Kini dua orang matematikawan telah membuktikan bahwa Hawking dan rekan-rekannya salah. Karya baru—yang dimuat dalam sepasang makalah terbaru oleh Christopher Kehle dari Institut Teknologi Massachusetts dan Ryan Unger Universitas Stanford dan Universitas California, Berkeley—menunjukkan bahwa tidak ada hukum fisika yang kita ketahui yang dapat mencegah terbentuknya lubang hitam ekstrem.
Bukti matematika mereka “indah, inovatif secara teknis, dan mengejutkan secara fisik,” kata Mihalis Dafermosseorang matematikawan di Universitas Princeton (dan penasihat doktoral Kehle dan Unger). Hal ini mengisyaratkan alam semesta yang berpotensi lebih kaya dan lebih beragam di mana “lubang hitam ekstrem dapat berada di luar sana secara astrofisika,” tambahnya.
Bukan berarti mereka memang demikian. “Hanya karena ada solusi matematika yang memiliki sifat-sifat yang bagus, tidak berarti alam akan memanfaatkannya,” kata Khanna. “Namun, jika kita menemukan satu solusi, itu akan sangat membantu.” [make] kita pikirkan apa yang kita lewatkan.” Penemuan semacam itu, katanya, berpotensi memunculkan “beberapa jenis pertanyaan yang cukup radikal.”
Hukum Ketidakmungkinan
Sebelum pembuktian Kehle dan Unger, ada alasan kuat untuk percaya bahwa lubang hitam ekstrem tidak mungkin ada.
Pada tahun 1973, Bardeen, Carter, dan Hawking memperkenalkan empat hukum tentang perilaku lubang hitam. Hukum-hukum tersebut menyerupai empat hukum termodinamika yang telah lama berlaku—seperangkat prinsip sakral yang menyatakan, misalnya, bahwa alam semesta menjadi lebih tidak teratur seiring berjalannya waktu, dan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dihancurkan.
Christoph Kehle, seorang matematikawan di Institut Teknologi Massachusetts, baru-baru ini membantah dugaan tahun 1973 tentang lubang hitam ekstrem.
Dalam makalah mereka, para fisikawan membuktikan tiga hukum pertama termodinamika lubang hitam: hukum ke-nol, pertama, dan kedua. Sebagai tambahan, mereka berasumsi bahwa hukum ketiga (seperti padanan termodinamika standarnya) juga akan benar, meskipun mereka belum dapat membuktikannya.
Hukum tersebut menyatakan bahwa gravitasi permukaan lubang hitam tidak dapat berkurang hingga nol dalam jangka waktu yang terbatas—dengan kata lain, tidak ada cara untuk menciptakan lubang hitam yang ekstrem. Untuk mendukung klaim mereka, ketiganya berpendapat bahwa proses apa pun yang memungkinkan muatan atau putaran lubang hitam mencapai batas ekstrem juga berpotensi mengakibatkan hilangnya cakrawala peristiwanya sama sekali. Dipercaya secara luas bahwa lubang hitam tanpa cakrawala peristiwa, yang disebut singularitas telanjang, tidak dapat eksis. Selain itu, karena suhu lubang hitam diketahui sebanding dengan gravitasi permukaannya, lubang hitam tanpa gravitasi permukaan juga tidak akan memiliki suhu. Lubang hitam seperti itu tidak akan memancarkan radiasi termal—sesuatu yang kemudian diusulkan Hawking harus dilakukan oleh lubang hitam.
Pada tahun 1986, seorang fisikawan bernama Werner Israel tampaknya telah menyelesaikan masalah ini ketika dia menerbitkan sebuah bukti hukum ketiga. Katakanlah Anda ingin membuat lubang hitam ekstrem dari lubang hitam biasa. Anda dapat mencoba melakukannya dengan membuatnya berputar lebih cepat atau dengan menambahkan lebih banyak partikel bermuatan. Bukti Israel tampaknya menunjukkan bahwa hal itu tidak dapat memaksa gravitasi permukaan lubang hitam turun ke nol dalam jangka waktu yang terbatas.
Seperti yang akhirnya ditemukan Kehle dan Unger, argumen Israel menyembunyikan suatu kelemahan.
Kematian Hukum Ketiga
Kehle dan Unger tidak bermaksud menemukan lubang hitam ekstrem. Mereka menemukannya secara tidak sengaja.
Mereka mempelajari pembentukan lubang hitam bermuatan listrik. “Kami menyadari bahwa kami dapat melakukannya”—membuat lubang hitam—”untuk semua rasio muatan terhadap massa,” kata Kehle. Itu termasuk kasus di mana muatannya setinggi mungkin, ciri khas lubang hitam ekstrem.
Setelah membuktikan bahwa lubang hitam ekstrem bermuatan tinggi secara matematis memungkinkan, Ryan Unger dari Universitas Stanford kini mencoba menunjukkan bahwa lubang hitam yang berputar cepat juga memungkinkan. Namun, ini adalah masalah yang jauh lebih sulit.
Dafermos menyadari bahwa mantan murid-muridnya telah menemukan contoh yang bertentangan dengan hukum ketiga Bardeen, Carter, dan Hawking: Mereka telah menunjukkan bahwa mereka benar-benar dapat mengubah lubang hitam biasa menjadi lubang hitam ekstrem dalam rentang waktu yang terbatas.
Kehle dan Unger memulai dengan lubang hitam yang tidak berputar dan tidak bermuatan, dan memodelkan apa yang mungkin terjadi jika lubang hitam tersebut ditempatkan dalam lingkungan yang disederhanakan yang disebut medan skalar, yang mengasumsikan latar belakang partikel bermuatan seragam. Mereka kemudian menghantam lubang hitam dengan pulsa dari medan tersebut untuk menambah muatan padanya.
