Setelah puluhan tahun melakukan eksplorasi di wilayah terkecil alam, fisikawan akhirnya menemukan bukti bahwa anyon ada. Pertama kali diprediksi oleh para ahli teori pada awal 1980-an, objek seperti partikel ini hanya muncul di alam yang terbatas pada dua dimensi, dan kemudian hanya dalam keadaan tertentu — seperti pada suhu mendekati nol mutlak dan di hadapan medan magnet yang kuat.
Fisikawan tertarik pada anyon bukan hanya karena penemuan mereka menegaskan karya teoretis selama puluhan tahun, tetapi juga karena alasan praktis. Misalnya: Anyons berada di jantung upaya Microsoft untuk membangun komputer kuantum yang berfungsi.
Tahun ini membawa dua konfirmasi terkait kuasipartikel. Yang pertama pada bulan April, dalam sebuah makalah yang ditampilkan di sampul Science, dari sekelompok peneliti di cole Normale Supérieure di Paris. Menggunakan pendekatan yang diusulkan empat tahun lalu, fisikawan mengirim gas elektron melalui penumbuk partikel yang sangat kecil untuk memunculkan perilaku aneh — terutama muatan listrik yang sangat kecil — yang hanya muncul jika ada anyon. Konfirmasi kedua datang pada bulan Juli, ketika sebuah kelompok di Universitas Purdue di Indiana menggunakan pengaturan eksperimental pada chip terukir yang menyaring interaksi yang mungkin mengaburkan perilaku anyon.
Fisikawan MIT Frank Wilczek, yang meramalkan dan menamai anyon pada awal 1980-an, menganggap makalah pertama sebagai penemuan tetapi mengatakan yang kedua memungkinkan kuasipartikel terkenal. "Karya indah yang membuat ladang ilmu berkembang," katanya. Anyon tidak seperti partikel elementer biasa; ilmuwan tidak akan pernah bisa mengisolasi satu dari sistem di mana ia terbentuk. Mereka kuasipartikel, yang berarti mereka memiliki sifat terukur seperti partikel — seperti lokasi, bahkan mungkin massa — tetapi mereka hanya dapat diamati sebagai hasil dari perilaku kolektif partikel konvensional lainnya. (Pikirkan bentuk geometris rumit yang dibuat oleh perilaku kelompok di alam, seperti kawanan burung yang terbang dalam formasi atau kumpulan ikan yang berenang sebagai satu kesatuan.)
Alam semesta yang diketahui hanya berisi dua jenis partikel elementer. Salah satunya adalah keluarga fermion, yang mencakup elektron, serta proton, neutron, dan quark yang membentuknya. Fermion menjaga diri mereka sendiri: Tidak ada dua fermion yang bisa eksis dalam keadaan kuantum yang sama pada waktu yang sama. Jika partikel-partikel ini tidak memiliki sifat ini, semua materi bisa runtuh begitu saja ke satu titik. Karena fermion, materi padat ada.
Partikel lainnya di alam semesta adalah boson, kelompok yang mencakup partikel seperti foton (pembawa pesan cahaya dan radiasi) dan gluon (yang "merekatkan" quark bersama-sama). Tidak seperti fermion, dua atau lebih boson dapat berada dalam keadaan yang sama pada waktu yang sama.
Mereka cenderung berkelompok. Karena penggumpalan inilah kita memiliki laser, yang merupakan aliran foton yang semuanya menempati keadaan kuantum yang sama.
Anyon tidak cocok dengan salah satu kelompok. Apa yang membuat anyon sangat menarik bagi fisikawan adalah mereka menunjukkan sesuatu yang analog dengan memori partikel. Jika fermion mengorbit fermion lain, keadaan kuantumnya tetap tidak berubah. Hal yang sama berlaku untuk boson.
Anyon berbeda. Jika satu bergerak di sekitar yang lain, keadaan kuantum kolektif mereka bergeser. Mungkin membutuhkan tiga atau bahkan lima putaran atau lebih sebelum anyon kembali ke keadaan semula. Pergeseran kecil dalam gelombang ini bertindak seperti semacam memori perjalanan. Properti ini menjadikannya objek yang menarik untuk komputer kuantum, yang bergantung pada status kuantum yang terkenal rapuh dan rentan terhadap kesalahan. Anyons menyarankan cara yang lebih kuat untuk menyimpan data.
Wilczek menunjukkan bahwa anyon mewakili seluruh "kerajaan" yang berisi banyak varietas dengan perilaku eksotis yang dapat dieksplorasi dan dimanfaatkan di masa depan. Dia mulai berpikir tentang mereka sekitar 40 tahun yang lalu di sekolah pascasarjana, ketika dia menjadi frustrasi dengan bukti yang hanya menetapkan keberadaan dua jenis partikel.
Dia membayangkan sesuatu yang lain, dan ketika ditanya tentang properti mereka yang lain atau di mana menemukan perantara yang aneh ini, setengah bercanda berkata, "apa saja boleh" — memunculkan akhirnya memunculkan nama itu.
Sekarang, katanya, studi baru ini hanyalah permulaan. Ke depan, dia melihat anyon sebagai alat untuk menemukan keadaan materi yang eksotis yang, untuk saat ini, tetap menjadi ide liar dalam fisika teori.

Ketika Betelgeuse, bintang oranye terang di konstelasi Orion, menjadi tampak lebih gelap pada akhir 2019 dan awal 2020, komunitas astronomi dibuat bingung. Sebuah tim astronom kini telah menerbitkan gambar baru dari permukaan bintang, yang diambil menggunakan Very Large Telescope (VLT ESO) dari European Southern Observatory, yang dengan jelas menunjukkan bagaimana kecerahannya berubah. Penelitian baru mengungkapkan bahwa bintang itu sebagian tertutup oleh awan debu, sebuah penemuan yang memecahkan misteri Peredupan Besar Betelgeuse.



Penurunan kecerahan Betelgeuse—perubahan yang terlihat bahkan dengan mata telanjang—membuat Miguel Montargès dan timnya mengarahkan VLT ESO ke arah bintang pada akhir 2019. Gambar dari Desember 2019, jika dibandingkan dengan gambar sebelumnya yang diambil pada Januari di tahun yang sama , menunjukkan bahwa permukaan bintang secara signifikan lebih gelap, terutama di wilayah selatan. Tetapi para astronom tidak yakin mengapa.

Tim terus mengamati bintang selama Peredupannya, menangkap dua gambar lain yang belum pernah dilihat sebelumnya pada Januari 2020 dan Maret 2020. Pada April 2020, bintang telah kembali ke kecerahan normalnya.

"Untuk sekali, kami melihat penampilan bintang berubah secara real time dalam skala minggu," kata Montargès, dari Observatoire de Paris, Prancis, dan KU Leuven, Belgia. Gambar-gambar yang diterbitkan adalah satu-satunya yang kami miliki yang menunjukkan bahwa permukaan Betelgeuse berubah dalam kecerahan dari waktu ke waktu.

Dalam studi baru mereka, yang diterbitkan di Nature, tim mengungkapkan bahwa peredupan misterius itu disebabkan oleh selubung berdebu yang menaungi bintang, yang merupakan hasil dari penurunan suhu di permukaan bintang Betelgeuse.

Permukaan Betelgeuse secara teratur berubah saat gelembung gas raksasa bergerak, menyusut, dan membengkak di dalam bintang. Tim menyimpulkan bahwa beberapa waktu sebelum Peredupan, bintang tersebut mengeluarkan gelembung gas besar yang menjauh darinya. Ketika sepetak permukaan mendingin tak lama setelah itu, penurunan suhu itu cukup bagi gas untuk mengembun menjadi debu padat.

"Kami telah menyaksikan secara langsung pembentukan apa yang disebut debu bintang," kata Montargès, yang penelitiannya memberikan bukti bahwa pembentukan debu dapat terjadi sangat cepat dan dekat dengan permukaan bintang. "Debu yang dikeluarkan dari bintang-bintang yang berevolusi dingin, seperti ejeksi yang baru saja kita saksikan, dapat terus menjadi bahan penyusun planet dan kehidupan terestrial," tambah Emily Cannon, dari KU Leuven, yang juga terlibat dalam penelitian tersebut.

Bukan hanya akibat ledakan debu, ada beberapa spekulasi bahwa penurunan kecerahan Betelgeuse bisa menandakan kematiannya yang akan segera terjadi dalam ledakan supernova yang spektakuler. Supernova belum pernah diamati di galaksi kita sejak abad ke-17, jadi para astronom saat ini tidak sepenuhnya yakin apa yang diharapkan dari sebuah bintang menjelang peristiwa semacam itu. Namun, penelitian baru-baru ini menegaskan bahwa Peredupan Betelgeuse bukanlah tanda awal bahwa bintang sedang menuju nasib dramatisnya.

Menyaksikan peredupan bintang yang dapat dikenali seperti itu sangat menarik bagi para astronom profesional dan amatir, seperti yang disimpulkan oleh Cannon: "Melihat bintang-bintang di malam hari, titik-titik cahaya kecil yang berkelap-kelip ini tampak abadi. Peredupan Betelgeuse mematahkan ilusi ini. "

Tim menggunakan instrumen Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE) pada VLT ESO untuk secara langsung mencitrakan permukaan Betelgeuse, bersama data dari instrumen GRAVITY pada Very Large Telescope Interferometer (VLTI) ESO, untuk memantau bintang selama peredupan. . Teleskop, yang terletak di Observatorium Paranal ESO di Gurun Atacama Chili, adalah "alat diagnostik penting dalam mengungkap penyebab peristiwa peredupan ini," kata Cannon. "Kami dapat mengamati bintang tidak hanya sebagai titik, tetapi juga dapat melihat detail permukaannya dan memantaunya sepanjang peristiwa itu," tambah Montargès.

Montargès dan Cannon menantikan apa yang akan terjadi di masa depan astronomi, khususnya apa yang akan dibawa oleh Extremely Large Telescope (ELT) ESO ke dalam studi mereka tentang Betelgeuse, bintang super raksasa merah. "Dengan kemampuan untuk mencapai resolusi spasial yang tak tertandingi, ELT akan memungkinkan kita untuk langsung melihat gambar Betelgeuse dalam detail yang luar biasa," kata Cannon. "Ini juga akan secara signifikan memperluas sampel permukaan bintng super raksasa merah melalui pencitraan langsung, yang selanjutnya membantu kita mengungkap misteri di balik angin dari bintang-bintang masif ini."

Para astronom telah menemukan sinyal tidak biasa yang datang dari arah pusat Bima Sakti. Gelombang radio tidak cocok dengan pola sumber radio variabel yang saat ini dipahami dan dapat menyarankan kelas baru objek bintang.
"Sifat paling aneh dari sinyal baru ini adalah memiliki polarisasi yang sangat tinggi. Ini berarti cahayanya berosilasi hanya dalam satu arah, tetapi arah itu berputar seiring waktu," kata Ziteng Wang, penulis utama studi ini dan Mahasiswa Ph.D. di School of Physics di University of Sydney.
"Kecerahan objek juga bervariasi secara dramatis, dengan faktor 100, dan sinyal menyala dan mati tampaknya secara acak. Kami belum pernah melihat yang seperti itu."
Banyak jenis bintang memancarkan cahaya variabel melintasi spektrum elektromagnetik. Dengan kemajuan luar biasa dalam bidang astronomi radio, studi tentang objek variabel atau transien dalam gelombang radio adalah bidang studi yang sangat besar yang membantu kita mengungkap rahasia Semesta. Pulsar, supernova, bintang yang menyala, dan semburan radio cepat adalah semua jenis objek astronomi yang kecerahannya bervariasi.
"Awalnya kami mengira itu bisa jadi pulsar—jenis bintang mati berputar yang sangat padat—atau jenis bintang yang memancarkan semburan besar. Tapi sinyal dari sumber baru ini tidak sesuai dengan apa yang kami harapkan dari jenis bintang ini." kata Wang.
Wang dan tim internasional, termasuk ilmuwan dari badan sains nasional Australia CSIRO, Jerman, Amerika Serikat, Kanada, Afrika Selatan, Spanyol, dan Prancis menemukan objek tersebut menggunakan teleskop radio ASKAP CSIRO di Australia Barat. Pengamatan lanjutan dilakukan dengan teleskop MeerKAT milik South African Radio Astronomy Observatory.
Ph.D. pembimbingnya adalah Profesor Tara Murphy juga dari Sydney Institute for Astronomy dan School of Physics.
Profesor Murphy mengatakan: "Kami telah mengamati langit dengan ASKAP untuk menemukan objek baru yang tidak biasa dengan proyek yang dikenal sebagai variabel dan transien lambat (VAST), sepanjang tahun 2020 dan 2021.
"Melihat ke arah pusat galaksi, kami menemukan ASKAP J173608.2-321635, dinamai menurut koordinatnya. Objek ini unik karena mulai tidak terlihat, menjadi terang, memudar dan kemudian muncul kembali. Perilaku ini luar biasa."
Setelah mendeteksi enam sinyal radio dari sumber selama sembilan bulan pada tahun 2020, para astronom mencoba menemukan objek dalam cahaya visual. Mereka tidak menemukan apa-apa.
Mereka beralih ke teleskop radio Parkes dan sekali lagi gagal mendeteksi sumbernya.
Profesor Murphy berkata: "Kami kemudian mencoba teleskop radio MeerKAT yang lebih sensitif di Afrika Selatan. Karena sinyalnya terputus-putus, kami mengamatinya selama 15 menit setiap beberapa minggu, berharap kami akan melihatnya lagi.
"Untungnya, sinyalnya kembali, tetapi kami menemukan bahwa perilaku sumbernya sangat berbeda—sumbernya menghilang dalam satu hari, meskipun telah berlangsung selama berminggu-minggu dalam pengamatan ASKAP kami sebelumnya."
Namun, penemuan lebih lanjut ini tidak mengungkapkan lebih banyak tentang rahasia sumber radio transien ini.
Co-supervisor Wang, Profesor David Kaplan dari University of Wisconsin-Milwaukee, mengatakan: "Informasi yang kami miliki memiliki beberapa kesamaan dengan kelas lain yang muncul dari objek misterius yang dikenal sebagai radio pusat galaksi radio transien, termasuk yang dijuluki 'cosmic burper'. "
"Sementara objek baru kami, ASKAP J173608.2-321635, berbagi beberapa properti dengan GCRT, ada juga perbedaan. Dan kami tidak begitu memahami sumber-sumber itu, jadi ini menambah misteri."
Para ilmuwan berencana untuk terus mengawasi objek tersebut untuk mencari lebih banyak petunjuk tentang apa yang mungkin terjadi.
"Dalam dekade berikutnya, teleskop radio lintas benua Square Kilometer Array (SKA) akan online. Ini akan mampu membuat peta sensitif langit setiap hari," kata Profesor Murphy. "Kami berharap kekuatan teleskop ini akan membantu kami memecahkan misteri seperti penemuan terbaru ini, tetapi juga akan membuka wilayah baru yang luas dari kosmos untuk dieksplorasi dalam spektrum radio."

Galaksi suka berkelompok. Melihat jauh ke masa lalu, para astronom telah menemukan satu gugus seperti itu yang baru mulai terbentuk.
Galaksi dan materi gelap membentang di seluruh alam semesta kita bagai jaringan kosmik yang luas. Mereka mengelompok bersama di beberapa area dan meninggalkan kekosongandi area lain.

Tetapi seberapa awal dalam sejarah alam semesta, gugusan-gugusan itu mulai terbentuk masih belum diketahui. Sekarang, para peneliti telah menemukan contoh paling jauh dan paling awal dari protocluster galaksi, sekelompok galaksi yang mulai mengumpul, sekitar 13 miliar tahun cahaya, mereka melaporkan dalam makalah baru yang muncul di The Astrophysical Journal. Temuan langka ini dapat menambah pemahaman para astronom tentang bagaimana dan kapan gugus galaksi saat ini terbentuk dan bagaimana lingkungan galaksi memengaruhi evolusi mereka.

"Dengan menyelidiki protocluster yang merupakan nenek moyang dari cluster, kita dapat mempelajari kapan dan bagaimana cluster galaksi terbentuk dan berevolusi," kata penulis utama studi tersebut, Yuichi Harikane dari National Astronomical Observatory of Japan.

Dalam upaya untuk memahami struktur besar yang membentuk alam semesta kita, tim Harikane mengintip jauh ke luar angkasa. Karena cahaya membutuhkan waktu untuk menempuh perjalanan dari galaksi-galaksi yang jauh, mempelajari galaksi-galaksi yang lebih jauh berarti melihat galaksi-galaksi itu seperti dulu.

Gambar Bayi


Tim Harikane menggabungkan pengamatan dengan beberapa teleskop untuk membuat peta galaksi 3D di dua bagian ruang yang jauh. Kedua bongkahan yang dipetakan begitu jauh dari kita sehingga cahayanya membutuhkan waktu miliaran tahun untuk mencapai Bumi. Hasilnya adalah sekilas seperti apa galaksi-galaksi di masa lalu.

Jarak dari keduanya kira-kira 13 miliar tahun cahaya, memberi kita gambaran saat alam semesta baru berusia sekitar 800 juta tahun.

Masing-masing peta 3D menunjukkan struktur skala besar seperti yang diharapkan. Galaksi tidak tersebar merata di seluruh ruang, dan beberapa tempat memiliki lebih banyak galaksi daripada yang lain. Secara khusus, masing-masing kluster itu memiliki pengelompokan galaksi yang lebih padat daripada sisa ruang yang dipetakan.

Petunjuk kuat bahwa pengelompokan ini adalah awal dari gugusan galaksi yang kita lihat sekarang berasal dari simulasi komputer materi gelap, zat tak terlihat yang membentuk sebagian besar massa alam semesta. Bintang-bintang bersinar dan gas yang membentuk galaksi, dan gugusan galaksi, dikelilingi oleh awan materi gelap yang masif, yang disebut lingkaran cahaya materi gelap.

Tim membandingkan rumpun galaksi yang lebih padat yang mereka amati dengan simulasi komputer dari materi gelap yang terkumpul dari waktu ke waktu di alam semesta. Wilayah galaksi padat menunjukkan kesamaan dengan gumpalan dalam simulasi yang akhirnya tumbuh menjadi lingkaran cahaya materi gelap dari gugus galaksi yang biasa kita temukan di alam semesta saat ini.

Para peneliti menyimpulkan bahwa rumpun galaksi yang lebih padat yang mereka lihat mungkin merupakan pendahulu dari kluster galaksi ini, atau protocluster galaksi.

Studi tentang cluster galaksi dan protocluster pada berbagai usia dapat membantu para astronom mengetahui bagaimana lingkungan masa kanak-kanak galaksi mempengaruhi evolusi dan sifat mereka. Bukti menunjukkan bahwa di alam semesta modern, galaksi dalam kelompok padat cenderung membentuk bintang kurang aktif daripada di lingkungan yang kurang padat. Namun pada tahap awal kehidupan gugus galaksi, hal ini belum tentu terjadi.

Penelitian yang baru-baru ini diterbitkan mendorong batas-batas konsep kunci dalam mekanika kuantum. Studi dari dua tim yang berbeda menggunakan drum kecil untuk menunjukkan bahwa belitan kuantum, efek yang umumnya terkait dengan partikel subatomik, juga dapat diterapkan pada sistem makroskopik yang jauh lebih besar. Salah satu tim juga mengklaim telah menemukan cara untuk menghindari prinsip ketidakpastian Heisenberg.

Satu pertanyaan yang ingin dijawab oleh para ilmuwan berkaitan dengan apakah sistem yang lebih besar dapat menunjukkan keterjeratan kuantum dengan cara yang sama seperti yang mikroskopis. Mekanika kuantum mengusulkan bahwa dua benda dapat menjadi "terjerat", di mana sifat-sifat satu benda, seperti posisi atau kecepatan, dapat dihubungkan dengan sifat-sifat lainnya.

Eksperimen yang dilakukan di Institut Standar dan Teknologi Nasional AS di Boulder, Colorado, yang dipimpin oleh fisikawan Shlomi Kotler dan rekan-rekannya, menunjukkan bahwa sepasang membran aluminium bergetar, masing-masing panjangnya sekitar 10 mikrometer, dapat dibuat bergetar secara sinkron, dalam sedemikian rupa sehingga mereka dapat digambarkan sebagai terjerat kuantum. Tim Kotler memperkuat sinyal dari perangkat mereka untuk "melihat" keterjeratan dengan lebih jelas. Mengukur posisi dan kecepatan mereka menghasilkan angka yang sama, menunjukkan bahwa mereka memang terjerat.

https://youtu.be/a8FTr2qMutA

Menghindari prinsip ketidakpastian Heisenberg?

Eksperimen lain dengan drum kuantum - masing-masing seperlima lebar rambut manusia - oleh tim yang dipimpin oleh Prof. Mika Sillanp di Universitas Aalto di Finlandia, berusaha menemukan apa yang terjadi di area antara perilaku kuantum dan non-kuantum. Seperti peneliti lain, mereka juga mencapai keterjeratan kuantum untuk objek yang lebih besar, tetapi mereka juga membuat penyelidikan yang menarik untuk mengatasi prinsip ketidakpastian Heisenberg.

Model teoretis tim dikembangkan oleh Dr. Matt Woolley dari University of New South Wales. Foton dalam frekuensi gelombang mikro digunakan untuk membuat pola getaran yang disinkronkan serta untuk mengukur posisi drum. Para ilmuwan berhasil membuat drum bergetar dalam fase yang berlawanan satu sama lain, mencapai "gerakan kuantum kolektif."

Penulis utama studi tersebut, Dr. Laure Mercier de Lepinay, mengatakan: "Dalam situasi ini, ketidakpastian kuantum dari gerakan drum dibatalkan jika kedua drum diperlakukan sebagai satu entitas mekanika kuantum."

Efek ini memungkinkan tim untuk mengukur posisi dan momentum drumhead virtual secara bersamaan. "Salah satu drum merespon semua kekuatan drum lainnya dengan cara yang berlawanan, semacam dengan massa negatif," jelas Sillanp.

Secara teoritis, ini seharusnya tidak mungkin di bawah prinsip ketidakpastian Heisenberg, salah satu prinsip mekanika kuantum yang paling terkenal. Diusulkan pada tahun 1920-an oleh Werner Heisenberg, prinsip umumnya mengatakan bahwa ketika berhadapan dengan dunia kuantum, di mana partikel juga bertindak seperti gelombang, ada ketidakpastian yang melekat dalam mengukur posisi dan momentum partikel pada saat yang sama. Semakin tepat Anda mengukur satu variabel, semakin banyak ketidakpastian dalam pengukuran variabel lainnya. Dengan kata lain, tidak mungkin untuk secara bersamaan menunjukkan nilai pasti dari posisi dan momentum partikel.

Skeptisisme kuantum

Ahli astrofisika kontributor Big Think, Adam Frank, yang dikenal dengan podcast 13.8, menyebut ini "makalah yang sangat menarik karena menunjukkan bahwa mungkin untuk membuat sistem terjerat yang lebih besar yang berperilaku seperti objek kuantum tunggal. Tetapi karena kita sedang melihat satu objek kuantum. , pengukuran tidak benar-benar tampak bagi saya untuk bener benar 'menghindari' prinsip ketidakpastian, seperti yang kita ketahui bahwa dalam sistem terjerat, pengamatan satu bagian membatasi perilaku bagian lain."

Ethan Siegel, juga seorang astrofisikawan, berkomentar, "Pencapaian utama dari karya terbaru ini adalah bahwa mereka telah menciptakan sistem makroskopik di mana dua komponen berhasil terjerat secara mekanika kuantum melintasi skala panjang besar dan dengan massa besar. Tetapi tidak ada penghindaran mendasar dari Prinsip ketidakpastian Heisenberg di sini; setiap komponen individu persis sama tidak pastinya dengan yang diprediksi oleh aturan fisika kuantum. Meskipun penting untuk mengeksplorasi hubungan antara belitan kuantum dan berbagai komponen sistem, termasuk apa yang terjadi ketika Anda memperlakukan kedua komponen bersama-sama sebagai satu kesatuan. sistem, tidak ada yang telah ditunjukkan dalam penelitian ini yang meniadakan kontribusi terpenting Heisenberg pada fisika."

Seperti yang mungkin Anda ingat saat belajar di kelas geologi, Bumi terdiri dari lapisan-lapisan yang berbeda. Semakin jauh menuju pusat planet, semakin kuat panas dan tekanannya. Untungnya, bagi kita yang hidup di kerak bumi (lapisan paling luar, tempat semua kehidupan hidup) suhunya relatif stabil dan menyenangkan.

Faktanya, salah satu hal yang membuat planet Bumi dapat dihuni adalah kenyataan bahwa planet tersebut cukup dekat dengan Matahari kita untuk menerima energi yang cukup agar tetap hangat. Terlebih lagi, "suhu permukaan" -nya cukup hangat untuk menopang air cair, kunci kehidupan yang kita kenal. Tetapi suhu kerak bumi juga sangat bervariasi tergantung di mana dan kapan Anda mengukurnya.

Struktur Bumi:

Sebagai planet kebumian, Bumi terdiri dari batuan dan logam silikat yang dibedakan antara inti logam padat, inti luar yang cair, dan mantel serta kerak silikat. Inti dalam diperkirakan memiliki radius 1.220 km, sedangkan inti terluar mempunyai radius lebih dari 3.400 km.



Menuju ke luar dari inti adalah mantel dan kerak. Mantel bumi mempunyai kedalaman hingga 2.890 km di bawah permukaan, menjadikannya lapisan paling tebal di Bumi. Lapisan ini tersusun dari batuan silikat yang kaya akan besi dan magnesium relatif terhadap kerak di atasnya. Meskipun padat, suhu tinggi di dalam mantel menyebabkan bahan silikat menjadi cukup cair sehingga dapat mengalir dalam rentang waktu yang sangat lama.

Lapisan atas mantel dibagi menjadi mantel litosfer dan astenosfer. Yang pertama terdiri dari kerak dan bagian atas yang dingin, kaku, dari mantel atas (yang mana lempeng tektonik tersusun) sedangkan astenosfer adalah lapisan viskositas yang relatif rendah tempat litosfer bergerak.

Kerak bumi:

Kerak bumi adalah lapisan terluar Bumi, yang hanya membentuk 1% dari total massa Bumi. Ketebalan kerak bervariasi tergantung di mana pengukuran dilakukan, mulai dari ketebalan 30 km di mana benua berada hingga hanya setebal 5 km di bawah lautan.
Kerak bumi terdiri dari berbagai batuan beku, metamorf dan sedimen dan tersusun dalam rangkaian lempeng tektonik. Lempeng-lempeng ini mengapung di atas mantel bumi, dan diyakini bahwa konveksi pada mantel menyebabkan lempeng-lempeng tersebut terus bergerak.

Kadang-kadang lempengan-lempengan ini bertabrakan, terlepas, atau meluncur berdampingan; menghasilkan batas konvergen, batas divergen, dan mengubah batas. Dalam kasus batas konvergen, sering kali terjadi zona subduksi, di mana lempeng yang lebih berat tergelincir di bawah lempeng yang lebih ringan - membentuk parit yang dalam.

Dalam kasus batas divergen, ini terbentuk ketika lempeng tektonik terpisah, membentuk lembah retakan di dasar laut. Ketika ini terjadi, magma muncul di celah saat kerak lama menarik dirinya ke arah yang berlawanan, di mana ia didinginkan oleh air laut untuk membentuk kerak baru.

Batas transformasi terbentuk ketika lempeng tektonik meluncur secara horizontal dan bagian-bagiannya tersangkut dan bergesek pada titik-titik kontak. Tekanan terbentuk di area ini karena sisa lempeng terus bergerak, yang menyebabkan batu pecah atau tergelincir, tiba-tiba lempeng tersebut meluncur ke depan dan menyebabkan gempa bumi. Area kerusakan atau selip ini disebut sesar.

Secara keseluruhan, ketiga jenis aksi lempeng tektonik inilah yang bertanggung jawab untuk membentuk kerak bumi dan menyebabkan pembaruan permukaan secara berkala selama jutaan tahun.

Kisaran Suhu:

Suhu kerak bumi sangat bervariasi. Di tepi luarnya, di mana ia bertemu dengan atmosfer, suhu keraknya sama dengan suhu udara. Jadi, suhu bisa mencapai 35 ° C di gurun dan di bawah titik beku di Antartika. Rata-rata, permukaan kerak bumi mengalami suhu sekitar 14 ° C.

Namun, suhu terpanas yang pernah tercatat adalah 70,7 ° C (159 ° F), yang diambil di Gurun Lut Iran sebagai bagian dari survei suhu global yang dilakukan oleh para ilmuwan di Observatorium Bumi NASA. Sementara itu, suhu terdingin yang pernah tercatat di Bumi diukur di Stasiun Vostok Soviet di Dataran Tinggi Antartika - yang mencapai suhu terendah dalam sejarah -89,2 ° C (-129 ° F) pada 21 Juli 1983.

Kisaran yang cukup besar. Tetapi pertimbangkan fakta bahwa mayoritas kerak bumi terletak di bawah lautan. Jauh dari Matahari, suhu bisa mencapai 0-3 ° C (32-37.5 ° F) di mana air mencapai kerak bumi. Tetap saja, jauh lebih nyaman daripada malam yang dingin di Antartika!

Dan seperti yang telah diketahui ahli geologi selama beberapa waktu, jika Anda menggali kerak benua, suhu akan naik. Misalnya, tambang terdalam di dunia saat ini adalah tambang emas TauTona di Afrika Selatan, dengan kedalaman 3,9 km. Di dasar tambang, suhu mencapai 55 ° C, yang mengharuskan disediakannya AC sehingga nyaman bagi penambang untuk bekerja sepanjang hari.

Jadi pada akhirnya, suhu kerak bumi sangat bervariasi. Ini suhu permukaan rata-rata yang bergantung pada apakah itu diambil di tanah kering atau di bawah laut. Dan tergantung pada lokasi, musim, dan waktu, suhu bisa berkisar dari panas terik hingga sangat dingin!

Namun, kerak bumi tetap menjadi satu-satunya tempat di Tata Surya yang suhunya cukup stabil sehingga kehidupan dapat terus berkembang di dalamnya. Tambahkan atmosfer yang layak dan magnetosfer pelindung kita, dan kita benar-benar harus menganggap diri kita sendiri sebagai makhluk yang beruntung!

Akhir dari permulaan

Fisikawan yang tidak terlibat dalam penelitian ini, atau bahkan dalam teori string, mengatakan bahwa mereka terkesan, meskipun sangat skeptis. "Angkat topi untuk mereka, karena perhitungan itu sangat tidak sepele," kata Daniele Oriti dari Ludwig Maximilian University of Munich.

Tetapi beberapa merasa tidak nyaman dengan tumpukan idealisasi yang digunakan dalam analisis, seperti pembatasan alam semesta menjadi kurang dari tiga dimensi spasial, Gelombang kegembiraan sebelumnya atas integral path di tahun 80-an, didorong oleh karya Hawking, gagal sebagian karena para ahli teori dibuat bingung oleh akumulasi perkiraan. Apakah fisikawan saat ini jatuh ke dalam perangkap yang sama? "Saya melihat orang-orang membuat argumen yang sama seperti yang dibuat 30 tahun lalu," kata Renate Loll dari Radboud University di Belanda, seorang pakar integral jalur gravitasi. Dia berpendapat bahwa lubang cacing harus secara tegas dilarang jika integral ingin memberikan hasil yang masuk akal.

Orang yang skeptis juga khawatir bahwa penulis telah menafsirkan trik replika secara berlebihan. Dalam anggapan bahwa replika dapat dihubungkan secara gravitasi, penulis melampaui batasan. "Mereka mendalilkan bahwa semua geometri yang menghubungkan replika berbeda diperbolehkan, tetapi tidak jelas bagaimana hal itu cocok dengan kerangka aturan kuantum," kata Steve Giddings dari Santa Barbara.

Mengingat ketidakpastian perhitungan, beberapa tidak yakin bahwa solusi tersedia dalam teori semiklasik. "Tidak ada pilihan yang baik jika Anda membatasi pada mekanika kuantum dan gravitasi," kata Warner. Dia telah memperjuangkan model di mana efek string mencegah pembentukan lubang hitam. Tetapi hasilnya secara umum serupa: Ruang-waktu mengalami transisi fase ke struktur yang sangat berbeda.

Skeptisisme dijamin jika tidak ada alasan lain selain karena pekerjaan baru-baru ini rumit dan mentah. Butuh waktu bagi fisikawan untuk mencernanya dan menemukan kesalahan fatal dalam argumen atau menjadi yakin bahwa argumen itu berhasil. Lagipula, bahkan fisikawan di balik upaya tersebut tidak berharap untuk menyelesaikan paradoks informasi tanpa teori gravitasi quantum penuh. Memang, mereka mengira paradoks adalah titik tumpu mereka untuk mengungkap teori yang lebih rinci itu. "Jika Anda bertanya kepada saya dua tahun lalu, saya akan berkata: 'Kurva Page - itu masih sangat jauh,'" kata Engelhardt. "Kita akan membutuhkan semacam pemahaman [lebih dalam] tentang gravitasi kuantum. '"

Tetapi dengan asumsi bahwa kalkulasi baru ini dapat bertahan terhadap pengecekan kesalahan, apakah mereka sebenarnya menutup pintu paradoks informasi lubang hitam? Karya terbaru menunjukkan dengan tepat bagaimana menghitung kurva Page, yang pada gilirannya mengungkapkan bahwa informasi keluar dari lubang hitam. Jadi tampaknya paradoks informasi telah diatasi. Teori lubang hitam tidak lagi mengandung kontradiksi logis yang menjadikannya paradoks.

Tetapi dalam hal memahami lubang hitam, ini bagian paling akhir dari permulaan. Para ahli teori masih belum memetakan proses langkah demi langkah saat informasi keluar. "Kami sekarang dapat menghitung kurva Page, dan saya tidak tahu mengapa," kata Raphael Bousso dari Berkeley. Kepada astronot yang bertanya apakah mereka bisa keluar dari lubang hitam, fisikawan bisa menjawab, "Tentu!" Tetapi jika para astronot bertanya bagaimana melakukannya, jawaban yang meresahkan adalah: "Tidak tahu."

Konstruksi Ruang-Waktu

Dengan perhitungan ini, radiasi kaya akan informasi. Entah bagaimana, dengan mengukurnya, Anda seharusnya bisa mempelajari apa yang masuk ke dalam lubang hitam. Tapi bagaimana caranya?

Para ahli teori di kelompok West Coast membayangkan mengirimkan radiasi ke komputer kuantum. Bagaimanapun, simulasi komputer itu sendiri adalah sistem fisik; simulasi kuantum, khususnya, tidak sepenuhnya berbeda dari simulasi. Jadi fisikawan membayangkan mengumpulkan semua radiasi, memasukkannya ke komputer kuantum besar, dan menjalankan simulasi penuh lubang hitam.

Dan itu mengarah pada hal yang diluar dugaan yang luar biasa dalam cerita itu. Karena radiasi sangat terikat dengan lubang hitam asalnya, komputer kuantum, juga, menjadi sangat terikat dengan lubang tersebut. Dalam simulasi, keterjeratan diterjemahkan menjadi tautan geometris antara lubang hitam yang disimulasikan dan aslinya. Sederhananya, keduanya dihubungkan oleh lubang cacing. "Ada lubang hitam fisik dan kemudian ada yang tersimulasi di komputer kuantum, dan mungkin ada lubang cacing replika yang menghubungkannya," kata Douglas Stanford, fisikawan teoretis di Stanford dan anggota tim West Coast. Ide ini adalah contoh proposal oleh Maldacena dan Leonard Susskind dari Stanford pada tahun 2013 bahwa keterjeratan kuantum dapat dianggap sebagai lubang cacing. Lubang cacing, pada gilirannya, menyediakan terowongan rahasia yang informasi melaluinya dan dapat keluar dari interior.

Para ahli teori telah memperdebatkan bagaimana secara harfiah mengambil semua lubang cacing ini. Lubang cacing terkubur begitu dalam dalam persamaan sehingga hubungannya dengan kenyataan tampak lemah, namun memiliki konsekuensi yang nyata. "Sulit untuk menjawab apa yang fisik dan apa yang tidak fisik," kata Raghu Mahajan, fisikawan di Stanford, "karena ada sesuatu yang jelas benar tentang lubang cacing ini."

Tetapi alih-alih menganggap lubang cacing sebagai portal nyata yang ada di alam semesta, Mahajan dan yang lainnya berspekulasi bahwa mereka adalah tanda fisika nonlokal baru. Dengan menghubungkan dua lokasi yang jauh, lubang cacing memungkinkan kejadian di satu tempat untuk mempengaruhi tempat yang jauh secara langsung, tanpa partikel, gaya atau pengaruh lain yang harus melintasi jarak - menjadikannya contoh dari apa yang oleh fisikawan disebut nonlokalitas. "Tampaknya mereka menyarankan Anda memiliki efek nonlokal yang masuk," kata Almheiri. Dalam perhitungan lubang hitam, pulau dan radiasi adalah satu sistem yang terlihat di dua tempat, yang berarti kegagalan konsep "tempat". "Kami selalu tahu bahwa beberapa jenis efek nonlokal harus terlibat dalam gravitasi, dan ini salah satunya," kata Mahajan. "Hal-hal yang Anda anggap independen ternyata tidak benar-benar independen."

Sekilas, ini sangat mengejutkan. Einstein membangun relativitas umum dengan tujuan menghilangkan nonlokalitas dari fisika. Gravitasi tidak menjangkau ruang angkasa secara instan. Ia harus menyebar dari satu tempat ke tempat lain dengan kecepatan terbatas, seperti interaksi lain di alam. Namun selama beberapa dekade, fisikawan telah sadar bahwa kesimetrian yang mendasari relativitas menciptakan jenis baru efek nonlokal.

Februari lalu, Marolf dan Henry Maxfield, juga di Santa Barbara, mempelajari nonlokalitas yang disiratkan oleh perhitungan lubang hitam baru. Mereka menemukan bahwa kesimetrian relativitas memiliki efek yang lebih luas daripada yang diperkirakan, yang dapat memberikan cermin ruang-waktu yang terlihat dalam analisis lubang hitam.

Semua ini memperkuat firasat banyak fisikawan bahwa ruang-waktu bukanlah tingkat akar alam, melainkan muncul dari beberapa mekanisme mendasar yang bukan spasial atau temporal. Bagi banyak orang, itulah pelajaran utama dualitas AdS / CFT. Perhitungan baru mengatakan hal yang hampir sama, tetapi tanpa dualitas atau teori string. Lubang cacing muncul karena mereka adalah satu-satunya bahasa yang dapat digunakan integral jalur untuk menyampaikan bahwa ruang runtuh. Mereka adalah cara geometri untuk mengatakan bahwa alam semesta pada akhirnya adalah nongeometrik.

Masuk ke Lubang Cacing

Sejauh ini kalkulasi mengasumsikan dualitas AdS / CFT - dunia bola salju - yang merupakan kasus uji penting tetapi pada akhirnya seakan seperti hal yang dibuat-buat. Langkah selanjutnya adalah mempertimbangkan lubang hitam secara lebih umum.

Para peneliti mengambil konsep yang dikembangkan Richard Feynman pada 1940-an. Dikenal sebagai integral jalur, ini adalah ekspresi matematis dari prinsip inti mekanika kuantum: Apa pun yang dapat terjadi memang terjadi. Dalam fisika kuantum, sebuah partikel yang bergerak dari titik A ke titik B mengambil semua jalur yang memungkinkan, yang digabungkan dalam jumlah tertimbang. Jalur berbobot tertinggi biasanya adalah jalur yang Anda harapkan dari fisika klasik biasa, tetapi tidak selalu. Jika bobot berubah, partikel dapat tiba-tiba meluncur dari satu jalur ke jalur lainnya, mengalami transisi yang mustahil dalam fisika kuno.

Integral jalur bekerja sangat baik untuk gerakan partikel sehingga para ahli teori di tahun 50-an mengusulkannya sebagai teori gravitasi quantum. Itu berarti mengganti satu geometri ruang-waktu dengan beberapa bentuk yang mungkin. Bagi kami, ruang-waktu tampaknya memiliki satu bentuk yang terdefinisi dengan baik - di dekat Bumi, bentuknya cukup melengkung sehingga objek cenderung mengorbit di pusat planet kita, misalnya. Namun dalam gravitasi kuantum, bentuk lain, termasuk yang lebih melengkung, bersifat laten, dan dapat muncul dalam keadaan yang tepat. Feynman sendiri mengambil ide ini di tahun 60-an, dan Hawking memperjuangkannya di tahun 70-an dan 80-an. Tetapi bahkan kejeniusan mereka yang cukup besar berjuang dengan bagaimana mengeksekusi integral jalur gravitasi, dan fisikawan mengesampingkannya demi pendekatan lain untuk gravitasi kuantum. "Kami tidak pernah benar-benar tahu bagaimana mendefinisikan dengan tepat apa itu - dan coba tebak, kami masih belum tahu," kata John Preskill dari California Institute of Technology.

Sebagai permulaan, apakah "semua" bentuk yang dimungkinkan? Bagi Hawking, itu berarti semua topologi. Ruang-waktu mungkin menyatu dengan sendirinya menjadi bentuk seperti doughnut atau pretzel. Konektivitas ekstra menciptakan terowongan, atau "lubang cacing", antara tempat dan momen yang berjauhan. Ini datang dalam berbagai jenis.

Lubang cacing spasial seperti portal kesayangan para penulis fiksi ilmiah, yang menghubungkan satu sistem bintang dengan yang lain. Yang disebut lubang cacing ruang-waktu adalah alam semesta kecil yang tumbuh sendirinya dan menyatu kembali nanti. Para astronom tidak pernah melihat kedua jenis tersebut, tetapi relativitas umum mengizinkan struktur ini, dan teori tersebut memiliki rekam jejak yang baik dalam membuat prediksi yang tampaknya aneh, seperti lubang hitam dan gelombang gravitasi, yang kemudian terbukti benar. Tidak semua orang setuju dengan Hawking bahwa bentuk-bentuk eksotis ini, tetapi para peneliti yang melakukan analisis lubang hitam mengadopsi gagasan itu untuk sementara waktu.

Mereka tidak dapat secara realistis mempertimbangkan semua kemungkinan topologi, yang benar-benar tidak terhitung, jadi mereka hanya melihat topologi yang paling penting untuk lubang hitam yang menguap. Ini dikenal, karena alasan matematis, sebagai titik pelana, dan terlihat seperti geometri yang cukup stabil. Pada akhirnya, tim tidak benar-benar melakukan penjumlahan penuh pada semua bentuk, yang melebihi kemampuan mereka. Mereka menggunakan jalur integral sebagian besar hanya sebagai alat untuk mengidentifikasi titik-titik sadel.

Langkah selanjutnya, setelah menerapkan integral jalur ke lubang hitam dan radiasinya, adalah menghitung entropi belitan. Kuantitas ini didefinisikan sebagai logaritma matriks - deretan angka. Perhitungannya sulit, tetapi dalam kasus ini fisikawan tidak benar-benar memiliki matriks, yang akan memerlukan evaluasi integral jalur. Jadi mereka harus melakukan operasi yang tidak dapat mereka lakukan pada kuantitas yang tidak mereka ketahui. Untuk itu, mereka menemukan trik matematika lainnya.

Mereka melihat bahwa entropi tidak membutuhkan pengetahuan tentang matriks lengkap. Mereka malah bisa membayangkan melakukan serangkaian pengukuran berulang pada lubang hitam dan kemudian menggabungkan pengukuran tersebut dengan cara yang dapat mempertahankan pengetahuan yang mereka butuhkan. Trik replika yang ini pernah dilakukan pada studi magnet di tahun 70-an dan pertama kali diterapkan pada gravitasi pada tahun 2013.

Salah satu penulis karya ini, Tom Hartman dari Cornell University, membandingkan trik replika dengan memeriksa apakah "lemparan koin" itu adil. Biasanya Anda akan melemparkannya berkali-kali dan melihat apakah itu mendarat di setiap sisi dengan probabilitas 50-50. Tetapi misalkan karena alasan tertentu Anda tidak dapat melakukan itu. Jadi, alih-alih Anda melempar dua koin yang identik - "replika" - dan perhatikan seberapa sering mereka mendarat di sisi yang sama. Jika ini terjadi separuh waktu, lemparan koin itu adil. Meskipun Anda masih belum mengetahui probabilitas individu, Anda dapat membuat penilaian dasar tentang keacakan. Ini analog dengan tidak mengetahui matriks lengkap untuk lubang hitam, namun masih mengevaluasi entropinya.

Meski ini trik, ia memiliki fisika nyata di dalamnya. Integral jalur gravitasi tidak membedakan replika dari lubang hitam asli. Itu memahami mereka secara harfiah. Ini mengaktifkan beberapa topologi laten yang termasuk dalam integral jalur gravitasi. Hasilnya adalah titik pelana baru yang berisi beberapa lubang hitam yang dihubungkan oleh lubang cacing ruang-waktu. Bersaing untuk mendapatkan pengaruh dengan geometri biasa dari sebuah lubang hitam yang dikelilingi oleh kabut radiasi Hawking.

Lubang cacing dan lubang hitam tunggal pada dasarnya berbobot terbalik dengan berapa banyak entropi keterjeratan yang mereka miliki. Lubang cacing memiliki banyak, jadi mereka menerima pembobotan rendah dan karenanya tidak penting pada awalnya. Tapi entropinya berkurang, sedangkan radiasi Hawking terus naik. Akhirnya lubang cacing menjadi dominan dari keduanya, dan mereka mengambil alih dinamika lubang hitam. Pergeseran dari satu geometri ke geometri lainnya tidak mungkin dalam relativitas umum klasik - ini adalah proses kuantum yang melekat. Konfigurasi geometris ekstra dan proses transisi yang mengaksesnya adalah dua penemuan utama analisis.

Pada November 2019, dua tim fisikawan - yang dikenal sebagai grup West Coast dan East Coast karena afiliasi geografisnya - memposting karya mereka yang menunjukkan bahwa trik ini memungkinkan mereka mereproduksi kurva Page. Dengan cara ini, mereka memastikan bahwa radiasi "roh" menjauhi konten informasi dari apa pun yang jatuh ke dalam lubang hitam. Teori string tidak harus benar; bahkan seorang kritikus teori string yang gigih bisa setuju dengan integral jalur gravitasi. Namun, secanggih analisisnya, ia belum menjelaskan bagaimana informasi tersebut berhasil lolos.

Lubang Hitam Dari Dalam-Keluar

Selama dua tahun terakhir, fisikawan telah menunjukkan bahwa entropi belitan lubang hitam benar-benar mengikuti kurva Page, yang menunjukkan bahwa informasi telah keluar. Mereka melakukan analisis secara bertahap. Pertama, mereka menunjukkan cara kerjanya menggunakan wawasan dari teori string. Kemudian, dalam makalah yang diterbitkan musim gugur lalu, para peneliti memutus teori string sama sekali.

Pekerjaan dimulai dengan sungguh-sungguh pada Oktober 2018, ketika Ahmed Almheiri dari Institute for Advanced Study menyusun prosedur untuk mempelajari bagaimana lubang hitam menguap. Almheiri, segera bergabung dengan beberapa rekan, menerapkan konsep yang pertama kali dikembangkan oleh Juan Maldacena, sekarang di IAS, pada tahun 1997. (Penington bekerja secara paralel.)

Bayangkan alam semesta terbungkus dalam batas seperti bola salju. Selain memiliki dinding besar di sekelilingnya, interiornya pada dasarnya seperti alam semesta kita: memiliki gravitasi, materi, dan sebagainya. Batasannya, juga, adalah sejenis alam semesta. Ia tidak memiliki gravitasi dan, karena hanya permukaan, tidak memiliki kedalaman. Tapi itu dibuat dengan fisika kuantum yang hidup, dan semuanya sama rumitnya dengan interiornya. Meskipun kedua alam semesta ini mungkin terlihat berbeda, keduanya sangat serasi. Segala sesuatu di interior, atau "massal", memiliki padanan di perbatasan. Dan meskipun geometri massal tidak seperti geometri alam semesta kita sendiri, dualitas "AdS / CFT" ini telah menjadi taman bermain favorit para ahli teori string sejak Maldacena memperkenalkannya.

Menurut logika dualitas ini, jika Anda memiliki lubang hitam dalam jumlah besar, ia memiliki simulacrum di perbatasannya. Karena batas diatur oleh fisika kuantum tanpa komplikasi gravitasi, ia dengan tegas mempertahankan informasi. Begitu juga dengan lubang hitam.

Ketika para peneliti mulai menganalisis bagaimana lubang hitam menguap di AdS / CFT, pertama-tama mereka harus mengatasi sedikit masalah: Dalam AdS / CFT, lubang hitam sebenarnya tidak menguap. Radiasi mengisi volume yang terbatas seperti uap di dalam panci bertekanan, dan apa pun yang dipancarkan lubang itu akhirnya diserap kembali. "Sistem akan mencapai kondisi mapan," kata Jorge Varelas da Rocha, fisikawan teoretis di Institut Universitas Lisbon.

Untuk mengatasinya, Almheiri dan rekan-rekannya mengadopsi saran dari Rocha untuk meletakkan analogi ekuivalen katup uap di perbatasan untuk mengeluarkan radiasi dan mencegahnya jatuh kembali. "Ini menyedot radiasi keluar," kata Netta Engelhardt dari Institut Teknologi Massachusetts, salah satu rekan penulis Almheiri. Para peneliti mensimulasikan lubang hitam di tengah ruang besar, mulai mengeluarkan radiasi, dan mengamati apa yang terjadi.

Untuk melacak entropi belitan lubang hitam, mereka menggunakan pemahaman yang lebih terperinci tentang AdS / CFT yang dikembangkan Engelhardt dan lainnya, termasuk Aron Wall di Universitas Cambridge, dalam dekade terakhir. Fisikawan sekarang dapat menunjukkan dengan tepat bagian manakah yang sesuai dengan bagian batas mana, dan properti kumpulan mana yang sesuai dengan properti batas mana.

Kunci untuk menghubungkan dua sisi dualitas adalah apa yang oleh fisikawan disebut permukaan ekstremal kuantum. (Permukaan ini adalah fitur umum - Anda tidak memerlukan lubang hitam untuk memilikinya.) Pada dasarnya Anda membayangkan meniup gelembung sabun secara massal. Gelembung secara alami mengambil bentuk yang meminimalkan luas permukaannya. Bentuknya tidak perlu bulat, seperti gelembung di pesta ulang tahun anak, karena aturan geometri bisa berbeda dari yang kita kenal; jadi gelembung adalah probe dari geometri itu. Efek kuantum juga bisa melebarkannya.

Dengan menghitung di mana letak permukaan ekstrem kuantum, peneliti memperoleh dua informasi penting. Pertama, permukaan mengukirnya menjadi dua bagian dan mencocokkan masing-masing dengan sebagian dari batas. Kedua, luas permukaan sebanding dengan bagian entropi belitan antara dua bagian batas tersebut. Dengan demikian, permukaan ekstremal kuantum menghubungkan konsep (luas) geometris dengan konsep kuantum (belitan), memberikan gambaran sekilas tentang bagaimana gravitasi dan teori kuantum bisa menjadi satu.

Tetapi ketika para peneliti menggunakan permukaan ekstremal kuantum ini untuk mempelajari lubang hitam yang menguap, hal yang aneh terjadi. Di awal proses penguapan, mereka menemukan, seperti yang diharapkan, bahwa entropi belitan batas meningkat. Karena lubang adalah satu-satunya benda di dalam ruang, penulis menyimpulkan bahwa entropi keterjeratannya meningkat. Dalam hal kalkulasi awal Hawking, sejauh ini bagus.

Tiba-tiba hal itu berubah. Permukaan ekstremal kuantum tiba-tiba terwujud tepat di dalam cakrawala lubang hitam. Awalnya permukaan ini tidak berpengaruh pada sistem lainnya. Tapi akhirnya itu menjadi faktor penentu entropi, yang mengarah ke penurunan. Para peneliti membandingkannya dengan transisi seperti mendidih atau membeku. "Kami menganggap ini sebagai perubahan fase analog dengan fase termodinamika - antara gas dan cairan," kata Engelhardt.

Itu berarti tiga hal. Pertama, pergeseran tiba-tiba menandakan dimulainya ilmu fisika baru yang tidak tercakup dalam perhitungan Hawking. Kedua, permukaan ekstremal membelah alam semesta menjadi dua. Satu bagian setara dengan batas. Yang lainnya adalah alam lubang hitam yang batasnya tidak memiliki informasi, menunjukkan bahwa radiasi yang keluar dari sistem berpengaruh pada konten informasinya.

Ketiga, posisi permukaan ekstrimal kuantum sangat signifikan. Itu terletak tepat di dalam cakrawala lubang hitam. Saat lubang menyusut, begitu pula permukaan ekstremal kuantum dan, bersamanya, entropi keterjeratan. Itu akan menghasilkan kemiringan ke bawah seperti yang diprediksikan Page - pertama kali perhitungan melakukan itu.

Dengan menunjukkan bahwa entropi keterjeratan mengikuti kurva Page, tim dapat mengonfirmasi bahwa lubang hitam melepaskan informasi. Ini keluar dalam bentuk yang sangat terenkripsi yang dimungkinkan oleh keterjeratan kuantum. Faktanya, itu sangat terenkripsi sehingga tidak terlihat seolah-olah lubang hitam telah mengeluarkan apa pun. Namun akhirnya lubang hitam melewati titik kritis di mana informasi dapat didekripsi. Penelitian, yang diposting pada Mei 2019, menunjukkan semua ini menggunakan alat teoretis baru yang mengukur keterjeratan secara geometris.

Bahkan dengan alat ini, kalkulasi harus disederhanakan sampai pada intinya agar dapat dilakukan. Sebagian besar jagad AdS / CFT ini hanya memiliki satu dimensi ruang, misalnya. Lubang hitam bukanlah bola hitam besar, melainkan ruas garis pendek. Namun, para peneliti berpendapat, gravitasi adalah gravitasi, dan apa yang terjadi pada dunia garis ini seharusnya berlaku untuk alam semesta yang sebenarnya. (Pada April 2020, Koji Hashimoto, Norihiro Iizuka dan Yoshinori Matsuo dari Universitas Osaka menganalisis lubang hitam dalam geometri datar yang lebih realistis dan memastikan bahwa temuan tersebut masih berlaku.)

Pada Agustus 2019, Almheiri dan rekan lainnya mengambil langkah berikutnya dan mengalihkan perhatian mereka ke radiasi. Mereka menemukan bahwa lubang hitam dan radiasi yang dipancarkannya mengikuti kurva Page yang sama, sehingga informasi harus ditransfer dari satu ke yang lain. Perhitungannya tidak menyebutkan bagaimana itu ditransfer, hanya itu saja.

Sebagai bagian dari pekerjaan, mereka menemukan bahwa alam semesta mengalami penataan ulang yang membingungkan. Pada awalnya, lubang hitam berada di pusat angkasa dan radiasinya terbang keluar. Tapi setelah cukup waktu berlalu, persamaan mengatakan, partikel jauh di dalam lubang hitam bukan lagi bagian dari lubang, tetapi bagian dari radiasi. Mereka belum terbang ke luar, tetapi hanya bertukar fungsi.

Ini penting karena partikel interior ini biasanya akan berkontribusi pada entropi belitan antara lubang hitam dan radiasi. Jika mereka bukan lagi bagian dari lubang hitam, mereka tidak lagi berkontribusi pada entropi, menjelaskan mengapa itu mulai berkurang.

Para penulis menjuluki inti dalam radiasi sebagai "pulau" dan menyebut keberadaannya "mengejutkan". Apa artinya partikel berada di lubang hitam, tetapi tidak di lubang hitam? Untuk memastikan bahwa informasi dipertahankan, fisikawan menghilangkan satu teka-teki hanya untuk membuat teka-teki yang lebih besar. Setiap kali saya bertanya kepada Almheiri dan yang lainnya apa artinya, mereka melihat ke kejauhan, sejenak kehilangan kata-kata.