Selama beberapa dekade, fisikawan telah bergulat dengan salah satu teka-teki paling mendalam dalam sains modern: “paradoks informasi lubang hitam”. Kini sebuah studi teoretis baru menunjukkan solusi yang mungkin, yang juga dapat menjelaskan misteri fisika besar lainnya, asal mula massa partikel fundamental.
Paradoks ini berawal dari karya Stephen Hawking pada tahun 1970-an. Dengan menggunakan perhitungan semi klasik, Hawking menunjukkan bahwa lubang hitam tidak sepenuhnya hitam. Sebaliknya, mereka memancarkan bentuk radiasi lemah yang secara perlahan menguras energinya, menyebabkannya mengecil dan akhirnya menghilang.
Hasil ini menimbulkan masalah serius. Menurut mekanika kuantum, informasi tidak dapat dimusnahkan. Namun jika lubang hitam menguap seluruhnya, semua informasi tentang materi yang jatuh ke dalamnya tampaknya juga ikut hilang. Kontradiksi yang nyata ini kemudian dikenal sebagai paradoks informasi lubang hitam.
Sebuah studi baru yang dipimpin oleh Richard Pinčák dan diterbitkan di Relativitas umum dan gravitasi menawarkan hasil yang berbeda. Para peneliti berpendapat jawabannya mungkin terletak pada geometri alam semesta berdimensi lebih tinggi.
Dimensi ekstra dan ruang-waktu yang memutar
Tim mempelajari versi gravitasi yang dikenal sebagai teori Einstein-Cartan, yang dirumuskan dalam 7 dimensi pada struktur matematika yang disebut manifold G2 dengan torsi.
Berbeda dengan relativitas umum Einstein yang menggambarkan ruangwaktu sebagai sesuatu yang dapat melengkung atau melengkung, teori Einstein-Cartan juga memungkinkan ruangwaktu berputar. Perputaran ini dikenal sebagai perputaran ruang-waktu.
Menurut model tersebut, puntiran menjadi sangat penting pada kepadatan ekstrim yang terkait dengan skala Planck. Dalam kondisi ini, ia menghasilkan gaya tolak yang melawan keruntuhan gravitasi.
Para peneliti telah menemukan bahwa efek menjijikkan ini dapat menghentikan tahap akhir penguapan Hawking. Daripada menghilang sepenuhnya, lubang hitam akan meninggalkan “sisa-sisa” yang stabil dengan perkiraan massa sekitar 9*10.-41 kg.
Sisa-sisa lubang hitam sebagai penyimpan informasi
Jika lubang hitam tidak pernah hilang sepenuhnya, pertanyaan berikutnya yang jelas adalah: apa yang terjadi dengan informasi yang dikandungnya?
Para peneliti mengusulkan agar sisa-sisa tersebut berfungsi sebagai gudang informasi jangka panjang. Dalam kerangka kerja mereka, informasi disimpan dalam spektrum “mode kuasi-normal” yang terkait dengan struktur sisanya.
Secara khusus, informasi kuantum dikodekan dalam “getaran” jangka panjang dari medan torsi yang ada dalam geometri sisanya.
Perhitungan mereka menunjukkan bahwa sisa yang ditinggalkan oleh lubang hitam bermassa Matahari dapat menyimpan sekitar 1,515*1077 qubit informasi. Menurut para peneliti, kapasitas ini cukup untuk menyimpan informasi yang diperlukan untuk menyelesaikan paradoks tersebut.
Kemungkinan koneksi dengan bidang Higgs
Studi ini juga melampaui lubang hitam dan meluas ke fisika partikel.
Para peneliti berpendapat bahwa mereduksi geometri dari 7 dimensi menjadi 4 dimensi, ruangwaktu yang kita alami, secara alami menghasilkan skala elektrolemah ~246$ GeV). Skala energi ini terkait erat dengan medan Higgs, yang bertanggung jawab atas massa partikel elementer.
Dalam model tersebut, nilai ekspektasi vakum (VEV) medan torsi diidentifikasi secara dinamis dengan skala elektrolemah (sekitar 246 GeV).
Hasilnya, mekanisme geometris yang sama yang mencegah lubang hitam menguap sepenuhnya dan menjaga informasi kuantum juga dapat memberikan penjelasan geometris untuk masalah hierarki massa, salah satu tantangan lama dalam fisika partikel.
Bagaimana teori tersebut dapat diuji?
Jika dimensi tambahan memainkan peran mendasar, mengapa para ilmuwan belum mengamatinya secara langsung?
Menurut penelitian, partikel yang terkait dengan dimensi ini (eksitasi Kaluza-Klein) akan memiliki massa sekitar 8,6*1015 GeV. Skala energi ini sekitar tujuh kali lipat melebihi apa yang dapat dicapai oleh Large Hadron Collider (LHC).
Namun, penulis menunjukkan bahwa berada di luar jangkauan akselerator partikel saat ini tidak membuat teori tersebut mustahil untuk diuji.
Karena kerangka tersebut bergantung pada hubungan geometris tertentu, kerangka ini menghasilkan prediksi konkrit yang berpotensi dipelajari melalui pengamatan astronomi.
Salah satu kemungkinannya adalah sisa-sisa stabil dari lubang hitam itu sendiri. Prediksinya tetap (9*10-41 kg) dapat berkontribusi pada materi gelap. Mendeteksi efek gravitasi dari “peninggalan Planck” yang diusulkan ini akan memberikan dukungan langsung terhadap teori tersebut.
Model ini juga membuat prediksi khusus tentang bagaimana informasi dikodekan dalam “getaran” sisa (mode kuasi-normal), memberikan tanda matematis yang membedakannya dari ide-ide pesaing.
Selain itu, skala energi yang sangat tinggi merupakan ciri alam semesta awal. Ini berarti bahwa jejak geometri 7 dimensi yang diusulkan dapat dipertahankan dalam latar belakang gelombang mikro kosmik atau gelombang gravitasi purba.
Dengan menghubungkan lubang hitam, informasi kuantum, dimensi ekstra, dan medan Higgs dalam satu kerangka, penelitian ini menawarkan upaya ambisius untuk memecahkan beberapa masalah fisika yang luar biasa. Jika gagasan tersebut terbukti benar, paradoks informasi lubang hitam mungkin tidak memerlukan revisi mekanika kuantum. Sebaliknya, hal ini bisa menunjuk pada pemahaman yang lebih dalam tentang realitas yang berakar pada struktur ruang-waktu tujuh dimensi.
