Ketika sebuah bintang yang cukup masif mengakhiri hidupnya, atau dua sisa-sisa bintang yang cukup masif bergabung, sebuah lubang hitam dapat terbentuk, dengan cakrawala peristiwa sebanding dengan massanya dan sebuah cakram akresi dari materi infalling yang mengelilinginya. (ESA / HUBBLE, ESO, M. KORNMESSER)

Tanyakan Ethan: Apa yang Terjadi Ketika Anda Jatuh ke Lubang Hitam?

Gravitasi dan waktu sangat berbeda dari yang Anda harapkan. Begini caranya semua akan berakhir.

Jika Anda hanya bisa mengetahui jawaban untuk satu pertanyaan tentang Semesta, apa yang akan Anda tanyakan? Apa yang ingin Anda ketahui lebih dari apa pun? Seiring bertambahnya usia, sebagian besar dari kita kehilangan hal-hal yang kita tanyakan sebagai anak-anak, itulah sebabnya saya senang mendapat pesan dari Eric Erb tentang sepuluh pertanyaan yang dibawa pulang putranya, Tristan, dari kelas 2 SD-nya. Dua misteri terbesar dari semuanya, gravitasi dan waktu, mendominasi keingintahuannya. Setelah mendidih, inilah yang ingin dia ketahui:

Saya bertanya kepadanya sekarang dan dia ingin dua pertanyaan dijawab.
1. Apa yang terjadi ketika Anda jatuh ke dalam lubang hitam?
2. Mengapa / bagaimana gravitasi menarik kita?

Mari kita mulai dari awal, dan pastikan kita mencapai semuanya.

Materi normal dihentikan oleh Bumi, tetapi materi gelap akan melewati, membuat elips yang hampir sempurna. Ini adalah hasil yang akan dialami sistem mana pun jika satu-satunya gaya yang bekerja padanya adalah gravitasi, dan segala sesuatu yang lain dapat diabaikan. (DAVE GOLDBERG MEMINTA MATEMATIKA / MEMINTA FISIKA)

Hal pertama yang harus Anda sadari adalah selama Anda berada di Semesta ini dan tidak ada yang menyentuh Anda, Anda bebas. Saya tidak bermaksud bebas dalam pengertian hukum atau hak asasi manusia, tetapi bebas dari didorong atau ditarik oleh pengaruh luar.

Anda dapat berpikir tentang ini dengan cara yang sama Anda berpikir tentang seorang astronot yang melayang bebas di ruang angkasa: bebas dalam arti bahwa tidak ada landasan untuk mendorong Anda ke atas, tidak ada molekul udara yang menerjang Anda, tidak ada kursi untuk duduk, tidak ada orang lain untuk disentuh kamu. Anda bebas di Semesta.

Tetapi itu juga berarti, meskipun kami tidak sering memikirkannya, bahwa Anda bebas untuk didorong oleh gravitasi.

Wahana antariksa terpanjang yang pernah ada, oleh astronot NASA Bruce McCandless, naik STS-41-B. Dengan tidak ada yang menyentuhnya, Bruce jatuh bebas; tidak ada kekuatan eksternal sama sekali. Dia bebas untuk tidak mengalami kekuatan selain gravitasi. (NASA)

Tentu, Anda mungkin tidak merasakannya, tetapi gravitasi selalu menarik Anda. Kekuatan itu yang Anda rasakan di sini di permukaan Bumi? Itu bukan gravitasi; gravitasi itu diimbangi oleh kekuatan kursi, tanah, atau permukaan lain yang menahan Anda. Singkirkan kekuatan-kekuatan itu, seperti yang Anda rasakan ketika Anda melompat dari tanah, dan perasaan tanpa bobot yang instan itu seperti berada di alam bebas - atau berada di bawah pengaruh gravitasi saja - seperti itu.

Namun, di Alam Semesta kita yang sebenarnya, ada banyak tempat di mana-mana. Planet Bumi adalah massa, Matahari adalah massa, dan semua dunia, bintang, dan galaksi di Semesta adalah massa. Jika Anda dapat memvisualisasikan ruang itu sendiri, itu tidak akan menjadi grid yang sepenuhnya datar; itu akan dibengkokkan dengan kehadiran semua massa ini. Ketika Anda bergerak melalui Semesta di bawah pengaruh gravitasi saja, kisi-kisi yang bengkok itu akan menentukan bagaimana Anda bergerak.

Alih-alih kotak 3D kosong, kosong, meletakkan massa menyebabkan apa yang seharusnya menjadi garis 'lurus' sebagai gantinya menjadi melengkung dengan jumlah tertentu. Dalam Relativitas Umum, kami memperlakukan ruang dan waktu sebagai kontinu, tetapi semua bentuk energi, termasuk tetapi tidak terbatas pada massa, berkontribusi pada kelengkungan ruangwaktu. (JARINGAN NATAL JARINGAN DAN INSTITUT PRATT)

Itulah gravitasi: cara ruang melengkung di hadapan massa (dan energi), dan efeknya terhadap benda lain (seperti Anda) yang ada di ruang itu.

Jangan tertipu oleh gambar statis ini, baik. Tatanan ruang terus berubah ketika massa bergerak melewatinya. Saat Bumi mengorbit Matahari, lengkungan ruang berubah. Saat Matahari bergerak di sekitar galaksi, kelengkungan ruang berubah. Saat bintang terbentuk dan hidup serta meledak dan mati, jalinan ruang berubah.

Ini semua adalah bagian dari tarian kosmik yang agung, dan bagian dari kisah gravitasi. Ketika massa bergerak dan berubah, saat Semesta mengembang, seiring banyak proses terjadi di Semesta, jalinan ruang berubah. Tetapi melalui semua itu, gravitasi tetap nyata, dan terus menarik kita semua seolah-olah kita jatuh dengan bebas.

Sebuah tampilan animasi tentang bagaimana ruangwaktu merespons ketika massa bergerak melewatinya membantu menunjukkan dengan tepat bagaimana, secara kualitatif, itu bukan hanya selembar kain tetapi semua ruang itu sendiri akan melengkung oleh kehadiran dan sifat-sifat materi dan energi dalam Semesta. (LUCASVB)

Jika Anda bergerak dengan kecepatan yang cukup dan ke arah yang benar dari lokasi yang tepat, Anda dapat membuat orbit yang stabil di sekitar massa apa pun di Semesta.

Tetapi jika Anda mendapatkan kesalahan, Anda akan kembali ke massa apa pun yang Anda coba untuk mengorbit. Luncurkan roket tanpa kecepatan yang cukup, dan itu akan jatuh kembali ke Bumi. Memperlambat planet terlalu banyak, dan itu akan jatuh ke matahari. Perlambat bintang yang mengorbit, dan itu akan jatuh ke pusat galaksi.

Dan dalam kasus yang paling ekstrem, jika Anda memiliki sifat yang salah, Anda dapat jatuh ke dalam lubang hitam. Sebuah lubang hitam adalah massa pamungkas: yang sangat padat, sangat besar, dan sangat kompak sehingga tidak ada yang bisa keluar begitu jatuh. Bahkan pada batas kecepatan tertinggi Semesta - kecepatan cahaya - Anda tidak bisa melarikan diri.

Sebuah ilustrasi ruangwaktu yang sangat melengkung, di luar horizon peristiwa lubang hitam. Ketika Anda semakin dekat dan lebih dekat ke lokasi massa, ruang menjadi lebih melengkung, akhirnya mengarah ke lokasi di mana cahaya bahkan tidak bisa lepas: horizon peristiwa. (PENGGUNA PIXABAY JOHNSONMARTIN)

Ada sejumlah hal yang sangat berlawanan dengan intuisi yang terjadi ketika Anda mendekati cakrawala peristiwa lubang hitam, dan segala sesuatunya menjadi lebih buruk setelah Anda melewatinya. Ada alasan yang sangat, sangat bagus mengapa begitu Anda meluncur melewati penghalang tak kasat mata itu, Anda tidak akan pernah bisa keluar.

Saat Anda sangat jauh dari lubang hitam, jalinan ruang menjadi kurang melengkung. Faktanya, ketika Anda sangat jauh dari lubang hitam, gravitasinya tidak dapat dibedakan dari massa lain, apakah itu bintang neutron, bintang biasa, atau hanya awan gas yang menyebar. Ruangwaktu dapat melengkung, tetapi yang dapat Anda katakan di lokasi Anda yang jauh adalah bahwa itu disebabkan oleh adanya massa, bukan apa sifat atau distribusi massa itu.

Anda akan jatuh, bebas, sama seperti ketika Anda mengganti lubang hitam itu dengan yang lain. Itu hanya akan terlihat berbeda: seperti penampilan lubang hitam.

Visualisasi dari apa yang tampak seperti lubang hitam dengan latar belakang Bima Sakti. Cakrawala peristiwa adalah wilayah gelap tempat tidak ada cahaya yang bisa lepas. (TIM SXS; BOHN ET AL. 2015)

Ketika Anda mulai mendekat, Anda akan merasakan sesuatu yang aneh: kekuatan menarik tubuh Anda. Jika kaki Anda lebih dekat ke horizon peristiwa daripada kepala Anda, Anda akan merasakan peregangan dari kepala ke kaki, sementara sisi tubuh Anda akan ditekan. Ini adalah kekuatan pasang surut, kekuatan yang sama yang menyebabkan lautan Bumi membesar.

Hanya saja, lubang hitam jauh, jauh lebih kuat, dan kekuatan pasang surutnya akan meregangkan dan menekan Anda dengan sangat parah semakin dekat Anda. Mereka akan bekerja untuk menarik Anda ke dalam untaian yang panjang dan tipis; mereka secara efektif akan mengubah Anda menjadi mie. Para ilmuwan telah mengenali ini sejak lama, dan kami sebenarnya memiliki salah satu kata yang paling menyenangkan dari semua untuk menggambarkan apa yang terjadi pada suatu benda saat jatuh ke dalam lubang hitam: spagettifikasi!

Bahkan jika Anda memulai sebagai bola sempurna, Anda akan direntangkan ke arah lubang hitam dan dikompresi ke arah yang tegak lurus terhadapnya. Gaya di pusat objek akan sama dengan gaya total rata-rata, sementara titik yang berbeda dari pusat akan mengalami gaya total diferensial. Ini menghasilkan efek 'spaghettifying'. (KRISHNAVEDALA / WIKIMEDIA COMMONS)

Apa yang Anda lihat akan sangat menarik. Dari jarak yang sangat jauh, Anda hanya akan melihat ruang di sekitarnya melengkung, seolah-olah massa ini memberikan lensa kosmik yang bagus untuk mengubah semua cahaya di sekitarnya. Tetapi saat Anda bepergian, di pesawat ruang angkasa Anda yang diperlengkapi dengan sempurna, Anda tidak dapat dihancurkan, Anda akan mulai memperhatikan sesuatu yang aneh saat Anda mendekati lubang hitam ini.

Ketika Anda mendapatkan dua kali sedekat itu seperti sebelumnya, ukuran sudutnya tampak menjadi lebih dari dua kali lebih besar. Ketika Anda membagi jarak lagi, itu tampak semakin besar: lebih dari empat kali lebih besar dari pada awalnya.

Tidak seperti semua objek lain yang biasa Anda gunakan, di mana mereka tampak menjadi lebih besar secara proporsional dengan jarak Anda dari mereka, lubang hitam ini tampaknya tumbuh jauh lebih cepat daripada yang Anda harapkan, berkat lengkungan ruang yang luar biasa .

Karena kekuatan Relativitas Umum untuk meregangkan dan mengubah ruang, cahaya yang datang dari balik lubang hitam akan melengkung di sekitarnya, meninggalkan cakram kegelapan yang besar, sesuai dengan horizon peristiwa lubang hitam. (UTE KRAUS, GROUP PENDIDIKAN FISIKA KRAUS, UNIVERSITAT HILDESHEIM)

Alasannya sederhana. Tentu, kurva massa ruangwaktu, tetapi saat Anda semakin dekat dan lebih dekat ke massa yang sangat padat dan besar, seperti lubang hitam, kelengkungan ruang tumbuh semakin parah. Ini tentu saja meningkatkan kekuatan pasang surut Anda pada spaghettifying, tetapi juga meningkatkan jumlah cahaya yang datang dari sekitar lubang hitam yang bengkok.

Dibandingkan dengan ukuran fisiknya yang sebenarnya, horizon acara akan mulai tampak besar! Latar belakang, bintang-bintang yang jauh akan tampak memiliki posisi yang bengkok tidak sesuai dengan bentuknya, dan horizon peristiwa akan mulai mengambil alih seluruh bidang tampilan depan Anda.

Saat Anda jatuh ke dalam lubang hitam atau cukup dekat dengan horizon peristiwa, ukuran dan skalanya tampak jauh lebih besar dari ukuran sebenarnya. Bagi pengamat luar yang menyaksikan Anda jatuh, informasi Anda akan disandikan di cakrawala acara. Apa yang terjadi pada informasi itu ketika lubang hitam menguap masih belum terjawab. (ANDREW HAMILTON / JILA / UNIVERSITY OF COLORADO)

Saat Anda semakin dekat dan lebih dekat ke cakrawala acara, itu mulai mencakup semua yang ada di depan Anda. Setelah Anda melewati cakrawala peristiwa itu, nasib Anda tersegel. Tidak ada jumlah energi yang dapat Anda masukkan yang akan membawa Anda ke tempat lain selain singularitas di pusat, yang akan menghancurkan Anda ke dalam partikel subatom Anda dalam hitungan detik.

Tapi Anda belum celaka!

Pada titik ini, setelah belum melewati horizon acara, Anda masih bisa keluar. Jika Anda memberikan akselerasi yang cukup jauh dari horizon peristiwa, Anda dapat melarikan diri dari gravitasinya dan meminta Semesta kembali ke lubang aman, jauh-jauh-dari-lubang-hitam, ruangwaktu datar asimptotik. Sensor gravitasi Anda dapat memberi tahu Anda bahwa ada kemiringan lereng yang pasti menuju pusat kegelapan dan jauh dari daerah tempat Anda masih dapat melihat cahaya bintang.

Visualisasi itu, di atas, mendapatkan apa yang Anda lihat sebagian besar benar; satu-satunya pengecualian adalah bahwa akan ada perubahan warna saat Anda jatuh ke dalam lubang hitam. Cahaya eksternal, saat jatuh, akan tampak lebih biru bagi Anda saat mengenai mata Anda, dipercepat oleh kelengkungan gravitasi ekstra ruang.

Jika Anda melanjutkan kejatuhan ke arah cakrawala acara, pada akhirnya Anda akan melihat cahaya bintang mengecil menjadi titik kecil di belakang Anda, mengubah warna menjadi biru karena perubahan warna gravitasi. Pada saat terakhir sebelum Anda menyeberang ke cakrawala peristiwa, titik itu akan menjadi merah, putih, dan kemudian biru, saat gelombang mikro kosmik dan radio bergeser ke bagian spektrum yang terlihat untuk sekilas terakhir dari luar. Universe, masih berasumsi bahwa tidak ada yang cocok dengan Anda.

Ini akan menjadi pemandangan paling eksotis dan aneh dari Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik yang mungkin dilihat oleh siapa pun: energi biru yang datang dari satu titik di belakang Anda ketika Anda mengalami saat-saat terakhir Anda sebelum bertemu dengan singularitas pusat lubang hitam. (E. SIEGEL)

Dan kemudian ... kegelapan. Tidak ada. Dari dalam horizon acara, tidak ada cahaya dari luar Universe yang menghantam pesawat ruang angkasa Anda. Tidak peduli bagaimana Anda menyalakan mesin, tidak peduli apa yang Anda lakukan, tidak ada jalan keluar. Apa yang Anda lihat tidak akan menjadi cerminan dari arah tujuan Anda: singularitas akan ada di depan Anda, apa pun arah yang Anda tuju.

Tetapi Anda tidak akan benar-benar melihat keanehan itu, karena betapa anehnya ruang yang sangat melengkung ini. Sebenarnya ada cahaya dari dunia luar mengikuti Anda ke dalam lubang hitam, melintasi cakrawala acara di depan Anda, setelah Anda, dan dengan Anda. Video di bawah ini menunjukkan apa yang terjadi jika Anda membiarkan cahaya dari alam semesta luar jatuh ke dalam lubang hitam di sekitar Anda, persis seperti yang terjadi di kehidupan nyata. (Anda akan melewati cakrawala acara sekitar tanda 0:37 di video).

Hanya perlu beberapa detik, sejak Anda menyeberang cakrawala lubang hitam, untuk dihancurkan menjadi berkeping-keping. Tetapi di lubang hitam terbesar, ada kemungkinan bahwa mereka mengarah ke tempat lain: ke lubang putih, ke Alam Semesta lain, atau ke realitas fisik baru yang terselubung di balik cakrawala peristiwa yang tidak bisa kita lihat di masa lalu. Dari luar, kami tidak dapat memperoleh informasi tentang apa yang ada di dalam cakrawala acara. Yang kita miliki hanyalah teori kita.

Saya masih merekomendasikan untuk tidak jatuh ke dalam lubang hitam, jika Anda dapat membantu, karena skenario yang paling mungkin adalah Anda hanya akan terkoyak dan dihancurkan. Tetapi jika Anda benar-benar masuk ke dalam, Anda akan menjadi satu-satunya manusia yang tahu dengan pasti seperti apa itu. Anda akan menjadi orang pertama yang menemukan rahasia apa yang tersimpan di dalam lubang hitam. Anda mungkin memilih untuk tidak melakukannya, dan itu adalah pilihan cerdas. Tetapi di Alam Semesta ini, jika Anda ingin menjadi yang pertama, Anda harus mengambil risiko untuk mengetahuinya. Mungkin salah satu dari Anda, membaca ini, akan menjadi yang pertama tahu pasti.

Kirim pertanyaan Ajukan Ethan Anda ke startwababang di gmail dot com!

Mulai Dengan Bang sekarang di Forbes, dan diterbitkan ulang di Medium berkat para pendukung Patreon kami. Ethan telah menulis dua buku, Beyond The Galaxy, dan Treknology: The Science of Star Trek dari Tricorders ke Warp Drive.