HOLOGRAPHIC UNIVERSE

Leonard Susskind menemukan sesuatu yang menarik perhatiannya pada properti dari Black Hole yang membawanya kepada ide dimana seluruh alam semesta memiliki kemiripan dengan Black Hole. Susskind menuangkan kisah perdebatannya ini ke dalam sebuah buku yang ia beri judul :

“The Black Hole War: My Battle with Stephen Hawking to Make the World Safe for Quantum Mechanics”

---

Information is indestructible

Prinsip awal untuk memahami teori ini adalah dengan mengetahui hukum penting fisika mengenai informasi; bahwa informasi tidak bisa musnah. Informasi tidak bisa dihilangkan, tidak bisa dihapus. Informasi akan ada terus sepanjang masa. Informasi ini berbentuk bit. Seperti pada ilmu komputer, satuan informasi terkecil (yaitu data) adalah bit. Pada alam ini, informasi pun tersimpan dalam bit. Satu bit ini diwakili oleh sebuah partikel fundamental, misalkan photon atau partikel fundamental lain.

Informasi seperti apakah yang kita bicarakan ini? Semuanya. Misal sebuah pensil, ada jutaan informasi yang tersimpan dalam pensil ini, mulai dari yang paling sederhana seperti ukurannya; panjang, lebar, tinggi, kemudian warna, berat, sampai ke yang lebih dalam seperti jenis kayu, karbon, jenis cat yang digunakan, suhu, kandungan air, usia, hingga sampai ke molekul dan atom yang menyusunnya, arah dan kecepatan partikel, dan lain sebagainya. Semua itu adalah informasi yang tersimpan di dalam pensil, dan yang dapat digunakan untuk menyusun pensil itu kembali jika dihancurkan. Informasi-informasi tersebut tersimpan dalam satuan bit.

Bit informasi ini mempengaruhi suhu. Semakin banyak informasi yang bergerak, semakin tinggi suhunya.

---

Entropy

Saya sudah pernah singgung mengenai entropi di tulisan-tulisan saya sebelumnya. Ada baiknya saya singgung sedikit di sini. Entropi adalah tingkat ketidakteraturan suatu sistem. Hukum entropi mengatakan bahwa alam ini bergerak dari kondisi teratur ke tidak-teratur. Dari order to disorder. Entropi berlaku dimana saja di alam semesta ini. Contoh mudahnya, es dari kondisi teratur mencair menjadi air yang tidak teratur. Entropi berhubungan langsung dengan suhu. Semakin tinggi entropi (tingkat ketidakteraturan) suatu sistem, semakin tinggi pula suhunya.

Jika masih kurang paham mengenai entropi ini, silahkan lakukan pencarian di internet mengenai entropi yang lebih lengkap.

---

Black Hole

Black Hole atau lubang hitam adalah bintang yang runtuh. Sebuah bintang yang jika sudah kehabisan energi, maka setiap atomnya akan mulai mengkerut, yaitu electron pada orbit atom kehabisan energi dan jatuh ke inti atom, sehingga ukuran atom mengecil. Ini bagaikan meniadakan ruang pada setiap atom penyusun bintang itu. Massa bintang tidak berubah, namun ukurannya berubah drastis. Gravitasi pada bintang runtuh ini sangat kuat bahkan cahaya pun tidak dapat lolos. Jika cahaya saja tidak dapat lolos, maka tidak ada satu obyek pun di alam semesta ini yang dapat lolos. Semua benda yang melintas akan tersedot ke dalam lubang hitam ini yang berpusat pada singularity.

Kekuatan gravitasi lubang hitam berkurang pada jarak tertentu dari pusat singularitas. “Jarak aman” ini membentuk sebuah wilayah atau tapal batas yang disebut sebagai event horizon(horison peristiwa). Di event horizon ini cahaya atau photon masih cukup kuat untuk tidak tersedot oleh gravitasi black hole, namun tidak cukup kuat untuk menjauh darinya, sehingga photon hanya melayang-melayang di event horizon. Jika anda pernah bertanya-tanya apakah photon bisa berhenti bergerak (karena ia tidak memiliki massa diam), maka jawabannya adalah ya, ia bisa berhenti bergerak, di event horizon.

---

Black Hole and Entropy

Bisa dibayangkan bahwa black hole berbentuk seperti bola berwarna hitam. Namun oleh karena tidak ada yang dapat lolos dari dalam black hole, maka kita tidak bisa mengetahui interior dari black hole itu. Kita hanya bisa mengukur permukaannya saja, sebatas event horizon. Seorang fisikawan bernama Jacob Bekenstein, mengatakan bahwa black hole memiliki entropi. Ini artinya black hole memiliki suhu, dan black hole memancarkan radiasi (yang dinamakan Hawking radiation). Dan yang lebih mencengangkan lagi adalah bahwa volume black hole berbanding lurus dengan luas permukaanblack hole tesebut. Atau lebih mudahnya adalah bahwa volume black hole adalah sama dengan luas permukaannya.

Bagaimana mungkin Volume atau isi dari suatu obyek yang terbentuk dari 3 dimensi-ruang bisa sama dengan Luasnya (2 dimensi ruang)? Terdengar aneh? tetapi demikianlah kenyataannya. Untuk memahami hal ini kita harus mengetahui dulu apa itu 2D dan 3D.

---

2D vs 3D

Untuk memahami konsep 2 dimensi-ruang dan bagaimana hubungannya dengan black hole di atas, saya akan mencoba merangkum (dari video di atas). Dalam sebuah konstruksi obyek 2 dimensi, kita memerlukan dimensi panjang dan dimensi lebar. Sehingga membentu selembar obyek 2 dimensi. Unit-unit terkecil pada selembar obyek 2 dimensi dinamakan Pixel. Satu unit pixel terkecil sama dengan satu unit planck, satu unit pixelterkecil ini dapat diisi oleh sebuah partikel fundamental. Di setiap unit pixel yang ditempati 1 buah partikel fundamental inilah bit – kepingan terkecil informasi tersimpan.

Untuk sebuah konstruksi obyek 3 dimensi-ruang. Kita memerlukan panjang, lebar, dan tinggi. Unit terkecil dari kubus 3 dimensi dinamakan Voxel (vo, untuk volume).

 

---

Information + Black Hole

Apa yang terjadi jika sebuah benda dijatuhkan ke dalam black hole? Sebagian berkata bahwa benda tersebut hancur dikarenakan permukaan black hole yang sangat panas. Ada yang berpendapat, jika pun benda tersebut mampu menahan panasnya suhu permukaan black hole, benda tersebut akan hancur ketika masuk ke dalam interior black hole yang berupa singularitas. Ada juga yang berpendapat bahwa benda tersebut tidak hancur di dalamblack hole.

Yang terjadi adalah seperti ini:
Benda tersebut akan hancur dan selamat secara bersamaan. Ini adalah sifat mekanika quantum, benda tersebut akan berada pada dua kondisi sebelum ditentukanya kondisi mana yang sesungguhnya terjadi. Ingat percobaan pikiran kucing Schrodinger? Jika anda kebingungan akan hal ini, mungkin ada baiknya mencari-cari artikel mengenai mekanika quantum khususnya percobaan kucing Schrodinger.

Kondisi pertama adalah, benda tesebut akan hancur di permukaan black hole, namun informasi yang dikandungnya akan tetap ada. Informasi tersebut dibawa oleh partikel-partikel fundamental yang membentuk benda tersebut. Partikel-pertikel itu tidak dapat hancur dan senantiasa ada, menghuni permukaan black hole. Kondisi kedua, yang juga terjadi secara bersamaan adalah benda tersebut selamat masuk ke dalam black hole, hal ini karena informasi yang benda yang tersimpan pada permukaan black hole terproyeksikan ke dalam interior black hole.

Benda yang jatuh – yang berwujud 3 dimensi itu – informasinya akan tersimpan pada medium 2 dimensi (permukaan black hole). 3D menjadi 2D. Untuk dapat memahaminya dengan lebih baik, kita sudah familiar dengan pencitraan obyek/gambar dari 2D menjadi 3D, yaitu pada hologram. Hologram adalah teknologi yang digunakan untuk merubah 2D menjadi 3D. Merubah Pixel menjadi Voxel.

Contoh yang paling sering anda lihat dan dapat kita gunakan untuk memahami konsep hologram di sini adalah seperti gambar di bawah ini;

Selembar hologram adalah obyek 2 dimensi dengan gambar acak, seperti gambar di atas yang tidak dapat kita mengerti, acak dan chaos, karena begitu bangyak informasi tersimpan padanya – pada setiap pixel pada lembar hologram itu yang berukuran sangat kecil. Lalu untuk mengerti apa yang diwujudkan oleh hologram itu adalah dengan cara memproyeksikan data tersebut ke dalam 3 dimensi ruang, seperti yang diilustrasikan pada  gambar di bawah ini.

Di atas adalah penggambaran atau ilustrasi bagaimana data 2D diproyeksikan menjadi obyek 3D. dari pixel ke voxel.

Kembali pada nasib benda yang jatuh ke dalam black hole itu, benda tersebut juga akan terproyeksikan kembali di dalam interior black hole sebagai obyek 3D seperti semula, dari informasi 2D yang ada di permukaan black hole. Namun oleh karena tidak ada satu instrumen pun yang mampu mengobservasi nasib benda tersebut di dalam blak hole, maka kita tidak akan pernah tau apakah hal ini benar.

Kita lupakan sejenak benda yang ada di dalam black hole dan nasibnya yang kurang beruntung itu. Mari kita lebih memfokuskan bahasan kita pada informasi yang tersimpan pada permukaan black hole. Informasi yang tersimpan pada permukaan black hole tidak akan hilang dan jika dikumpulkan, dapat digunakan untuk membangun kembali benda yang tadi hancur tersebut. 2D menjadi 3D. Pixel menjadi Voxel.

Jika anda sedang berada di dalam sebuah ruangan tertutup, maka sesungguhnya, seluruh obyek yang ada di dalam ruangan itu termasuk anda sendiri dapat diketahui hanya dengan mengambil informasi yang ada pada dinding ruangan. Demikian perumpamaan mudahnya.

---

Our Universe is a Hologram?

Menurut String/M-Theory, dan juga Quantum Mechanics, kedua cabang ilmu fisika teoretis ini bermuara pada kesimpulan yang sama dimana alam semesta kita tidak sendirian. Ada alam semesta lain di luar alam semesta kita. Dimanakah batas alam semesta? Alam semesta adalah alam yang terhitung/ter-observasi/terjangkau oleh ilmu pengetahuan. Jika cahaya (photon) adalah batas kecepatan tertinggi di alam ini – yang sekaligus juga boleh kita katakan sebagai batas ilmu pengetahuan, maka batas alam semesta ditentukan oleh sejauh apa cahaya dapat mencapainya. Jika cahaya tidak dapat mencapainya maka wilayah tersebut tak terjangkau (un-observable universe), Itulah tapal batas alam semesta, atau disebut “Cosmic Horizon“.

Namun, oleh karena tapal batas ini ditentukan oleh kemampuan partikel fundamental untuk meraihnya, maka Cosmic Horizon ini boleh jadi adalah membrane atau brane (pada M-Theory, baca tulisan saya “Braneworlds“). Alam semesta kita berada dalam sebuah membrane. Dan ada banyak membrane lain di luar membrane alam semesta kita. Setiap membrane bisa juga berisi sebuah alam semesta yang mirip dengan alam semesta kita, atau berbeda sama sekali. Membrane-membrane itu bisa jadi sangat dekat dengan kita, tetapi karena tidak ada partikel yang dapat keluar dari membrane ini, maka membrane tetangga itu tidak dapat kita raih atau diketahui keberadaannya.

Anda bisa membayangkan, jika alam semesta kita yang di dalam sebuah membrane ini di -‘lihat’ oleh pengamat di luar membrane (sang pengamat berada di membrane yang membungkus membrane kita, yaitu yang berdimensi-ruang lebih tinggi), maka ia akan mampu mengetahui isi alam semesta kita, dari partikel terkecil hingga obyek terbesar, hanya dengan mengambil informasi yang tersimpan pada dinding membrane kita ini, pada cosmic horizon. Sama dengan sifat black hole yang kita bicarakan di atas, bahwa seluruh informasi isi black hole adalah sama dengan luasan black hole itu sendiri. Dan oleh karena mekanika atau fisika di dalam dan di luar black hole adalah sama, maka, alam semesta kita yang berdimensi ruang tiga ini, disalinkan pada selembar informasi berdimensi-ruang dua di cosmic horizon. Atau keberadaan kita dan seluruh ini alam semesta kita ini adalah dari selembar informasi 2 dimensi-ruang yang diproyeksikan ke wujud 3 dimensi-ruang.

Sampailah kita pada pertanyaan besar. Jika apa yang dianalisa dan dihitung oleh Leonard Susskind (melalui debat sengit – “war” -nya dengan Stephen Hawking) adalah benar, maka sangatlah mungkin bahwa seluruh isi alam semesta ini adalah sebuah proyeksi hologram dari sebuah permukaan yang luas yang membungkus alam semesta ini – cosmic horizon. We live in a Holographic Universe?

“The world is a pixelated world, not a voxelated world.” (Leonard Susskind)

===========================================

Leonard Susskind. Awalnya tuh bermula gara2 si Hawking ngebuat statement bahwa semua informasi yang masuk ke sebuah black hole itu pada akhirnya akan musnah.. Nah si Susskind gak seneng sama ide-nya, karena secara gak langsung statement si Hawking itu menunjukan bahwa salah satu hukum Quantum Mechanics, i.e. hukum kekekalan informasi, itu salah. Dia pada awalnya bukan ahli black hole, cuman gara2 tertantang sama si Hawking, dia jadi menekunin fisika-nya black hole. Nah setelah dia teliti2 dengan seksama, akhirnya dia mencapai kesimpulan bahwa informasi yang ditelan black hole itu gak bakal ilang dan di-publish lah paper dia di jurnal. Setelah beberapa lama, si Hawking buat statement bahwa dia ternyata memang salah, dan si Susskind lah yang bener.

Informasi yang masuk ke black hole emang akan tersimpan di dalam event horizon dari si black hole tsb, tapi bukan itu yang dipermasalahkan oleh Susskind. Menurut si Hawking, black hole itu akan terevaporasi sejalan dengan bertambah umurnya, melalui radiasi (Hawking’s Radiation). Sampe pada saatnya, si black hole akan lenyap/habis terevaporasi dari alam semesta ini. Trus kemana semua informasi yang pernah masuk ke dalam black hole tsb? Meenurut Hawking, semua informasinya ilang, dan ini yang ditentang oleh si Susskind. Lalu sebenernya kemana semua informasi yang masuk ke dalam black hole tsb? Karena gw lupa2 inget solusi-nya seharusnya bagaimana, coba baca ini aja: http://en.wikipedia.org/wiki/Black_h…mation_paradox

Nah dari penelurusan Susskind, ternyata dia menemukan juga bahwa, cmiiw, black hole itu pada dasarnya mirip dengan objek dua dimensi, kalo dilihat dari sisi volume-nya.