Horizon peristiwa

Pada relativitas umum, horizon peristiwa adalah perbatasan dalam ruang-waktu, suatu daerah disekitar lubang hitam, yang di dalamnya peristiwa-peristiwa tidak dapat memengaruhi pengamat yang berada di luar. Cahaya yang dipancarkan dari dalam horizon peristiwa tidak akan pernah bisa mencapai pengamat , dan apapun yang melewati horizon peristiwa dari sisi pengamat nampak diam ditempat, dengan citranya menjadi lebih bergeser ke arah merah seiring berjalannya waktu.

Tipe horizon yang lebih khusus termasuk horizon yang berkaitan namun berbeda dari horizon peristiwa yaitu horizon absolut dan horizon tampak yang ditemukan di sekitar lubang hitam. Ide lain yang berbeda termasuk horizon Cauchy dan pembunuh; bola foton dan ergosfer dari solusi Reissner-Nordström; horizon partikel dan horizon kosmologis yang relevan bagi kosmologi; dan horizon dinamis yang penting dalam penelitian lubang hitam saat ini.

Horizon peristiwa sebuah lubang hitam

Artikel utama: Lubang hitam

Contoh horizon peristiwa yang paling umum dikenal didefinisikan disekitar deskripsi relativitas umum tentang lubang hitam, benda langit yang begitu mampat hingga tidak ada materi atau radiasi yang dapat lolos dari medan gravitasinya. Ini kadang dideskripsikan sebagai perbatasan yang didalamnya kecepatan lolos dari lubang hitam lebih besar daripada kecepatan cahaya. Deskripsi alternatif adalah bahwa di dalam horizon ini semua jalur bak-cahaya (jalur-jalur yang dapat dilintasi cahaya), karenanya semua jalur di kerucut cahaya muka dari partikel di dalam lubang hitam, dilengkungkan untuk jatuh lebih jauh ke dalam lubang hitam. Begitu partikel berada di dalam horizon tersebut, bergerak ke dalam lubang tersebut tidak bisa dihindari seperti halnya bergerak maju dalam waktu (dan sebenarnya dapat dipikirkan sebagai sepadan dengan melakukannya, tergantung pada sistem koordinat ruang-waktu yang digunakan.

Permukaan pada jari-jari Schwarzschild bertindak sebagai horizon peristiwa pada benda tidak berotasi yang pas dalam jari-jari ini. (Sebuah lubang hitam yang berotasi bekerja agak berbeda.) Jari-jari Schwarzschild suatu objek sebanding dengan massa. Untuk massa matahari sekitar 3 km, dan untuk bumi sekitar 9 mm. Untuk lubang hitam yang terbentuk dari runtuhnya sebuah bintang (yang massanya diatas batas Chandrasekhar) batas bawahnya sekitar 4 km.

Horizon peristiwa dari lubang hitam patut diperhatikan terutama untuk tiga alasan. Pertama, ada banyak contoh yang cukup dekat untuk dipelajari. Kedua, lubang hitam cenderung menarik ke dalam materi dari lingkungannya, yang memberi contoh dimana materi yang hampir melalui suatu horizon peristiwa diharapkan dapat diamati. Ketiga, deskripsi lubang hitam yang diberikan oleh relativitas umum diketahui sebagai perkiraan, dan diharapkan bahwa efek gravitasi kuantum menjadi berarti di daerah dekat horizon peristiwa. Ini memungkinkan pengamatan materi di sekitar horizon peristiwa lubang hitam digunakan untuk secara tidak langsung mempelajari relativitas umum dan mengusulkan pengembangan padanya

Definisi "horizon peristiwa" oleh Hawking & Ellis, Misner, Thorne & Wheeler, and Wald berbeda dengan yang ada disini. Definisi mereka mengesampingkan horizon kosmologis dan horizon partikel yang diberikan di bawah (begitu juga horizon tampak). Namun demikian, penggunaan modern telah membawa gagasan itu dibawah payung istilah "event horizon". (Lihat, contohnya,.) Untuk membuat perbedaaan ini lebih jelas, beberapa pengarang merujuk pada ide yang lebih khusus dari horizon sebagai "horizon absolut". Dalam konteks lubang hitam, horizon peristiwa hampir selalu merujuk pada horizon absolut, sebagai berbeda dari horizon tampak.

Horizon peristiwa dari alam semesta teramati

Horizon partikel dari alam semesta teramati adalah perbatasan yang merepresentasikan jarak maksimum dimana peristiwa-peristiwa dapat diamati saat ini. Untuk peristiwa-peristiwa di luar jarak itu, cahaya tidak memiliki waktu untuk mencapai tempat kita berada, bahkan jika ia dipancarkan pada waktu alam semesta dimulai. Cara horizon partikel berubah seiring berjalannya waktu tergantung pada sifat berkembangnya alam semesta. Jika mengembangnya alam semesta tersebut memiliki ciri tertentu, ada bagian alam semesta yang tidak pernah dapat diamati, selama apapun pengamat menunggu cahaya datang dari tempat tersebut. Perbatasan dimana waktu sebelumnya peristiwa-peristiwa tidak akan pernah diamati adalah horizon peristiwa, dan ia menyatakan jarak terjauh dari horizon partikel.

Kriteria untuk menentukan apakah suatu horizon peristiwa untuk suatu alam semesta ada adalah sebagai berikut . Definisikan satu jarak segerak $d_{E}$ oleh

$d_{E}=\int _{t_{0}}^{\infty }{\frac {c}{a(t)}}dt\ .$

Pada persamaan ini, a adalah faktor skala, c adalah kecepatan cahaya, dan t₀ adalah umur alam semesta. Jika $d_{E}\rightarrow \infty$, (yaitu sembarang menunjuk sejauh yang dapat diamati), maka horizon peristiwa tidak ada. Jika $d_{E}\neq \infty$, suatu horizon ada.

Contoh model-model kosmologis tanpa horizon peristiwa aadalah alam-alam semesta yang didominasi oleh materi atau oleh radiasi. Satu contoh model kosmologis yang ada horizon peristiwanya adalah alam semesta yang didominasi oleh konstanta kosmologis (alam semesta de Sitter).

Horizon peristiwa sebuah partikel yang dipercepat

Diagram ruang-waktu yang menunjukkan suatu partikel yang dipercepat, P, dan suatu peristiwa E yang ada di luar horizon peristiwa partikel tersebut. Kerucut cahaya muka dari peristiwa tersebut tidak pernah berpotongan dengan garis dunia partikel itu.

Jika suatu partikel bergerak dengan kecepatan tetap dalam alam semesta tak mengembang yang bebas dari medan gravitasi, peristiwa apapun yang terjadi dalam alam semesta itu akhirnya akan teramati oleh partikel tersebut, karena kerucut cahaya muka dari peristiwa-peristiwa ini berpotongan dengan garis dunia partikel itu. Di pihak lain, jika partikel tersebut dipercepat, pada beberapa situasi kerucut cahaya dari beberapa peristiwa tidak pernah memotong garis dunia partikel itu. Dalam keadaan ini, horizon peristiwa ada pada kerangka acuan (yang dipercepat) dari partikel tersebut, mewakili perbatasan yang diluarnya peristiwa-peristiwa tidak dapat diamati.

Contohnya, ini terjadi dengan partikel dipercepat secara seragam. Diagram ruang-waktu situasi ini ditunjukkan pada gambar di sebelah kanan. Saat partikel itu mengalami percepatan, ia mendekati, namun tidak pernah mencapai, kecepatan cahanya mengacu pada kerangka acuan asalnya. Pada diagram ruang-waktu, jalurnya adalah hiperbola, yang mendekati secara asimtot suatu garis 45 derajat (jalur dari berkas cahaya). Suatu peristiwa yang tepian kerucut cahayanya merupakan asimtot ini atau lebih jauh dari asimtot ini tidak akan pernah teramati oleh partikel yang dipercepat itu. Pada kerangka acuan partikel itu, nampaknya merupakan perbatasan di baliknya dari mana tak satu sinyalpun yang dapat lolos (sebuah horizon peristiwa).

Sementara perkiraan dari macam situasi ini dapat terjadi di dunia nyata (contohnya pada akselerator partikel, suatu horizon peristiwa yang sebenarnya tidak pernah ada, karena partikel itu harus dipercepat secara tak terbatas (memerlukan energi dalam jumlah besar berapapun dan peralatan yang besarnya berapapun).

Berinteraksi dengan horizon peristiwa

Kesalahpengertian tentang horizon peristiwa, terutama horizon peristiwa lubang hitam, adalah bahwa mereka merepresentasikan permukaan tak dapat berubah yang menghancurkan benda apapun yang mendekatinya. Pada kenyataannya, semua horizon peristiwa nampak memiliki jarak tertentu dari pengamat , dan benda yang dikirim ke suatu horizon peristiwa tidak pernah tampak menyeberanginya dari sudut pandang pengamat yang mengirim benda tersebut (karena kerucut cahaya peristiwa yang melewati horizon tidak pernah berpotongan dengan garis dunia pengamat). Mencoba membuat sebuah benda yang mendekati horizon tersebut tetap diam di tempat dari pengamat memerlukan gaya yang besarnya menjadi tak terbatas (menjadi tak terhingga) dengan semakin dekatnya benda tersebut.

Untuk horizon peristiwa yang dilihat oleh pengamat yang mengalami percepatan seragam di ruang kosong, horizon tersebut nampak berada pada jarak tetap dari pengamat tersebut bagaimanapun lingkungannya bergerak. Mengubah-ubah percepatan pengamat tersebut dapat menyebabkan horizon itu nampak bergerak dengan berjalannya waktu, atau dapat menghalangi adanya horizon peristiw, tergantung fungsi percepatan yang dipilih. Perngamat itu tidak pernah menyentuh horizon tersebut, dan tidak pernah melalui tempat horizon tersebut tampak berada.

Untuk horizon yang dilihat oleh penghuni alam semesta De Sitter, horizon tersebut selalu nampak pada jarak tetap dari pengamat tak-dipercepat. Ia tidak pernah berkontraksi, bahkan oleh pengamat yang mengalami percepatan.

Untuk horizon di sekitar lubang hitam, pengamat yang diam dari suatu benda jauh semuanya akan setuju tentang tempat horizon tersebut berada. Sementarahal ini nampak memungkinkan seorang pengamat menuruni lubang tersebut pada sebuah tali untuk kontak dengan horizon tersebut, pada kenyataannya hal tersebut tidak bisa dilakukan. Jika pengamat tersebut turun sangat lambat, maka, dari kerangka acuan pengamat itu, horizon tersebut tampak sangat jauh, lebih banyak tali yang diperlukan untuk mencapai horizon itu. Jika pengamat tersebut didahului turun oleh pengamat lain dengan cepat, maka pengamat pertama, dan beberapa tali dapat menyentuh bahkan menyeberangi horizon peristiwa (pengamat kedua) itu. Jika tali tersebut diikat erat pada ikan yang dikeluarkan pengamat itu, maka gaya sepanjang tali meningkat tanpa batas dengan mendekatnya mereka pada horizon itu, dan pada satu titik tali tersebut pasti putus. Lebih jauh lagi, putusnya tali itu pasti terjadi tidak pada horizon peristiwa tersebut, tetapi pada titik dimana pengamat kedua dapat mengamatinya.

Mencoba menancapkan batang yang kaku melalui horizon peristiwa lubang itu tidak bisa dilakukan: jika batang tersebut diturunkan sangat lambat, maka ia selalu terlalu pendek untuk menyentuh horizon peristiwa itu, karena kerangka koordinat dekat ujung batang itu sangat termampatkan. Dari sudut pandang pengamat di ujung batang itu, horizon peristiwa tetap jauh dari jangkauan. Jika batang tersebut diturunkan dengan cepat, maka masalah yang sama terjadi: batang tersebut pasti patah dan patahannya pasti jatuh.

Keanehan ini hanya terjadi karena anggapan bahwa pengamat tersebut diam ditempat dari beberapa pengamat lain yang jauh. Pengamat yang jatuh ke lubang itu bergerak dari pengamat jauh, dan maka melihat horizon itu berada di lokasi lain, kelihatan menjauh di depan mereka hingga mereka tidak pernah kontak dengannya. Gaya pasang-surut yang meningkat (dan tumbukan akhir dengan singularitas gravitasi lubang hitam itu) adalah satu-satunya efek yang dirasakan di tempat tersebut. Sementara hal ini nampak membolehkan pengamat yang jatuh mengirim informasi dari benda di luar horizon yang mereka lihat, kenyataannya horizon tersebut menjauh dalam jumlah cukup kecil hingga pada waktu pengamat yang jatuh itu menerima sinyal dari tempat jauh ke dalam lubang itu, mereka sudah menyeberangi apa yang dilihat oleh pengamat yang jauh sebagai horizon, dan peristiwa peneriman ini (dan pemancaran ulang) tidak bisa dilihat oleh pengamat jauh.

Di luar relativitas umum

Deskripsi horizon peristiwa yang diberikan relativitas umum dianggap tidak lengkap. Saat kondisi dimana horizon peristiwa muncul dimodelkan menggunakan gambar yang lebih lengkap dari cara alam semesta bekerja, yang memasukkan relativitas dan mekanika kuantum, horizon peristiwa diharapkan mempunyai sifat-sifat yang berbeda dengan yang diperkirakan hanya dengan relativias umum.

Sekarang, diharapkan bahwa dampak utama dari efek kuantum adalah horizon peristiwa memiliki suhu dan karenanya memancarkan radiasi. Untuk lubang hitam, ini menyatakan radiasi Hawking, dan pertanyaan lebih besar tentang cara lubang hitam memiliki suhu merupakan bagian dari topik termodinamika lubang hitam. Untuk partikel dipercepat, ini menyatakan efek Unruh, yang menyebabkan ruang di sekitar partikel itu nampak diisi dengan materi dan radiasi.

Deskripsi lengkap dari horizon peristiwa diharapkan minimum memerlukan teori gravitasi kuantum. Salah satu calon teori itu adalah teori-M.

Rujukan

• The Universe in a Nutshell oleh Stephen Hawking
• Kip Thorne (1994). Black Holes and Time Warps. W. W. Norton. 

Pranala luar

• (Inggris) Mengenai event horizon