Teori Dasar Lubang Hitam Untuk Bocah

Dulu pas masih SMP (kali ini aku ga nyalahin guru SMP) pernah baca-baca tentang lubang hitam di buku, internet, dll. Semua pada dasarnya menyimpulkan hal yang sama dan kita semua tau: lubangnya hitam dan menyerap. Tapi hal yang paling buat aku penasaran adalah darimana asal mula lubang hitam dan apa hebatnya lubang hitam selain nyedot? Bahkan setelah belajar astrofisika di SMA selama berabad-abad, masih banyak pertanyaan yang enggak terjawab. Jadi kali ini aku jelaskan yang dasar saja.

https://www.pinterest.com/pin/516506650988949845/

Lubang hitam berasal dari bintang maha raksasa yang mati. (Allah masih lebih maha raksasa bro jadi jangan ganti agama ya) Ada suatu standar yang menentukan apakah sebuah bintang dapat menjadi lubang hitam atau tidak, dan hal ini ditentukan dari massa inti bintang tersebut. Jika inti bintang (bukan massa total) tersebut bisa melewati batasan Oppenheimer-Volkoff, maka ada dua kemungkinan nasib bintang tersebut: bintang neutron dan lubang hitam. Bintang neutron kita simpan buat post yang lain aja (juga aku ga capek ngetiknya). Besar batasan Oppenheimer-Volkoff ini sekitar 2.9-3 kali lipat massa matahari. 

Ketika kita melihat lubang hitam, yang sebenarnya kita lihat adalah event horizon atau horizon peristiwa. Ini adalah batasan teoretis, di mana sebuah objek yang bergerak melalui batas ini dengan jarak tertentu harus memiliki kecepatan lebih cepat dari cahaya agak tidak terhisap. Dengan kata lain: tidak mungkin. (mungkin bukan 'tidak', hanya 'belum' :D ) Daya hisap lubang hitam sendiri tergantung dengan massanya. Lubang hitam sebesar koin di dalam kantong lu bisa menyerap seluruh bagian badan lu sebelum lu sadar bahwa lu punya koin di kantong. Kalau lu engga fakir kuota dan masih kepo dengan kekuatan hisap lubang hitam, coba deh nonton video di bawah.

https://www.youtube.com/watch?v=8nHBGFKLHZQ

Gaya gravitasi yang dimiliki lubang hitam sangat besar. Di permukaan bumi, seseorang merasakan percepatan gravitasi sebesar 9.81 ms^-2. Percepatan gravitasi yang dirasakan oleh orang ini (kira-kira) sama pada bagian kaki dan kepalanya. Nah, jika orang tersebut berada di dekat lubang hitam, ia akan merasakan percepatan gravitasi yang lebih besar di kakinya (tergantung posisi) dibandingkan dengan kepalanya. 

Benda yang terserap ke dalam lubang hitam akan tertuju pada satu titik yang disebut singularity atau singularitas. Titik di mana semua materi dan energi terpusatkan pada satu titik tanpa dimensi sehingga matematika dan fisika pun tak dapat mendeskripsikan lebih jauh lagi tentang hal ini. Singularitas dapat dianalogikan seperti membagi sebuah nomor dengan 0. Setelah titik ini, belum ada jawaban pasti apa yang akan terjadi pada materi dan energi yang terhisap. Ada yang mengajukkan teori tentang keberadaan lubang putih yang memiliki karakteristik yang bertolak belakang dengan lubang hitam. Walaupun keberadaan lubang putih ini dapat dibuktikan dengan matematika, hingga saat ini belum ada bukti nyata yang kredibel untuk menentukan benar-tidaknya objek ini. 

Tak ada yang abadi. Lubang hitam juga tidak. Lubang hitam akan mengecil dan terus mengecil. Materi lubang hitam akan hilang menjadi energi melalui proses yang disebut radiasi Hawking. Akan tetapi, proses ini berlangsung sangat lama. Ketika lubang hitam pertama di alam semesta akan hilang karena radiasi ini, kehidupan di bumi mungkin tidak ada lagi. 

Akan tetapi, jika matahari kita saat ini diganti dengan lubang hitam, orbit semua planet digaransi tidak akan berubah. Hanya saja kehidupan di bumi akan punah karena tidak menerima energi dari matahari: baca post ini). Tapi jangan takut karena matahari kita tidak akan menjadi lubang hitam karena matahari kita hanya bintang kecil yang pada akhir hayatnya akan menjadi white dwarf. Perlu massa jutaan kali dari massanya yang sekarang untuk matahari mampu berubah menjadi lubang hitam dan secara matematika: tidak mungkin. 

Apa jadinya jika matahari meledak?

Matahari saat ini masih dalam fase pertengahan pada siklus hidupnya dan akan meledak sekitar 4 sampai 5 miliar tahun lagi. Dalam beberapa ratus juta tahun dari sekarang, ukuran matahari akan terus bertambah dan terus bertambah besar hingga menelan bumi. Tapi, apa jadinya jika matahari tiba-tiba meledak sekarang?

Pertama, semua planet, satelit, dan sampah bebatuan di dalam sistem solar kita akan kehilangan orbit dengan seketika. Orbit dari planet dan satelit ada karena kecepatan planet dan satelit itu sendiri dan juga adanya akselerasi gravitasi kepada matahari. Jika matahari meledak, akselerasi ini akan hilang dan seketika planet tidak lagi bergerak mengelilingi orbit, namun bergerak lurus. Rotasi planet diperkirakan akan terus terjadi hingga beberapa bulan atau tahun. Namun periode rotasi akan mulai membesar hingga akhirnya setiap planet dan satelit tidak berputar lagi. Fenomena ini diakibatkan oleh efek damping. Akan tetapi, tergantung dengan posisi planet dan satelit pada saat itu, ada juga kemungkinan bahwa planet di sistem solar kita akan mengorbit benda yang memiliki massa yang lebih besar seperti Jupiter. Jupiter memiliki massa yang cukup besar untuk menciptakan efek gravitasi sesuai hukum gaya gravitasi yang dicetus oleh Newton. Tabrakan antar planet juga tak akan terelakkan. 
Kehidupan di bumi diperkirakan hanya akan bertahan selama beberapa puluh menit hingga beberapa jam. Manusia akan menerima cahaya terakhir dari matahari sekitar 8 menit setelah matahari meledak. Ini dikarenakan cahaya matahari harus menempuh jarak 150 juta kilometer untuk sampai di bumi dan dengan kecepatan cahaya, diperlukan waktu 8 menit. Setelah delapan menit ini, kehidupan di bumi mulai kacau. Makhluk hidup di bumi tidak lagi mendapatkan suplai energi yang kemudian menciptakan ketidakstabilan energi. Radiasi yang dipancarkan oleh bumi akan lebih besar dibandingkan radiasi yang diterima bumi. Sehingga seluruh makhluk hidup dan elemen di bawah tanah kehilangan energi. 

Banyak-banyak ibadah bro. 

Gaya Fundamental

Gaya fundamental adalah empat jenis gaya yang disetujui oleh pakar fisika sebagai gaya yang mempengaruhi bagaimana setiap objek, baik dari skala kuantum hingga skala alam semesta bekerja. Setiap gaya memiliki aturan tersendiri, mengakibatkan efek tertentu dengan partikel tertentu pula. Keempat gaya fundamental tersebut adalah:

1. Elektromagnetik

Gaya elektromagnetik menjelaskan bagaimana partikel-partikel yang memiliki muatan berinteraksi. Partikel dengan muatan sejenis akan saling menolak dan sebaliknya, partikel dengan muatan yang berbeda akan saling tarik menarik. Interaksi antarpartikel bermuatan yang diakibatkan oleh gaya elektromagnetik dimediasi oleh exchange particle bernama photon. Dibandingkan dengan gaya fundamental lainnya, gaya elektromagnetik memiliki kekuatan terkuat kedua setelah gaya nuklir kuat dan memiliki cakupan jangkauan tak terhingga. Ini berarti partikel bermuatan listrik pada ujung alam semesta juga terpengaruhi oleh partikel bermuatan listrik di bumi. Namun efeknya sangat tidak signifikan. 

2. Gravitasi

Ini gaya bisa dibilang anaknya Isaac Newton karena memang dia yang mengajukkan teori ini pertama kali. Gaya gravitasi menjelaskan bagaimana dua objek saling tarik menarik pada suatu dimensi. Objek tersebut tidak harus hanya planet, asteroid, ataupun objek luar angkasa lainnya, gaya ini mempengaruhi seluruh partikel yang memiliki energi atau massa. Bahkan kamu dan laptop atau smartphonemu saat ini memiliki gaya gravitasi di antara keduanya. Namun besar gaya tersebut sangatlah kecil sehingga laptop atau smartphonemu tidak akan tertarik ke wajahmu. (cewe matre yang tertarik dengan muka orang tampan bukanlah contoh gravitasi) Gaya gravitasi berbanding lurus dengan massa kedua objek yang terlibat dan berbanding terbalik dengan jarak kuadrat antara kedua objek tersebut. Dibandingkan dengan gaya fundamental lainnya, gravitasi adalah yang paling lemah. Cakupan gravitasi tidak terhingga, sama seperti elektromagnetik. Gaya gravitasi dimediasi oleh exchange particle yang bernama graviton yang hingga saat ini masih diperdebatkan keberadaannya. 

3. Gaya Nuklir Lemah

Gaya nuklir lemah adalah gaya yang bertanggung jawab atas peluruhan radioaktif beta, baik itu beta minus ataupun beta plus. Peluruhan radioaktif beta dipengaruhi oleh jumlah neutron di dalam suatu nukleus dan dapat ditentukan oleh garis kestabilan unsur. Jika terlalu banyak neutron, maka akan terjadi peluruhan beta minus. Dan sebaliknya, terlalu sedikit neutron akan mengakibantkan peluruhan beta plus. Interaksi yang diakibatkan oleh gaya ini dimediasi oleh boson W+ (omega plus), W-, dan Z0. Gaya ini memiliki kekuatan terlemah kedua setelah gravitasi dan memiliki jangkauan yang pendek. 

4. Gaya Nuklir Kuat

Model atom Bohr menyatakan bahwa inti atom (nukleus) terdiri dari proton yang bermuatan positif dan neutron yang tidak bermuatan. Rutherford melalui kalkulasinya menyatakan bahwa ukuran nukleus sama dengan 10,000 kali lebih kecil dibandingkan dengan ukuran atom itu tersendiri. Secara deduktif, proton dan neutron di dalam inti atom tentu sangat terikat dan, tunggu, ... eh tapi kan proton satu dengan proton yang lainnya di dalam inti atom harusnya saling tolak menolak karena mereka bermuatan sejenis? Tapi ini tidak terjadi karena adanya gaya nuklir kuat di dalam inti atom. Cakupan gaya nuklir kuat sangatlah pendek namun gaya ini adalah yang terkuat di antara ketiga gaya fundamental lainnya. Gaya ini dimediasi oleh gluon.