ketumpatan yang tinggi. Ya, tetapi tidak semestinya. Ini kerana sekiranya kita mampu membuat saiz sesuatu objek atau benda itu menjadi sangat besar, walaupun ketumpatan objek itu sangat rendah, ia juga akan menjadi lohong hitam.

Merujuk kepada tabulasi data di atas, sekiranya anda ingat ketumpatan air tawar iaitu 1000 kg/m3, anda akan dapat melihat bahawa ketumpatan purata lohong hitam supermasif mungkin lebih rendah daripada ketumpatan air tawar di bumi. Oleh itu, tipikal stereotaip seperti lohong hitam itu bersaiz raksasa dan mempunyai ketumpatan yang sangat tinggi amatlah tidak tepat. Ia mempunyai secebis kebenaran tetapi tidak menunjukkan gambaran yang menyeluruh.

Lohong hitam merupakan salah satu legasi terbesar yang ditinggalkan oleh Albert Einstein dan hanya dibuktikan kewujudannya setelah 100 tahun selepas Teori Relativiti Umum diterbitkan. Ia amat mengagumkan memandangkan prediksi tentang lohong hitam itu dibuat dengan hanya menggunakan pen dan kertas.

Pada zaman sekarang, lohong hitam masih menjadi bidang penyelidikan yang aktif memandangkan ia masih dipenuhi dengan pelbagai misteri dan persoalan. Jangan terkejut sekiranya beberapa idea atau hipotesis tentang lohong hitam yang kita terima sebagai fakta sekarang akan berubah menjadi salah faham (atau informasi yang salah) disebabkan adanya teori atau penemuan baru yang lebih sahih di masa akan datang kelak.

Rujukan:

Miller, N. (2018). Black Holes, Hawking Radiation, and the Firewall (for CS229). https://scholar.harvard.edu/files/noahmiller/files/firewall.pdf

Pinochet, J. (2019). Five misconceptions about black holes. Physics Education, 54(5), 055003. https://doi.org/10.1088/1361-6552/ab26c3

Artikel dikirimkan oleh Amier Hakeem untuk The Patriots.