Versi asli cerita ini muncul di Majalah Quanta. Pada awal waktu dan di tengah setiap lubang hitam terdapat titik kepadatan tak terhingga yang disebut singularitas. Untuk mengeksplorasi misteri-misteri ini, kita mengambil apa yang kita ketahui tentang ruang, waktu, gravitasi, dan mekanika kuantum dan menerapkannya ke tempat di mana semua hal itu hanya rusak. Mungkin tidak ada yang menantang imajinasi lebih dari alam semesta. Fisikawan masih percaya bahwa jika mereka bisa menemukan penjelasan yang koheren untuk apa yang sebenarnya terjadi di sekitar singularitas, sesuatu yang mengungkap akan muncul, mungkin pemahaman baru tentang apa yang terbuat dari ruang dan waktu.
Pada akhir tahun 1960-an, beberapa fisikawan berspekulasi bahwa singularitas mungkin dikelilingi oleh wilayah kekacauan yang berputar-putar, di mana ruang dan waktu tumbuh dan menyusut dengan sembarangan. Charles Misner dari University of Maryland menyebutnya sebagai “universum Mixmaster,” dari apa yang saat itu merupakan lini peralatan dapur yang populer. Jika seorang astronot jatuh ke dalam lubang hitam, “seseorang bisa membayangkan ia mencampur bagian tubuh astronot tersebut dengan cara yang seperti mixer atau pengocok telur mencampur kuning dan putih telur,” tulis Kip Thorne, seorang fisikawan penerima Nobel.
Teori umum relativitas Einstein, yang digunakan untuk menjelaskan gravitasi lubang hitam, menggunakan satu persamaan lapangan untuk menjelaskan bagaimana ruang melengkung dan materi bergerak. Namun, persamaan itu menggunakan singkatan matematika yang disebut tensor untuk menyembunyikan 16 persamaan terpisah yang saling terkait. Beberapa ilmuwan, termasuk Misner, telah merancang asumsi penyederhanaan yang berguna untuk memungkinkan mereka menjelajahi skenario seperti universum Mixmaster.
Tanpa asumsi-asumsi tersebut, persamaan Einstein tidak dapat dipecahkan secara analitis, dan bahkan dengan asumsi tersebut, terlalu rumit untuk simulasi numerik pada saat itu. Seperti peralatan dapur yang dinamai dari mereka, gagasan-gagasan ini keluar dari gaya. “Dinamika ini seharusnya menjadi fenomena yang sangat umum dalam gravitasi,” kata Gerben Oling, seorang peneliti pascadoktoral di University of Edinburgh. “Tetapi ini sesuatu yang keluar dari radar.”
Dalam beberapa tahun terakhir, fisikawan telah mengulang kembali kekacauan di sekitar singularitas dengan alat matematika baru. Tujuan mereka adalah ganda. Satu harapan adalah untuk menunjukkan bahwa pendekatan yang Misner dan yang lainnya buat adalah pendekatan yang valid dari gravitasi Einsteinian. Yang lainnya adalah untuk mendekatkan diri ke singularitas dengan harapan bahwa ekstrem mereka akan membantu menyatukan teori umum relativitas dengan mekanika kuantum dalam teori gravitasi kuantum, yang telah menjadi tujuan fisikawan selama lebih dari satu abad. Seperti yang dikatakan Sean Hartnoll dari University of Cambridge, “Waktunya tepat sekarang untuk gagasan-gagasan ini dikembangkan sepenuhnya.”
Kelahiran Chaos Mixmaster
Thorne menggambarkan akhir tahun 60-an sebagai “zaman keemasan” untuk penelitian lubang hitam. Istilah “lubang hitam” baru saja mulai digunakan secara luas. Pada September 1969, saat kunjungan ke Moskow, Thorne diberikan naskah oleh Evgeny Lifshitz, seorang fisikawan Ukraina terkemuka. Bersama dengan Vladimir Belinski dan Isaak Khalatnikov, Lifschitz telah menemukan solusi baru untuk persamaan gravitasi Einstein dekat singularitas, menggunakan asumsi yang mereka buat. Lifshitz khawatir sensor Soviet akan menunda publikasi hasil tersebut, karena bertentangan dengan bukti sebelumnya yang ia tulis bersama, jadi ia meminta Thorne untuk membagikannya di barat.
Model lubang hitam sebelumnya mengasumsikan simetri yang sempurna yang tidak ditemukan dalam alam, mengasumsikan, misalnya, bahwa sebuah bintang adalah bola sempurna sebelum runtuh menjadi lubang hitam, atau bahwa ia tidak memiliki muatan listrik bersih. (Asumsi-asumsi ini memungkinkan persamaan Einstein untuk dipecahkan, dalam bentuk paling sederhana, oleh Karl Schwarzschild segera setelah Einstein menerbitkannya.) Solusi yang ditemukan oleh Belinski, Khalatnikov, dan Lifschitz, yang kemudian disebut solusi BKL setelah inisial mereka, menggambarkan apa yang mungkin terjadi dalam situasi yang lebih berantakan, lebih realistis di mana lubang hitam terbentuk dari objek-objek berbentuk tidak teratur. Hasilnya bukanlah peregangan mulus ruang dan waktu di dalamnya, tetapi lautan ruang dan waktu yang bergelombang meregang dan menciut dalam beberapa arah.
Thorne menyelundupkan naskah tersebut kembali ke Amerika Serikat dan mengirimkan salinan kepada Misner, yang ia tahu sedang memikirkan hal-hal serupa. Ternyata Misner dan kelompok Soviet secara mandiri telah mendarat pada ide-ide yang sama menggunakan asumsi yang serupa dan teknik yang berbeda. Lebih dari itu, kelompok BKL “menggunakannya untuk memecahkan masalah terbesar dari era tersebut dalam relativitas matematika,” kata Thorne, yang berkaitan dengan keberadaan apa yang dikenal sebagai singularitas “generik.” Belinski, anggota terakhir dari trio BKL, baru-baru ini mengatakan dalam sebuah email bahwa deskripsi-deskripsi hidup dari Misner pada gilirannya membantunya memvisualisasikan situasi kacau di dekat singularitas yang mereka ungkapkan bersama.