Teori-Teori Stephen Hawking

Kematian Stephen Hawking beberapa waktu lalu menjadi perbincangan hangat. Kursi roda dan alat bantu bicara robotik membuat penampilannya eksentrik dan mudah dikenal. Beliau berkali-kali muncul sebagai cameo di media populer, menjadikannya terkenal bukan hanya di kalangan fisikawan tapi juga di masyarakat umum. Tapi, selain menjadi fisikawan seleb, tahukah kamu jasa-jasa beliau di dunia yang ia geluti: Fisika Teori?

Di antara karya-karya beliau ada beberapa teori besar yang mengubah peta penelitian fisika teoretik yaitu teori singularitas, radiasi lubang hitam, serta teori tentang asal muasal waktu menggunakan konsep waktu imajiner dan fungsi gelombang alam semesta.

Teori Singularitas (Penrose-Hawking Singularity Theorem) [1]

Salah satu masalah dalam perumusan Einstein adalah adanya singularitas, di mana di beberapa titik di alam semesta kepadatan atau tarikan gravitasinya bernilai tak hingga. Contohnya ada pada pusat lubang hitam. Penrose dan Hawking mempelajari kondisi-kondisi di mana singularitas dapat terjadi. Selain itu, Hawking juga menyimpulkan bahwa awal alam semesta kita, yaitu Ledakan Besar (Big Bang) juga merupakan singularitas, sehingga ruang dan waktu pada saat itu memiliki kepadatan tak berhingga.

Radiasi Hawking [2]

Awal abad 20, ada dua teori besar yang lahir yaitu Teori Relativitas Einstein dan Mekanika Kuantum. Walaupun dicetuskan dalam waktu berdekatan, bahasan kedua bidang ini sangat berbeda. Teori Relativitas ada di ranah skala besar (alam semesta, lubang hitam, big bang) sedangkan mekanika kuantum menjelaskan fenomena partikel kecil seperti elektron dan proton. Setelah pondasi kedua teori ini solid, fisikawan pada dekade selanjutnya berhasrat untuk menyatukan kedua teori ini menjadi teori baru yang disebut Teori Segalanya (theory of everything).

Radiasi Lubang Hitam menjadi jawaban Stephen Hawking untuk mencapai tujuan itu. Di dalam teori relativitas, segala yang masuk ke lubang hitam tidak akan bisa keluar lagi. Tapi dengan mempertimbangkan fluktuasi kuantum di permukaannya, lubang hitam dapat melepaskan partikel dalam bentuk radiasi. Teori ini melahirkan bahasan lubang hitam yang baru yaitu Termodinamika Lubang Hitam yang mencakup sifat-sifat energi, luas permukaan, entropi, dan suhu dari lubang hitam.

Teori Asal Muasal Waktu [3]

gagasan ini merupakan lanjutan dari ambisi Hawking sebelumnya untuk menemukan Teori Segalanya, sekaligus memecahkan masalah singularitas di awal alam semesta. Gagasan pertamanya adalah transformasi koordinat waktu menjadi imajiner. Dengan begini, alam semesta akan memiliki koordinat waktu yang periodik sehingga singularitas akan hilang. Lebih jauh, Hawking menggambarkan awal alam semesta dengan menggunakan fungsi gelombang kuantum (Hartle-Hawking State). Kesimpulannya, Hawking menunjukkan alam semesta dapat terjadi dengan sendirinya. Mengutip kata-katanya yang kontroversial, Tuhan tidak dibutuhkan dalam menjelaskan asal usul alam semesta. Selain kontroversial di kalangan agamawan, gagasan ini masih sebatas spekulasi, bersaing dengan teori lain tentang awal alam semesta seperti teori membran dan model kisi yang sama-sama belum dapat dibuktikan.

Terlalu banyak jasa-jasa beliau di fisika teoretik untuk dituliskan di satu halaman. Selain tiga teori di atas, banyak sumbangan-sumbangan lain yang diberikan Stephen Hawking dalam memecahkan misteri-misteri alam semesta, salah satu contohnya adalah perhitungan radiasi gelombang gravitasi pada dua lubang hitam yang bertumbukan, yang akhirnya dipakai saat memprediksi gelombang gravitasi sebelum terkonfirmasi tahun 2016 lalu [4].

Referensi:

1. Hawking, S.W.; Penrose, R. (1970). “The Singularities of Gravitational Collapse and Cosmology”. Proc. Royal Soc. A. 314 (1519): 529–548.
2. Hawking, S.W. (1975). “Particle Creation by Black Holes”. Commun.Math.Phys. 43 (1975): 199-220.
3. Hartle, J.; Hawking, S. (1983). “Wave function of the Universe”. Phys.Rev.D. 28 (12): 2960–2975.
4. Hawking, S. (1971). “Gravitational Radiation from Colliding Black Holes”. Phys.Rev.Let. 26 (21): 1344–1346.