Lubang putih

Bagian dari seri artikel mengenai
Relativitas umum
${\displaystyle G_{\mu \nu }+\Lambda g_{\mu \nu }={8\pi G \over c^{4}}T_{\mu \nu }}$
Pengantar Sejarah Rumus matematis Sumber Uji coba
Prinsip dasar Teori relativitas Kerangka acuan Kerangka acuan inersia Prinsip ekuivalensi Ekuivalensi massa–energi Relativitas khusus Garis dunia Geometri Riemann
Fenomena Masalah Kepler Gravitasi Medan gravitasi Lensa gravitasi Gelombang gravitasi Pergeseran merah gravitasi Pergeseran merah Pergeseran biru Dilatasi waktu Dilatasi waktu gravitasi Kompresi gravitasi Frame-dragging Efek geodesi Horizon peristiwa Singularitas gravitasi Lubang hitam Lubang putih Ruang waktu Ruang Waktu Diagram ruang waktu Ruang waktu Minkowski Lubang cacing
Persamaan Formalisme Persamaan Gravitasi linier Persamaan medan Einstein Friedmann Geodesi Mathisson–Papapetrou–Dixon Hamilton–Jacobi–Einstein Formalisme ADM BSSN Pasca-Newton Teori lanjutan Teori Kaluza–Klein Gravitasi kuantum
Solusi Schwarzschild Reissner–Nordström Gödel Kerr Kerr–Newman Kasner Lemaître–Tolman Taub-NUT Milne Robertson–Walker Gelombang pp Debu van Stockum Weyl−Lewis−Papapetrou
Ilmuwan Einstein Lorentz Hilbert Poincaré Schwarzschild de Sitter Reissner Nordström Weyl Eddington Friedman Milne Zwicky Lemaître Gödel Wheeler Robertson Bardeen Walker Kerr Chandrasekhar Ehlers Penrose Hawking Raychaudhuri Taylor Hulse van Stockum Taub Newman Yau Thorne lainnya
l b s

Dalam relativitas umum, lubang putih adalah wilayah ruang waktu hipotetis dan singularitas yang tidak dapat dimasuki dari luar, meskipun energi, materi, cahaya, dan informasi dapat melarikan diri darinya. Dalam hal ini, lubang putih merupakan kebalikan dari lubang hitam, di mana energi, materi, cahaya, dan informasi tidak dapat melarikan diri. Lubang putih muncul dalam teori lubang hitam abadi. Selain wilayah lubang hitam di masa depan, solusi persamaan medan Einstein semacam itu memiliki wilayah lubang putih di masa lalunya.^[1] Wilayah ini tidak ada untuk lubang hitam yang terbentuk melalui keruntuhan gravitasi, dan tidak ada proses fisik yang teramati melalui mana lubang putih dapat terbentuk.

Lubang hitam supermasif (SMBH) secara teoritis diprediksi berada di pusat setiap galaksi dan mungkin esensial bagi pembentukannya. Stephen Hawking^[2] dan lainnya mengusulkan bahwa lubang hitam supermasif ini dapat melahirkan lubang putih supermasif.^[3]

Seperti lubang hitam, lubang putih memiliki sifat-sifat seperti massa, muatan, dan momentum sudut. Mereka menarik materi seperti massa lainnya, tetapi objek yang jatuh menuju lubang putih tidak akan pernah benar-benar mencapai ufuk peristiwa lubang putih (meskipun dalam kasus solusi Schwarzschild-diperpanjang maksimal, sebagaimana dibahas di bawah ini, ufuk peristiwa lubang putih di masa lalu menjadi ufuk peristiwa lubang hitam di masa depan, sehingga objek apa pun yang jatuh ke arahnya pada akhirnya akan mencapai ufuk peristiwa lubang hitam). Bayangkan medan gravitasi tanpa permukaan. Percepatan akibat gravitasi terbesar terjadi di permukaan suatu benda. Namun, karena lubang hitam tidak memiliki permukaan, percepatan akibat gravitasi meningkat secara eksponensial, tetapi tidak pernah mencapai nilai akhir karena tidak ada permukaan yang dipertimbangkan dalam singularitas.

Dalam mekanika kuantum, lubang hitam memancarkan radiasi Hawking dan karenanya dapat mencapai keseimbangan termal dengan gas radiasi (tidak wajib). Karena keadaan keseimbangan termal bersifat invarian terhadap pembalikan waktu, Stephen Hawking berargumen bahwa pembalikan waktu dari lubang hitam dalam keseimbangan termal menghasilkan lubang putih dalam keseimbangan termal (masing-masing menyerap dan memancarkan energi dalam derajat yang setara).^{[4][perlu dijelaskan]} Akibatnya, hal ini mungkin menyiratkan bahwa lubang hitam dan lubang putih memiliki struktur yang saling berlawanan, di mana radiasi Hawking dari lubang hitam biasa diidentifikasi dengan emisi energi dan materi dari lubang putih. Argumen semi-klasik Hawking direproduksi dalam perlakuan AdS/CFT mekanika kuantum,^[5] di mana lubang hitam di ruang anti-de Sitter dijelaskan oleh gas termal dalam teori ukuran, yang pembalikan waktunya sama dengan dirinya sendiri.

Pada tahun 1930-an, fisikawan Robert Oppenheimer dan Hartland Snyder memperkenalkan gagasan tentang lubang putih sebagai solusi dari persamaan relativitas umum Einstein. Persamaan-persamaan ini, yang menjadi landasan fisika modern, menggambarkan kelengkungan ruang-waktu akibat adanya objek-objek bermassa besar. Sementara lubang hitam terbentuk dari runtuhnya bintang, lubang putih melambangkan kelahiran teoretis ruang, waktu, dan bahkan mungkin alam semesta. Di pusatnya, ruang dan waktu tidak berakhir pada singularitas, melainkan berlanjut melintasi wilayah transisi pendek di mana persamaan Einstein dilanggar oleh efek kuantum. Dari wilayah ini, ruang dan waktu muncul dengan struktur bagian dalam lubang putih, sebuah kemungkinan yang telah disarankan oleh John Lighton Synge.^[6]

Kemungkinan keberadaan lubang putih diajukan oleh kosmolog Igor Novikov pada tahun 1964,^[7] dan dikembangkan oleh Nikolai Kardashev.^[8] Lubang putih diprediksi sebagai bagian dari solusi persamaan medan Einstein yang dikenal sebagai versi diperpanjang maksimal dari metrik Schwarzschild^{[butuh klarifikasi]} yang menggambarkan lubang hitam abadi tanpa muatan dan tanpa rotasi. Di sini, “diperpenjang maksimal” berartikan bahwa ruang waktu tidak boleh memiliki “tepi”. Untuk setiap lintasan partikel yang jatuh bebas (mengikuti geodesik) di ruang waktu, lintasan tersebut harus dapat dilanjutkan secara arbitrer jauh ke masa depan partikel, kecuali lintasan tersebut menabrak singularitas gravitasional seperti yang ada di pusat bagian dalam lubang hitam. Untuk memenuhi persyaratan ini, ternyata selain wilayah interior lubang hitam yang dimasuki partikel saat jatuh melalui ufuk peristiwa dari luar, harus ada wilayah interior lubang putih terpisah, yang memungkinkan kita mengekstrapolasi lintasan partikel yang dilihat pengamat luar naik menjauhi ufuk peristiwa. Bagi pengamat di luar yang menggunakan koordinat Schwarzschild, partikel yang jatuh membutuhkan waktu tak terhingga untuk mencapai ufuk lubang hitam di masa depan yang tak terhingga jauh, sementara partikel yang keluar dan melewati pengamat telah bergerak ke luar selama waktu tak terhingga sejak melintasi ufuk lubang putih di masa lalu yang tak terhingga jauh (namun, partikel atau objek lain hanya mengalami waktu sendiri yang terbatas antara melintasi ufuk dan melewati pengamat di luar). Lubang hitam/lubang putih tampak “abadi” dari perspektif pengamat di luar, dalam arti bahwa partikel yang bergerak keluar dari wilayah dalam lubang putih dapat melewati pengamat kapan saja, dan partikel yang bergerak masuk, yang pada akhirnya akan mencapai wilayah dalam lubang hitam, juga dapat melewati pengamat kapan saja.

Sama seperti ada dua wilayah dalam yang terpisah dari ruangwaktu yang diperluas secara maksimal, ada juga dua wilayah luar yang terpisah, kadang-kadang disebut dua “alam semesta” yang berbeda, dengan alam semesta kedua memungkinkan kita untuk mengekstrapolasi beberapa lintasan partikel yang mungkin di kedua wilayah dalam tersebut. Ini berarti bahwa wilayah dalam lubang hitam dapat mengandung campuran partikel yang jatuh dari salah satu alam semesta (dan karenanya, seorang pengamat yang jatuh dari satu alam semesta mungkin dapat melihat cahaya yang jatuh dari alam semesta lainnya), dan demikian pula partikel dari wilayah dalam lubang putih dapat melarikan diri ke salah satu alam semesta. Keempat wilayah tersebut dapat dilihat dalam diagram ruang-waktu yang menggunakan koordinat Kruskal–Szekeres (lihat gambar).^[9]

Dalam ruang waktu ini, dimungkinkan untuk merumuskan sistem koordinat sedemikian rupa sehingga jika kita memilih suatu hipersurfase waktu konstan (kumpulan titik yang semuanya memiliki koordinat waktu yang sama, sehingga setiap titik pada permukaan tersebut memiliki jarak ruang waktu, yang disebut sebagai ‘permukaan ruang waktu’) dan ruang pada waktu tersebut, diagram penyisipan tersebut akan terlihat seperti tabung yang menghubungkan dua wilayah luar, yang dikenal sebagai “jembatan Einstein-Rosen” atau lubang cacing Schwarzschild.^[9] Tergantung pada di mana hipersurfase ruang-waktu dipilih, jembatan Einstein-Romenggambar “diagram penyisipan” yang menggambarkan kelengkungansen dapat menghubungkan dua ufuk peristiwa lubang hitam di masing-masing alam semesta (dengan titik-titik di dalam jembatan menjadi bagian dari wilayah lubang hitam ruang-waktu), atau dua ufuk peristiwa lubang putih di masing-masing alam semesta (dengan titik-titik di dalam jembatan menjadi bagian dari wilayah lubang putih). Namun, tidak mungkin menggunakan jembatan ini untuk menyeberang dari satu alam semesta ke alam semesta lainnya, karena tidak mungkin memasuki ufuk peristiwa lubang putih dari luar, dan siapa pun yang memasuki ufuk lubang hitam dari alam semesta mana pun pasti akan menabrak singularitas lubang hitam.

Perlu dicatat bahwa metrik Schwarzschild yang diperluas secara maksimal menggambarkan lubang hitam/lubang putih ideal yang ada selamanya dari sudut pandang pengamat eksternal; lubang hitam yang lebih realistis, yang terbentuk pada waktu tertentu dari bintang yang runtuh, akan memerlukan metrik yang berbeda. Ketika materi bintang yang jatuh ditambahkan ke diagram sejarah lubang hitam, hal itu menghilangkan bagian diagram yang sesuai dengan wilayah interior lubang putih.^[10] Namun, karena persamaan relativitas umum bersifat reversibel waktu – mereka menunjukkan simetri pembalikan waktu – relativitas umum juga harus memungkinkan pembalikan waktu dari jenis lubang hitam "realistis" ini yang terbentuk dari materi yang runtuh. Kasus terbalik waktunya akan menjadi lubang putih yang telah ada sejak awal alam semesta, dan yang memancarkan materi hingga akhirnya "meledak" dan menghilang.^[11] Meskipun objek-objek semacam ini diizinkan secara teoritis, mereka tidak dianggap serius oleh fisikawan seperti halnya lubang hitam, karena tidak ada proses yang secara alami akan mengarah pada pembentukannya; mereka hanya dapat ada jika dimasukkan ke dalam kondisi awal Ledakan Besar.^[11] Selain itu, diprediksi bahwa lubang putih semacam itu akan sangat "tidak stabil" dalam arti bahwa jika ada sejumlah kecil materi yang jatuh ke arah ufuk dari luar, hal ini akan mencegah ledakan lubang putih sebagaimana terlihat oleh pengamat yang jauh, dengan materi yang dipancarkan dari singularitas tidak pernah dapat melarikan diri dari jari-jari gravitasi lubang putih.^[12]

Tergantung pada jenis solusi lubang hitam yang dibahas, terdapat beberapa jenis lubang putih. Dalam kasus lubang hitam Schwarzschild yang disebutkan di atas, geodesik yang keluar dari lubang putih berasal dari "singularitas gravitasi" yang dimilikinya. Dalam kasus lubang hitam yang memiliki muatan listrik (lubang hitam Reissner-Nordström) atau momentum sudut (lubang hitam Kerr), maka lubang putih tersebut merupakan "pintu keluar" dari lubang hitam yang ada di alam semesta lain. Konfigurasi lubang hitam – lubang putih semacam itu disebut lubang cacing. Namun, dalam kedua kasus tersebut, tidak mungkin mencapai wilayah "di dalam" lubang putih, sehingga perilaku lubang putih – dan khususnya apa yang mungkin keluar darinya – sama sekali tidak dapat diprediksi. Dalam arti ini, lubang putih adalah konfigurasi di mana evolusi alam semesta tidak dapat diprediksi, karena tidak bersifat deterministik. "Singularitas telanjang" adalah contoh lain dari konfigurasi non-deterministik, tetapi tidak memiliki status sebagai lubang putih, karena tidak ada wilayah yang tidak dapat diakses dari suatu wilayah tertentu. Dalam konsepsi dasarnya, Ledakan Besar dapat dilihat sebagai singularitas telanjang di luar angkasa, tetapi tidak sesuai dengan lubang putih.^[13]

Dalam proses pembentukannya, lubang hitam berasal dari sisa bintang masif yang intinya berkontraksi hingga berubah menjadi lubang hitam. Konfigurasi semacam ini tidak statis: ia dimulai dari benda masif dan luas yang berkontraksi hingga membentuk lubang hitam. Oleh karena itu, lubang hitam tidak ada selamanya, dan tidak ada lubang putih yang sesuai.

Agar dapat ada, lubang putih harus berasal dari proses fisik yang mengarah pada pembentukannya, atau sudah ada sejak penciptaan alam semesta. Tidak ada solusi yang memuaskan: tidak ada proses astrofisika yang diketahui yang dapat mengarah pada pembentukan konfigurasi semacam itu, dan mengasumsikannya sejak penciptaan alam semesta berarti mengasumsikan seperangkat kondisi awal yang sangat spesifik yang tidak memiliki motivasi konkret.

Mengingat jumlah radiasi yang luar biasa besar yang dipancarkan oleh kuasar, yang kecerahannya memungkinkan pengamatan dari jarak beberapa miliar tahun cahaya, pernah diasumsikan bahwa mereka merupakan tempat terjadinya fenomena fisik eksotis seperti lubang putih, atau fenomena penciptaan materi yang terus-menerus (lihat artikel tentang teori keadaan tetap). Ide-ide ini kini ditinggalkan, karena sifat-sifat quasar yang diamati dapat dijelaskan dengan sangat baik oleh sifat-sifat piringan akresi yang di pusatnya terdapat lubang hitam supermasif.^[13]

Pandangan mengenai lubang hitam yang pertama kali dikemukakan pada akhir tahun 1980-an dapat diartikan sebagai pencerahan mengenai sifat lubang putih klasik. Beberapa peneliti berpendapat bahwa ketika sebuah lubang hitam terbentuk, Big Bang mungkin terjadi di inti/singularitasnya, yang akan menciptakan alam semesta baru yang mengembang ke luar alam semesta induknya.^[14][15][16]

Teori gravitasi Einstein–Cartan–Sciama–Kibble memperluas relativitas umum dengan menghilangkan batasan simetri koneksi affine dan menganggap bagian antisimetrisnya, tensor torsi, sebagai variabel dinamis. Torsi secara alami menjelaskan momentum sudut intrinsik (spin) materi dalam mekanika kuantum. Menurut relativitas umum, keruntuhan gravitasi massa yang cukup padat membentuk lubang hitam singular. Namun, dalam teori Einstein–Cartan, interaksi minimal antara torsi dan spinor Dirac menghasilkan interaksi tolak-menolak spin–spin yang signifikan pada materi fermionik pada kepadatan yang sangat tinggi. Interaksi semacam itu mencegah pembentukan singularitas gravitasi. Sebaliknya, materi yang runtuh di sisi lain ufuk peristiwa mencapai kepadatan yang sangat besar namun terbatas dan memantul, membentuk jembatan Einstein–Rosen yang teratur.^[17] Sisi lain jembatan tersebut menjadi alam semesta bayi baru yang sedang tumbuh. Bagi pengamat di alam semesta bayi, alam semesta induk tampak sebagai lubang putih tunggal. Dengan demikian, alam semesta teramati adalah bagian dalam Einstein–Rosen dari sebuah lubang hitam yang ada sebagai salah satu dari mungkin banyak lubang hitam di dalam alam semesta yang lebih besar. Ledakan Besar adalah Pantulan Besar non-tunggal di mana alam semesta yang dapat diamati memiliki faktor skala minimum yang terbatas.^[18]

Kosmologi gelombang kejut, yang diusulkan oleh Joel Smoller dan Blake Temple pada tahun 2003, menggambarkan "Ledakan Besar" sebagai ledakan di dalam lubang hitam, yang menghasilkan volume ruang dan materi yang berkembang dan mencakup alam semesta yang dapat diamati.^[19] Lubang hitam ini akhirnya menjadi lubang putih seiring berkurangnya kepadatan materi akibat ekspansi. Teori terkait menawarkan alternatif untuk energi gelap.^[20]

Sebuah makalah tahun 2012 berargumen bahwa Ledakan Besar sendiri itulah adalah lubang putih.^[21] Makalah tersebut juga menyarankan bahwa kemunculan lubang putih, yang dinamai "Ledakan Kecil" (Small Bang), bersifat spontan—seluruh materi dilepaskan dalam satu pulsa. Oleh karena itu, berbeda dengan lubang hitam, lubang putih tidak dapat diamati secara terus-menerus; melainkan, efeknya hanya dapat dideteksi di sekitar peristiwa itu sendiri. Makalah tersebut bahkan mengusulkan untuk mengidentifikasi kelompok baru semburan sinar gama dengan lubang putih.

Berbeda dengan lubang hitam yang memiliki proses fisik yang telah dipelajari dengan baik (yaitu keruntuhan gravitasi, yang menghasilkan lubang hitam ketika bintang yang massanya sedikit lebih besar dari Matahari kehabisan "bahan bakar" nuklirnya), tidak ada proses analog yang jelas yang secara andal menghasilkan lubang putih. Beberapa hipotesis telah diajukan:

• Lubang putih sebagai semacam "keluar" dari lubang hitam; kedua jenis singularitas tersebut kemungkinan terhubung melalui lubang cacing; ketika kuasar ditemukan, diasumsikan bahwa inilah lubang putih yang dicari, namun asumsi ini kini telah ditinggalkan.^[22]
• Ide lain yang umum adalah bahwa lubang putih sangat tidak stabil, hanya bertahan dalam waktu sangat singkat, dan bahkan setelah terbentuk dapat runtuh dan menjadi lubang hitam.
• Astronom Alon Retter dan Shlomo Heller mengusulkan bahwa ledakan sinar gamma anomali GRB 060614 yang terjadi pada tahun 2006 adalah sebuah "lubang putih".^[21][23]
• Pada tahun 2014, gagasan bahwa Ledakan Besar dihasilkan oleh ledakan lubang putih supermasif dieksplorasi dalam kerangka vakum lima dimensi oleh Madriz Aguilar, Moreno, dan Bellini.^[24]
• Akhirnya, telah diusulkan bahwa lubang putih dapat menjadi kebalikan sementara dari lubang hitam.^[25][26]

Saat ini, sangat sedikit ilmuwan yang percaya pada keberadaan lubang putih dan hal ini dianggap hanya sebagai latihan matematis tanpa padanan di dunia nyata.^[27]

• Sebuah lubang putih muncul dalam episode Red Dwarf yang berjudul "White Hole", di mana para tokoh utama harus mencari cara untuk mengatasi efek temporalnya.
• Sebuah lubang putih menjadi sumber konflik utama dalam anime Yu-Gi-Oh! GX, karena cahaya yang dipancarkannya memiliki kesadaran dan sifat jahat, yang dikenal sebagai Cahaya Kehancuran. Permainan kartu Yu-Gi-Oh! juga memiliki kartu bernama "White Hole".
• Lubang putih menjadi lokasi yang sangat penting dalam permainan video Outer Wilds. Dalam permainan ini, terjatuh ke dalam lubang hitam di pusat planet Brittle Hollow akan membawa pemain ke lubang putih ini.
• Lubang putih muncul dalam seri televisi animasi Voltron: Legendary Defender.
• Lubang putih muncul sebagai titik plot utama dalam episode penutup musim ke-10 serial televisi animasi Futurama, dengan episode tersebut berjudul "The White Hole".
• Sebuah lubang putih ditampilkan bertabrakan dengan lubang hitam dalam video promosi permainan Honkai: Star Rail.
• Sebuah lubang putih yang memiliki kesadaran bernama Fred merupakan salah satu karakter utama dalam novel So You Want to Be a Wizard.
• Sebuah lubang putih muncul dalam sebuah episode seri televisi Andromeda ketika 40 bom nova diluncurkan ke dalam sebuah lubang hitam.

• Panah waktu
• Lubang hitam
• Kosmologi konformal siklik
• Materi gelap
• Materi eksotis
• Massa Negatif
• Mekanika kuantum
• Ruang waktu
• Lubang putih dalam fiksi
• Lubang cacing

• Embedding of the inverted Schwarzschild Solution 2d plot White hole in Google
• Schwarzschild Wormholes Diarsipkan 2011-09-27 di Wayback Machine.
• Schwarzschild Wormhole animation Diarsipkan 1999-04-21 di Wayback Machine.
• Shockwave cosmology inside a Black Hole Diarsipkan 2008-07-25 di Wayback Machine.
• Michio Kaku: Mr Parallel Universe
• End of Black Hole Is Starting of Big Bang - Discussed in Newsgroup in 1999
• Forward to the Future 1:Trapped in Time! Diarsipkan 2016-03-04 di Wayback Machine.
• Forward to the Future 2:Back to the Past, with Interest... Diarsipkan 2016-03-04 di Wayback Machine.