Dua matematikawan telah membuktikan bahwa Hawking dan rekan-rekannya salah. Karya baru ini – yang terdapat dalam sepasang makalah terbaru oleh Christoph Kehle dari Massachusetts Institute of Technology dan Ryan Unger dari Stanford University dan University of California, Berkeley – menunjukkan bahwa tidak ada dalam hukum fisika yang kita ketahui yang mencegah pembentukan lubang hitam ekstremal. Bukti matematis mereka “indah, inovatif secara teknis, dan mengejutkan secara fisik,” kata Mihalis Dafermos, seorang matematikawan di Princeton University (dan pembimbing doktoral Kehle dan Unger). Ini memberi petunjuk pada alam semesta yang mungkin lebih kaya dan beragam di mana “lubang hitam ekstremal bisa ada di luar sana secara astrofisika,” tambahnya.
Itu tidak berarti mereka ada. “Hanya karena ada solusi matematis yang memiliki sifat bagus tidak selalu berarti bahwa alam akan menggunakannya,” kata Khanna. “Tetapi jika kita entah bagaimana menemukan satu, itu benar-benar membuat kita berpikir tentang apa yang kita lewatkan.” Penemuan seperti itu, katanya, berpotensi untuk menimbulkan “beberapa jenis pertanyaan yang cukup radikal.”
Hukum Kemustahilan Sebelum bukti Kehle dan Unger, ada alasan baik untuk percaya bahwa lubang hitam ekstremal tidak bisa ada. Pada tahun 1973, Bardeen, Carter, dan Hawking memperkenalkan empat hukum tentang perilaku lubang hitam. Mereka menyerupai empat hukum termodinamika yang sudah mapan – seperangkat prinsip yang suci yang menyatakan, misalnya, bahwa alam semesta menjadi lebih berantakan dari waktu ke waktu, dan bahwa energi tidak bisa diciptakan atau dimusnahkan. Christoph Kehle, seorang matematikawan di Massachusetts Institute of Technology, baru-baru ini membantah suatu dugaan tahun 1973 tentang lubang hitam ekstremal. Gambar: Dan Komoda/Institut Studi Lanjutan Dalam makalah mereka, para fisikawan membuktikan tiga hukum pertama termo…
Hukum Ketiga (seperti mitra termodinamika standarnya) juga akan benar, meskipun mereka belum dapat membuktikannya. Hukum itu menyatakan bahwa gravitasi permukaan lubang hitam tidak dapat turun menjadi nol dalam waktu yang terbatas – dengan kata lain, tidak ada cara untuk membuat lubang hitam ekstremal. Untuk mendukung klaim mereka, trio itu berargumen bahwa setiap proses yang memungkinkan muatan atau putaran lubang hitam mencapai batas ekstremal juga berpotensi menyebabkan horizon peristiwa lenyap sama sekali. Dipercayai secara luas bahwa lubang hitam tanpa horizon peristiwa, yang disebut singularitas telanjang, tidak bisa ada. Selain itu, karena suhu lubang hitam diketahui proporsional 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 Hawking mengusulkan bahwa lubang hitam harus melakukannya.
Pada tahun 1986, seorang fisikawan bernama Werner Israel tampaknya menyelesaikan masalah ini ketika dia mempublikasikan bukti hukum ketiga. Katakanlah Anda ingin membuat lubang hitam ekstremal dari yang biasa. Anda mungkin mencoba melakukannya dengan membuatnya berputar lebih cepat atau dengan menambahkan lebih banyak partikel bermuatan. Bukti Israel tampaknya menunjukkan bahwa melakukan hal itu tidak dapat memaksa gravitasi permukaan lubang hitam turun menjadi nol dalam waktu yang terbatas.
Seperti yang pada akhirnya akan ditemukan oleh Kehle dan Unger, argumen Israel menyembunyikan kekurangan. Kematian Hukum Ketiga Kehle dan Unger tidak berniat menemukan lubang hitam ekstremal. Mereka menemukan mereka secara kebetulan sepenuhnya. Mereka sedang mempelajari pembentukan lubang hitam bermuatan listrik. “Kami menyadari bahwa kami bisa melakukannya” – membuat lubang hitam – “untuk semua rasio muatan-ke-massa,” kata Kehle. Itu termasuk kasus di mana muatannya sebanyak mungkin, ciri khas lubang hitam ekstremal. Setelah membuktikan bahwa lubang hitam ekstremal dengan muatan tinggi secara matematis mungkin, Ryan Unger dari Stanford University sekarang mencoba menunjukkan bahwa yang berputar cepat juga, meskipun itu adalah masalah yang jauh lebih sulit. Fotografi: Dimitris Fetsios Dafermos menyadari bahwa mantan muridnya telah menemukan sebuah contoh yang melawan hukum ketiga Bardeen, Carter, dan Hawking: Mereka telah menunjukkan bahwa mereka memang bisa mengubah lubang hitam tipikal menjadi ekstremal dalam rentang waktu yang terbatas. Kehle dan Unger memulai dengan lubang hitam yang tidak berputar dan tidak memiliki muatan, dan memodelkan apa yang mungkin terjadi jika ditempatkan dalam lingkungan yang disederhanakan yang disebut medan skalar, yang mengasumsikan latar belakang dari partikel bermuatan secara seragam. Mereka kemudian menyerang lubang hitam dengan pulsa dari medan untuk menambahkan muatan kepadanya.