Selamat Hari Kosmonotika! Kami mengirimkannya ke percetakan . Pada hari-hari inilah para ahli astrofisika menunjukkan kepada seluruh dunia seperti apa bentuk lubang hitam. Kebetulan? Kami rasa tidak 😉 Jadi tunggu dulu, sebuah buku menakjubkan akan segera muncul, ditulis oleh Steven Gabser dan France Pretorius, diterjemahkan oleh astronom Pulkovo yang hebat alias Astrodedus Kirill Maslennikov, diedit secara ilmiah oleh Vladimir Surdin yang legendaris dan didukung oleh penerbitannya oleh The Yayasan Lintasan.
Kutipan “Termodinamika lubang hitam” di bawah potongan.
Hingga saat ini, kita menganggap lubang hitam sebagai objek astrofisika yang terbentuk selama ledakan supernova atau terletak di pusat galaksi. Kami mengamatinya secara tidak langsung dengan mengukur percepatan bintang-bintang di dekatnya. Deteksi gelombang gravitasi LIGO yang terkenal pada 14 September 2015 adalah contoh pengamatan langsung terhadap tabrakan lubang hitam. Alat matematika yang kami gunakan untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang sifat lubang hitam adalah: geometri diferensial, persamaan Einstein, dan metode analitik dan numerik yang kuat yang digunakan untuk menyelesaikan persamaan Einstein dan menggambarkan geometri ruangwaktu yang memunculkan lubang hitam. Dan segera setelah kita dapat memberikan gambaran kuantitatif lengkap tentang ruang-waktu yang dihasilkan oleh lubang hitam, dari sudut pandang astrofisika, topik lubang hitam dapat dianggap tertutup. Dari perspektif teoritis yang lebih luas, masih banyak ruang untuk eksplorasi. Tujuan bab ini adalah untuk menyoroti beberapa kemajuan teoritis dalam fisika lubang hitam modern, di mana ide-ide dari termodinamika dan teori kuantum digabungkan dengan relativitas umum untuk menghasilkan konsep-konsep baru yang tidak terduga. Ide dasarnya adalah lubang hitam bukan sekedar benda geometris. Mereka mempunyai suhu, mempunyai entropi yang sangat besar, dan mereka dapat menunjukkan manifestasi keterjeratan kuantum. Diskusi kita mengenai aspek termodinamika dan kuantum fisika lubang hitam akan lebih terpisah-pisah dan dangkal dibandingkan analisis fitur geometris murni ruang-waktu dalam lubang hitam yang disajikan pada bab-bab sebelumnya. Namun aspek-aspek ini, dan terutama aspek kuantum, merupakan bagian penting dan vital dari penelitian teoritis yang sedang berlangsung mengenai lubang hitam, dan kami akan berusaha keras untuk menyampaikan, jika bukan rincian rumitnya, setidaknya semangat dari karya-karya ini.
Dalam relativitas umum klasik - jika kita berbicara tentang geometri diferensial solusi persamaan Einstein - lubang hitam benar-benar hitam dalam arti tidak ada yang bisa lepas darinya. Stephen Hawking menunjukkan bahwa situasi ini berubah sepenuhnya ketika kita memperhitungkan efek kuantum: lubang hitam ternyata memancarkan radiasi pada suhu tertentu, yang dikenal sebagai suhu Hawking. Untuk lubang hitam dengan ukuran astrofisika (yaitu, dari lubang hitam bermassa bintang hingga lubang hitam supermasif), suhu Hawking dapat diabaikan dibandingkan dengan suhu latar belakang gelombang mikro kosmik - radiasi yang memenuhi seluruh Alam Semesta, yang, omong-omong, dapat sendiri dianggap sebagai varian dari radiasi Hawking. Perhitungan Hawking untuk menentukan suhu lubang hitam adalah bagian dari program penelitian yang lebih besar di bidang yang disebut termodinamika lubang hitam. Bagian penting lainnya dari program ini adalah studi entropi lubang hitam, yang mengukur jumlah informasi yang hilang di dalam lubang hitam. Benda-benda biasa (seperti segelas air, balok magnesium murni, atau bintang) juga memiliki entropi, dan salah satu pernyataan utama termodinamika lubang hitam adalah bahwa lubang hitam dengan ukuran tertentu memiliki entropi lebih besar dibandingkan bentuk lainnya. materi yang dapat ditampung di dalam suatu area dengan ukuran yang sama, tetapi tanpa pembentukan lubang hitam.
Namun sebelum kita mendalami isu seputar radiasi Hawking dan entropi lubang hitam, mari kita melihat sekilas ke bidang mekanika kuantum, termodinamika, dan keterjeratan. Mekanika kuantum dikembangkan terutama pada tahun 1920-an, dan tujuan utamanya adalah untuk mendeskripsikan partikel materi yang sangat kecil, seperti atom. Perkembangan mekanika kuantum menyebabkan terkikisnya konsep-konsep dasar fisika seperti posisi pasti suatu partikel: ternyata, misalnya, posisi elektron ketika bergerak mengelilingi inti atom tidak dapat ditentukan secara akurat. Sebaliknya, elektron diberi apa yang disebut orbit, di mana posisi sebenarnya hanya dapat ditentukan berdasarkan probabilitas. Namun, demi tujuan kita, penting untuk tidak bergerak terlalu cepat ke sisi probabilistik ini. Mari kita ambil contoh paling sederhana: atom hidrogen. Ini mungkin berada dalam keadaan kuantum tertentu. Keadaan atom hidrogen yang paling sederhana, yang disebut keadaan dasar, adalah keadaan dengan energi paling rendah, dan energi ini diketahui dengan tepat. Secara umum, mekanika kuantum memungkinkan kita (pada prinsipnya) mengetahui keadaan sistem kuantum mana pun dengan presisi mutlak.
Probabilitas berperan ketika kita mengajukan pertanyaan tertentu tentang sistem mekanika kuantum. Misalnya, jika atom hidrogen berada dalam keadaan dasar, kita dapat bertanya, “Di mana elektronnya?” dan menurut hukum kuantum
mekanika, kita hanya akan mendapatkan perkiraan probabilitas untuk pertanyaan ini, kira-kira seperti: “mungkin elektron terletak pada jarak hingga setengah angstrom dari inti atom hidrogen” (satu angstrom sama dengan 
meter). Namun kita mempunyai peluang, melalui proses fisik tertentu, untuk menemukan posisi elektron jauh lebih akurat dibandingkan satu angstrom. Proses yang cukup umum dalam fisika ini terdiri dari penembakan foton dengan panjang gelombang yang sangat pendek ke dalam sebuah elektron (atau, seperti yang dikatakan fisikawan, hamburan foton oleh elektron) - setelah itu kita dapat merekonstruksi lokasi elektron pada saat hamburan dengan sebuah elektron. akurasinya kira-kira sama dengan panjang gelombang foton. Namun proses ini akan mengubah keadaan elektron, sehingga setelah itu elektron tidak lagi berada pada keadaan dasar atom hidrogen dan tidak mempunyai energi yang ditentukan secara tepat. Namun untuk beberapa waktu posisinya akan hampir ditentukan secara pasti (dengan keakuratan panjang gelombang foton yang digunakan untuk ini). Perkiraan awal mengenai posisi elektron hanya dapat dibuat dalam bentuk probabilistik dengan akurasi sekitar satu angstrom, namun setelah kita mengukurnya, kita akan mengetahui secara pasti posisi elektron tersebut. Singkatnya, jika kita mengukur sistem mekanika kuantum dengan cara tertentu, maka, setidaknya dalam pengertian konvensional, kita “memaksa” sistem tersebut ke dalam keadaan dengan nilai tertentu dari besaran yang kita ukur.
Mekanika kuantum berlaku tidak hanya pada sistem kecil, namun (kami percaya) pada semua sistem, namun untuk sistem besar aturan mekanika kuantum dengan cepat menjadi sangat kompleks. Konsep kuncinya adalah keterjeratan kuantum, contoh sederhananya adalah konsep putaran. Masing-masing elektron mempunyai spin, sehingga dalam praktiknya satu elektron dapat mempunyai spin yang mengarah ke atas atau ke bawah terhadap sumbu spasial yang dipilih. Putaran elektron merupakan besaran yang dapat diamati karena elektron menghasilkan medan magnet yang lemah, serupa dengan medan batang magnet. Kemudian spin up artinya kutub utara elektron mengarah ke bawah, dan spin down artinya kutub utara mengarah ke atas. Dua elektron dapat ditempatkan dalam keadaan kuantum terkonjugasi, dimana salah satunya mempunyai spin ke atas dan yang lainnya mempunyai spin ke bawah, namun tidak mungkin untuk membedakan elektron mana yang mempunyai spin yang mana. Intinya, dalam keadaan dasar atom helium, dua elektron berada dalam keadaan persis seperti ini, yang disebut spin singlet, karena total spin kedua elektron adalah nol. Jika kita memisahkan kedua elektron ini tanpa mengubah spinnya, kita masih dapat mengatakan bahwa keduanya adalah spin singlet, namun kita masih belum dapat mengatakan berapa spin masing-masing elektron tersebut secara individual. Sekarang, jika kita mengukur salah satu putarannya dan menetapkan bahwa putarannya mengarah ke atas, maka kita akan sepenuhnya yakin bahwa putaran kedua mengarah ke bawah. Dalam situasi ini, kita katakan bahwa spin-spin tersebut terjerat—tidak ada yang dengan sendirinya mempunyai nilai pasti, sementara keduanya bersama-sama berada dalam keadaan kuantum tertentu.
Einstein sangat prihatin dengan fenomena keterjeratan: hal itu tampaknya mengancam prinsip dasar teori relativitas. Mari kita perhatikan kasus dua elektron dalam keadaan spin singlet, ketika keduanya berjauhan di ruang angkasa. Yang pasti, biarkan Alice mengambil salah satunya dan Bob mengambil yang lain. Katakanlah Alice mengukur putaran elektronnya dan menemukan bahwa putaran itu mengarah ke atas, tetapi Bob tidak mengukur apa pun. Sampai Alice melakukan pengukurannya, mustahil untuk mengetahui berapa putaran elektronnya. Namun begitu dia menyelesaikan pengukurannya, dia benar-benar mengetahui bahwa putaran elektron Bob mengarah ke bawah (berlawanan dengan putaran elektronnya sendiri). Apakah ini berarti pengukurannya langsung membuat elektron Bob berada dalam keadaan berputar ke bawah? Bagaimana hal ini bisa terjadi jika elektron terpisah secara spasial? Einstein dan kolaboratornya Nathan Rosen dan Boris Podolsky merasa bahwa kisah pengukuran sistem yang terjerat begitu serius sehingga mengancam keberadaan mekanika kuantum. Paradoks Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) yang mereka rumuskan menggunakan eksperimen pemikiran serupa dengan yang baru saja kami jelaskan untuk menyimpulkan bahwa mekanika kuantum tidak dapat menjadi deskripsi lengkap tentang realitas. Sekarang, berdasarkan penelitian teoretis selanjutnya dan banyak pengukuran, konsensus umum telah ditetapkan bahwa paradoks EPR mengandung kesalahan dan teori kuantum benar. Keterikatan mekanika kuantum adalah nyata: pengukuran sistem yang terjerat akan berkorelasi bahkan jika sistem-sistem tersebut berjauhan dalam ruang-waktu.
Mari kita kembali ke situasi di mana kita menempatkan dua elektron dalam keadaan spin singlet dan memberikannya kepada Alice dan Bob. Apa yang dapat kita ketahui tentang elektron sebelum pengukuran dilakukan? Bahwa keduanya bersama-sama berada dalam keadaan kuantum tertentu (spin-singlet). Putaran elektron Alice kemungkinan besar mengarah ke atas atau ke bawah. Lebih tepatnya, keadaan kuantum elektronnya dengan probabilitas yang sama dapat berupa salah satu (spin up) atau yang lain (spin down). Bagi kami, konsep probabilitas memiliki makna yang lebih dalam dari sebelumnya. Sebelumnya kita melihat keadaan kuantum tertentu (keadaan dasar atom hidrogen) dan melihat bahwa ada beberapa pertanyaan yang "tidak nyaman", seperti "Di mana elektronnya?" - pertanyaan yang jawabannya hanya ada dalam pengertian probabilistik. Jika kita menanyakan pertanyaan yang “baik”, seperti “Berapakah energi elektron ini?”, kita akan mendapatkan jawaban yang pasti. Sekarang, tidak ada pertanyaan “baik” yang dapat kita tanyakan tentang elektron Alice yang tidak memiliki jawaban yang bergantung pada elektron Bob. (Kita tidak membicarakan pertanyaan bodoh seperti "Apakah elektron Alice mempunyai spin?" - pertanyaan yang hanya ada satu jawabannya.) Jadi, untuk menentukan parameter dari separuh sistem yang terjerat, kita harus menggunakan bahasa probabilistik. Kepastian hanya muncul ketika kita mempertimbangkan hubungan antara pertanyaan yang mungkin ditanyakan Alice dan Bob tentang elektron mereka.
Kami sengaja memulai dengan salah satu sistem mekanika kuantum paling sederhana yang kami tahu: sistem spin elektron individu. Ada harapan bahwa komputer kuantum akan dibangun berdasarkan sistem sederhana seperti itu. Sistem putaran elektron individu atau sistem kuantum setara lainnya sekarang disebut qubit (kependekan dari “bit kuantum”), yang menekankan perannya dalam komputer kuantum, serupa dengan peran yang dimainkan oleh bit biasa di komputer digital.
Sekarang mari kita bayangkan bahwa kita mengganti setiap elektron dengan sistem kuantum yang jauh lebih kompleks dengan banyak, bukan hanya dua, keadaan kuantum. Misalnya, mereka memberi Alice dan Bob batangan magnesium murni. Sebelum Alice dan Bob berpisah, batang-batang mereka dapat berinteraksi, dan kami setuju bahwa dengan melakukan hal tersebut mereka memperoleh keadaan kuantum umum tertentu. Segera setelah Alice dan Bob berpisah, batangan magnesium mereka berhenti berinteraksi. Seperti dalam kasus elektron, setiap batang berada dalam keadaan kuantum yang tidak dapat ditentukan, meskipun bersama-sama, seperti yang kita yakini, mereka membentuk keadaan yang terdefinisi dengan baik. (Dalam pembahasan ini, kita berasumsi bahwa Alice dan Bob mampu menggerakkan batang magnesiumnya tanpa mengganggu keadaan internalnya dengan cara apa pun, sama seperti kita berasumsi sebelumnya bahwa Alice dan Bob dapat memisahkan elektron-elektron yang terjerat tanpa mengubah putarannya.) Namun terdapat perbedaan Perbedaan antara eksperimen pemikiran ini dan eksperimen elektron adalah ketidakpastian keadaan kuantum setiap batang sangat besar. Batang tersebut mungkin memperoleh lebih banyak keadaan kuantum daripada jumlah atom di Alam Semesta. Di sinilah termodinamika berperan. Meskipun demikian, sistem yang sangat tidak jelas mungkin memiliki beberapa karakteristik makroskopis yang juga terdefinisi dengan baik. Karakteristik tersebut misalnya suhu. Suhu adalah ukuran seberapa besar kemungkinan suatu bagian suatu sistem memiliki energi rata-rata tertentu, dengan suhu yang lebih tinggi berarti kemungkinan lebih besar untuk memiliki energi yang lebih besar. Parameter termodinamika lainnya adalah entropi, yang pada dasarnya sama dengan logaritma jumlah keadaan yang dapat diasumsikan oleh suatu sistem. Karakteristik termodinamika lain yang penting untuk batangan magnesium adalah magnetisasi bersihnya, yang pada dasarnya merupakan parameter yang menunjukkan berapa banyak lebih banyak elektron spin-up yang terdapat dalam batangan dibandingkan elektron spin-down.
Kami membawa termodinamika ke dalam cerita kami sebagai cara untuk mendeskripsikan sistem yang keadaan kuantumnya tidak diketahui secara pasti karena keterkaitannya dengan sistem lain. Termodinamika adalah alat yang ampuh untuk menganalisis sistem seperti itu, namun penciptanya sama sekali tidak membayangkan penerapannya dengan cara ini. Sadi Carnot, James Joule, Rudolf Clausius adalah tokoh revolusi industri abad ke-XNUMX, dan mereka tertarik pada pertanyaan paling praktis: bagaimana cara kerja mesin? Tekanan, volume, suhu dan panas adalah darah dan daging mesin. Carnot menetapkan bahwa energi dalam bentuk panas tidak akan pernah dapat sepenuhnya diubah menjadi pekerjaan yang berguna seperti mengangkat beban. Sebagian energi akan selalu terbuang sia-sia. Clausius memberikan kontribusi besar dalam penciptaan gagasan entropi sebagai alat universal untuk menentukan kehilangan energi selama proses apa pun yang melibatkan panas. Pencapaian utamanya adalah kesadaran bahwa entropi tidak pernah berkurang - di hampir semua proses ia meningkat. Proses dimana entropi meningkat disebut ireversibel, justru karena proses tersebut tidak dapat dibalik tanpa penurunan entropi. Langkah selanjutnya menuju pengembangan mekanika statistik diambil oleh Clausius, Maxwell dan Ludwig Boltzmann (di antara banyak lainnya) - mereka menunjukkan bahwa entropi adalah ukuran ketidakteraturan. Biasanya, semakin banyak Anda bertindak terhadap sesuatu, semakin banyak kekacauan yang Anda ciptakan. Dan bahkan jika Anda merancang suatu proses yang tujuannya adalah untuk memulihkan ketertiban, proses tersebut pasti akan menciptakan lebih banyak entropi daripada yang dimusnahkan—misalnya, dengan melepaskan panas. Sebuah derek yang memasang balok baja dengan sempurna menciptakan keteraturan dalam hal susunan balok, tetapi selama pengoperasiannya ia menghasilkan begitu banyak panas sehingga entropi keseluruhan masih meningkat.
Namun tetap saja, perbedaan antara pandangan termodinamika fisikawan abad ke-XNUMX dan pandangan yang berkaitan dengan keterikatan kuantum tidak sebesar yang terlihat. Setiap kali suatu sistem berinteraksi dengan agen eksternal, keadaan kuantumnya menjadi terjerat dengan keadaan kuantum agen tersebut. Biasanya, keterjeratan ini menyebabkan peningkatan ketidakpastian keadaan kuantum sistem, dengan kata lain, peningkatan jumlah keadaan kuantum di mana sistem tersebut berada. Sebagai hasil interaksi dengan sistem lain, entropi, yang didefinisikan dalam jumlah keadaan kuantum yang tersedia untuk sistem, biasanya meningkat.
Secara umum, mekanika kuantum memberikan cara baru untuk mengkarakterisasi sistem fisik di mana beberapa parameter (seperti posisi dalam ruang) menjadi tidak pasti, namun parameter lainnya (seperti energi) seringkali diketahui dengan pasti. Dalam kasus keterjeratan kuantum, dua bagian sistem yang secara fundamental terpisah mempunyai keadaan kuantum umum yang diketahui, dan masing-masing bagian secara terpisah mempunyai keadaan tak tentu. Contoh standar keterjeratan adalah sepasang putaran dalam keadaan singlet, yang mana tidak mungkin membedakan putaran mana yang naik dan mana yang turun. Ketidakpastian keadaan kuantum dalam sistem besar memerlukan pendekatan termodinamika di mana parameter makroskopis seperti suhu dan entropi diketahui dengan sangat akurat, meskipun sistem tersebut memiliki banyak kemungkinan keadaan kuantum mikroskopis.
Setelah menyelesaikan penjelajahan singkat kita ke bidang mekanika kuantum, keterjeratan, dan termodinamika, sekarang mari kita mencoba memahami bagaimana semua ini mengarah pada pemahaman tentang fakta bahwa lubang hitam memiliki suhu. Langkah pertama menuju hal ini dilakukan oleh Bill Unruh - ia menunjukkan bahwa pengamat yang mengalami percepatan di ruang datar akan memiliki suhu yang sama dengan percepatannya dibagi 2π. Kunci dari perhitungan Unruh adalah bahwa seorang pengamat yang bergerak dengan percepatan konstan dalam arah tertentu hanya dapat melihat setengah dari ruangwaktu datar. Paruh kedua pada dasarnya berada di balik cakrawala yang mirip dengan lubang hitam. Pada awalnya tampaknya mustahil: bagaimana ruangwaktu datar bisa berperilaku seperti cakrawala lubang hitam? Untuk memahami bagaimana hal ini terjadi, mari kita hubungi pengamat setia kita Alice, Bob, dan Bill untuk meminta bantuan. Atas permintaan kami, mereka berbaris, dengan Alice di antara Bob dan Bill, dan jarak antara pengamat di setiap pasangan tepat 6 kilometer. Kami sepakat bahwa pada waktu nol Alice akan melompat ke dalam roket dan terbang menuju Bill (dan karenanya menjauhi Bob) dengan percepatan konstan. Roketnya sangat bagus, mampu mengembangkan percepatan 1,5 triliun kali lebih besar dari percepatan gravitasi benda yang bergerak di dekat permukaan bumi. Tentu saja, tidak mudah bagi Alice untuk menahan percepatan seperti itu, tapi, seperti yang akan kita lihat sekarang, angka-angka ini dipilih karena suatu tujuan; pada akhirnya, kami hanya mendiskusikan peluang-peluang potensial, itu saja. Tepat pada saat Alice melompat ke roketnya, Bob dan Bill melambai ke arahnya. (Kami berhak menggunakan ungkapan “tepat pada saat…”, karena meskipun Alice belum memulai penerbangannya, dia berada dalam kerangka acuan yang sama dengan Bob dan Bill, sehingga mereka semua dapat menyinkronkan jam mereka. .) Melambai Alice, tentu saja, melihat Bill kepadanya: namun, saat berada di dalam roket, dia akan melihatnya lebih awal daripada ini akan terjadi jika dia tetap di tempatnya, karena roket yang dia bawa terbang tepat ke arahnya. Sebaliknya, dia menjauh dari Bob, jadi kita dapat berasumsi bahwa dia akan melihat Bob melambai padanya sedikit lebih lambat daripada yang akan dia lihat jika dia tetap di tempat yang sama. Namun kenyataannya lebih mengejutkan: dia tidak akan melihat Bob sama sekali! Dengan kata lain, foton yang terbang dari lambaian tangan Bob ke Alice tidak akan pernah bisa menyusulnya, meskipun dia tidak akan pernah bisa mencapai kecepatan cahaya. Jika Bob mulai melambai, berada sedikit lebih dekat dengan Alice, maka foton yang terbang menjauh darinya pada saat dia berangkat akan menyusulnya, dan jika dia sedikit lebih jauh, foton tersebut tidak akan menyusulnya. Dalam pengertian inilah kita mengatakan bahwa Alice hanya melihat separuh ruangwaktu. Pada saat Alice mulai bergerak, Bob berada sedikit lebih jauh dari cakrawala yang diamati Alice.
Dalam pembahasan kita tentang keterjeratan kuantum, kita sudah terbiasa dengan gagasan bahwa meskipun sistem mekanika kuantum secara keseluruhan mempunyai keadaan kuantum tertentu, beberapa bagiannya mungkin tidak memiliki keadaan kuantum tertentu. Faktanya, ketika kita membahas sistem kuantum yang kompleks, beberapa bagian darinya dapat dikarakterisasi dengan tepat berdasarkan termodinamika: ia dapat diberi suhu yang ditentukan dengan baik, meskipun keadaan kuantum keseluruhan sistem sangat tidak pasti. Kisah terakhir kita yang melibatkan Alice, Bob, dan Bill kurang lebih mirip dengan situasi ini, namun sistem kuantum yang kita bicarakan di sini adalah ruangwaktu kosong, dan Alice hanya melihat separuhnya. Mari kita buat reservasi bahwa ruang-waktu secara keseluruhan berada dalam keadaan dasarnya, yang berarti tidak ada partikel di dalamnya (tentu saja, tidak termasuk Alice, Bob, Bill, dan roketnya). Namun bagian ruang-waktu yang dilihat Alice tidak akan berada dalam keadaan dasar, melainkan dalam keadaan terjerat dengan bagian yang tidak dilihatnya. Ruang-waktu yang dirasakan oleh Alice berada dalam keadaan kuantum yang kompleks dan tidak dapat ditentukan yang ditandai dengan suhu yang terbatas. Perhitungan Unruh menunjukkan bahwa suhu ini kira-kira 60 nanokelvin. Singkatnya, saat Alice berakselerasi, dia tampak tenggelam dalam bak mandi air hangat yang bersuhu sama (dalam satuan yang sesuai) dengan percepatan dibagi dengan
Beras. 7.1. Alice bergerak dengan percepatan dari keadaan diam, sedangkan Bob dan Bill tetap tidak bergerak. Akselerasi Alice sedemikian rupa sehingga dia tidak akan pernah melihat foton yang dikirimkan Bob pada t = 0. Namun, dia menerima foton yang dikirimkan Bill padanya pada t = 0. Hasilnya Alice hanya mampu mengamati separuh ruangwaktu.
Hal yang aneh tentang perhitungan Unruh adalah bahwa meskipun perhitungan tersebut merujuk dari awal hingga akhir ke ruang kosong, perhitungan tersebut bertentangan dengan kata-kata terkenal King Lear, “dari ketiadaan maka tidak ada apa-apa.” Bagaimana ruang kosong bisa begitu rumit? Dari manakah partikel tersebut berasal? Faktanya adalah menurut teori kuantum, ruang kosong tidaklah kosong sama sekali. Di dalamnya, di sana-sini, eksitasi berumur pendek terus-menerus muncul dan menghilang, yang disebut partikel maya, yang energinya bisa positif dan negatif. Seorang pengamat dari masa depan yang jauh—sebut saja dia Carol—yang dapat melihat hampir seluruh ruang kosong dapat memastikan bahwa tidak ada partikel yang bertahan lama di dalamnya. Selain itu, keberadaan partikel dengan energi positif di bagian ruang-waktu yang dapat diamati Alice, karena keterikatan kuantum, dikaitkan dengan eksitasi dengan tanda energi yang sama dan berlawanan di bagian ruang-waktu yang tidak dapat diamati oleh Alice. Seluruh kebenaran tentang ruangwaktu kosong secara keseluruhan diungkapkan kepada Carol, dan kebenarannya adalah tidak ada partikel di sana. Namun, pengalaman Alice memberitahunya bahwa partikel tersebut ada di sana!
Namun kemudian ternyata suhu yang dihitung oleh Unruh tampaknya hanyalah sebuah fiksi - ini bukan merupakan properti ruang datar, melainkan properti pengamat yang mengalami percepatan konstan di ruang datar. Namun, gravitasi itu sendiri adalah gaya “fiktif” yang sama dalam arti bahwa “percepatan” yang ditimbulkannya tidak lebih dari pergerakan sepanjang geodesik dalam metrik melengkung. Seperti yang telah kami jelaskan di Bab 2, prinsip kesetaraan Einstein menyatakan bahwa percepatan dan gravitasi pada dasarnya setara. Dari sudut pandang ini, tidak ada yang terlalu mengejutkan mengenai cakrawala lubang hitam yang memiliki suhu sama dengan perhitungan Unruh mengenai suhu pengamat yang melaju kencang. Namun bolehkah kita bertanya, berapa nilai percepatan yang harus kita gunakan untuk menentukan suhu? Dengan menjauh cukup jauh dari lubang hitam, kita dapat membuat gaya tarik gravitasinya menjadi lemah sesuai keinginan kita. Apakah ini berarti bahwa untuk menentukan suhu efektif lubang hitam yang kita ukur, kita perlu menggunakan nilai percepatan yang kecil? Pertanyaan ini ternyata cukup berbahaya, karena seperti yang kita yakini, suhu suatu benda tidak bisa turun secara sembarangan. Diasumsikan bahwa ia mempunyai nilai tetap tertentu yang dapat diukur bahkan oleh pengamat yang sangat jauh.
Sumber: www.habr.com