Sinyal kosmik terkuat yang pernah terdeteksi, yang berasal dari penggabungan dahsyat dua lubang hitam raksasa di kedalaman galaksi, telah memberikan bukti kuat yang mengukuhkan teori relativitas umum Albert Einstein dan teorema luas permukaan lubang hitam Stephen Hawking. Penemuan monumental ini, yang diumumkan oleh para ilmuwan dari Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), membuka babak baru dalam pemahaman kita tentang alam semesta dan kekuatan fundamental yang mengaturnya.
Peristiwa luar biasa ini, yang terdeteksi pada 14 Januari, melibatkan dua lubang hitam dengan massa masing-masing 33,6 dan 32,2 kali massa Matahari, yang saling mengorbit dengan kecepatan yang semakin meningkat sebelum akhirnya bertabrakan dan menyatu menjadi satu entitas yang lebih besar. Proses penggabungan ini melepaskan gelombang gravitasi yang sangat kuat, riak dalam ruang-waktu yang merambat melintasi kosmos dengan kecepatan cahaya.
LIGO, dengan interferometer lasernya yang canggih sepanjang empat kilometer, berhasil menangkap sinyal gelombang gravitasi ini dengan presisi yang belum pernah terjadi sebelumnya. Analisis sinyal tersebut tidak hanya mengkonfirmasi prediksi teori relativitas umum Einstein, tetapi juga memberikan validasi eksperimental yang kuat untuk teorema luas permukaan lubang hitam Hawking.
Clifford Will, seorang ahli teori gravitasi terkemuka di Universitas Florida, menyatakan kegembiraannya atas penemuan ini, dengan mengatakan, "Itu teorema relativitas umum yang fundamental dan murni sehingga melihatnya terverifikasi sungguh fantastis. Itu salah satu hal yang memungkinkan kita mengatakan bahwa kita benar-benar sedang mengamati lubang hitam."
Teori relativitas umum Einstein, yang diterbitkan pada tahun 1915, merevolusi pemahaman kita tentang gravitasi. Teori ini menggambarkan gravitasi bukan sebagai gaya yang bekerja di antara benda-benda, tetapi sebagai kelengkungan ruang-waktu yang disebabkan oleh massa dan energi. Teori ini telah berhasil menjelaskan berbagai fenomena astronomi, termasuk orbit planet di sekitar Matahari dan pembelokan cahaya oleh benda-benda masif.
Namun, teori relativitas umum memiliki keterbatasan. Teori ini tidak dapat menjelaskan perilaku gravitasi dalam kondisi ekstrem, seperti yang terjadi di dalam lubang hitam atau pada saat Big Bang. Untuk mengatasi keterbatasan ini, para ilmuwan telah mengembangkan berbagai teori gravitasi alternatif, yang mencoba untuk menggabungkan relativitas umum dengan mekanika kuantum, teori yang menggambarkan perilaku partikel subatomik.
Penggabungan lubang hitam yang baru terdeteksi ini memberikan kesempatan unik untuk menguji teori relativitas umum dalam kondisi ekstrem. Sinyal gelombang gravitasi yang dihasilkan oleh penggabungan tersebut mengandung informasi tentang massa, spin, dan jarak lubang hitam, serta tentang bagaimana ruang-waktu terdistorsi di sekitar mereka.
Dengan membandingkan sinyal gelombang gravitasi yang terdeteksi dengan prediksi teori relativitas umum, para ilmuwan dapat menguji apakah teori tersebut masih berlaku dalam kondisi ekstrem. Jika ada perbedaan antara sinyal yang terdeteksi dan prediksi teori, itu bisa menjadi bukti bahwa teori relativitas umum perlu dimodifikasi atau diganti dengan teori yang lebih lengkap.
Selain menguji teori relativitas umum, penggabungan lubang hitam ini juga memberikan validasi eksperimental yang kuat untuk teorema luas permukaan lubang hitam Stephen Hawking. Teorema ini, yang diturunkan pada tahun 1970-an, menyatakan bahwa luas permukaan horizon peristiwa lubang hitam, batas di mana tidak ada yang dapat melarikan diri, hanya dapat bertambah seiring waktu dan tidak pernah menyusut.
Teorema Hawking memiliki implikasi yang mendalam bagi pemahaman kita tentang lubang hitam dan termodinamika. Teorema ini menunjukkan bahwa lubang hitam memiliki entropi, ukuran ketidakteraturan atau informasi yang terkandung di dalamnya. Ini mengarah pada gagasan bahwa lubang hitam adalah benda termodinamika, yang mematuhi hukum-hukum termodinamika seperti suhu dan entropi.
Untuk menguji teorema Hawking, para ilmuwan mengukur massa dan spin lubang hitam sebelum dan sesudah penggabungan. Dari pengukuran ini, mereka dapat menghitung luas permukaan horizon peristiwa lubang hitam sebelum dan sesudah penggabungan. Hasilnya menunjukkan bahwa luas permukaan horizon peristiwa lubang hitam setelah penggabungan lebih besar daripada jumlah luas permukaan horizon peristiwa kedua lubang hitam sebelum penggabungan. Ini sesuai dengan teorema Hawking, yang menyatakan bahwa luas permukaan horizon peristiwa lubang hitam hanya dapat bertambah seiring waktu.
"Hasil ini sesuai dengan teorema matematika Hawking, yang menyatakan bahwa terlepas dari bagaimana massa dan spin lubang hitam berevolusi, luasnya hanya akan bertambah," jelas seorang peneliti LIGO.
Penemuan ini bukan hanya mengkonfirmasi teori-teori fundamental dalam fisika, tetapi juga membuka jalan bagi penelitian lebih lanjut tentang lubang hitam dan gravitasi. Para ilmuwan sekarang dapat menggunakan penggabungan lubang hitam sebagai laboratorium alami untuk menguji teori-teori gravitasi alternatif dan untuk mempelajari sifat-sifat materi dalam kondisi ekstrem.
Namun, Frans Pretorius, seorang ahli teori gravitasi di Universitas Princeton, memperingatkan bahwa sejumlah bias mungkin masih tertanam dalam analisa tersebut. Para peneliti LIGO menggunakan massa dan spin lubang hitam terakhir untuk menghitung luas cakrawala peristiwanya, sekitar 400.000 kilometer persegi.
Meskipun ada peringatan ini, penemuan ini tetap merupakan pencapaian besar dalam fisika modern. Ini menunjukkan kekuatan kolaborasi ilmiah dan kemampuan kita untuk memahami alam semesta melalui pengamatan dan eksperimen. Seiring dengan peningkatan sensitivitas detektor gelombang gravitasi, kita dapat mengharapkan untuk menemukan lebih banyak penggabungan lubang hitam dan peristiwa kosmik lainnya di masa depan. Penemuan-penemuan ini akan terus memperdalam pemahaman kita tentang alam semesta dan tempat kita di dalamnya. Era astronomi gelombang gravitasi baru saja dimulai, dan masa depan tampak cerah.