Detektor Lubang Hitam Memenuhi Hukum Moore

Detektor Lubang Hitam Memenuhi Hukum Moore

Oleh Imre Bartos & Szabolcs Márka

Pada tahun 1965, insinyur dan salah satu pendiri Intel, Gordon Moore, menyadari bahwa jumlah transistor pada microchip telah berkembang pesat selama beberapa tahun, dan memperkirakan bahwa peningkatan yang tidak dapat dihentikan akan mendorong generasi komputasi berikutnya. Kini dikenal sebagai “Hukum Moore”, prediksi luar biasa ini terus dipertahankan sejak saat itu.

Mengingat perubahan dan kemajuan yang terus-menerus dalam pembuatan microchip, tren pertumbuhan eksponensial yang konsisten tampak begitu ajaib. Namun faktanya, berbagai bidang inovasi teknologi lainnya kini juga menunjukkan tren serupa. Salah satu hal yang paling menarik bagi kita—dan, sejauh ini, sebagian besar diabaikan—adalah pengembangan teknologi yang sedang berlangsung, yang disebut antena gelombang gravitasi, yang mendeteksi lubang hitam jauh.

Lubang hitam terbentuk ketika gravitasi begitu kuat sehingga tidak ada kekuatan alam lain yang mampu menghentikan keruntuhan materi. Mereka paling sering lahir dari kematian bintang-bintang masif, yang memiliki cukup materi dan kepadatan untuk memicu keruntuhan gravitasi yang tak terkendali. Dan lubang hitam bermassa bintang (atau lebih besar) tersebut bertahan dalam waktu yang sangat lama—hampir selamanya, dibandingkan dengan umur bintang mana pun. Oleh karena itu, lubang hitam ada dimana-mana di alam semesta, dan diperkirakan ada jutaan lubang hitam di galaksi kita saja.

Karena benda-benda aneh ini memiliki gravitasi yang begitu kuat, mereka menarik segala sesuatu yang mendekatinya, bahkan cahaya—maka dinamakan lubang hitam. Meskipun hal ini membuat mereka menarik secara unik, hal ini juga membuat mereka sulit untuk diperhatikan. Untungnya, kita dapat mempelajarinya berdasarkan gelombang gravitasinya, yaitu riak yang melintasi ruang angkasa yang muncul saat lubang hitam berakselerasi. Kita dapat mendeteksi gelombang-gelombang ini di Bumi menggunakan instrumen canggih yang dapat membedakan gangguan luar angkasa yang disebabkan oleh jalur gelombang tersebut. Perubahan ini hampir tidak terbayangkan—misalnya, jarak antara matahari dan bumi (sekitar 150 juta kilometer!) berubah kurang dari ketebalan rambut manusia ketika gelombang gravitasi kosmik normal lewat.

Semakin besar percepatan lubang hitam, semakin kuat gelombang gravitasi yang dipancarkannya, sehingga semakin mudah bagi kita untuk mendeteksinya di Bumi. Ternyata cara terbaik untuk mempercepat lubang hitam adalah dengan bertabrakan dengan lubang hitam lainnya. Tabrakan dari permainan biliar kosmik ini adalah sumber informasi utama kita tentang lubang hitam.

Perkembangan teknologi untuk mendeteksi tabrakan lubang hitam dimulai sekitar waktu Moore menyampaikan prediksi terkenalnya, pada tahun 1960-an. Memang tidak mudah dan tidak murah. Meskipun detektor telah mengalami kemajuan seiring berjalannya waktu, dibutuhkan lebih dari setengah abad, dan lebih dari satu miliar dolar, untuk mencapai deteksi nyata yang pertama, pada tahun 2015. Namun, sejak itu, peningkatan pesat pada detektor telah menghasilkan deteksi baru—penemuan baru— pada waktunya yang lama. -tingkatnya meningkat, dan hingga saat ini sekitar 100 tabrakan lubang hitam yang dikonfirmasi telah dilaporkan.

Karena Moore menggunakan jumlah transistor dalam microchip untuk mengukur kemajuan teknologi, kami mengusulkan penggunaan laju tabrakan yang terdeteksi untuk mengukur kemajuan detektor lubang hitam. Dengan menggunakan metrik ini, kami telah mempelajari hasil dari detektor lubang hitam paling sensitif, yang disebut Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), dan rencana peningkatan yang disebut Cosmic Explorer, semuanya untuk mengukur kinerja masa lalu dan memprediksi perbaikan di masa depan. Kami mengukur kinerja berdasarkan jumlah tabrakan aktual atau perkiraan yang terdeteksi pada setiap tahun pengamatan, dimulai pada tahun 2000 dan melampaui tahun 2040.

Kami menemukan bahwa laju kemajuan teknologi dapat digambarkan sebagai pertumbuhan eksponensial, dimulai dengan penemuan pertama pada tahun 2015 dan diproyeksikan kira-kira dua dekade ke depan. Tingkat deteksi meningkat dua kali lipat setiap dua tahun. Dan, asalkan Cosmic Explorer atau sejenisnya benar-benar dibangun dan dioperasikan, tren tersebut akan berlanjut untuk beberapa waktu. Hukum Moore sepertinya juga berlaku pada detektor lubang hitam.

Memperbaiki dan mengoperasikan detektor lubang hitam memerlukan investasi berkelanjutan—kebutuhan yang pada dasarnya telah dipenuhi selama seperempat abad terakhir. Khususnya, peningkatan tingkat deteksi secara eksponensial tidak disertai dengan kenaikan biaya tahunan yang signifikan. Hal ini juga berarti deteksi menjadi jauh lebih murah—aspek penting lainnya dari hukum Moore, yang memperkirakan tidak hanya kepadatan transistor pada microchip akan tumbuh secara eksponensial, namun juga akan terjadi peningkatan biaya yang minimal. Meskipun biaya efektif untuk menemukan tabrakan lubang hitam pada saat penemuan pertama, pada tahun 2015, adalah sekitar $2 juta, pada sekitar tahun 2035 biaya deteksi tersebut akan kurang dari $2.000.

Karena kemunculan microchip telah mengubah hampir setiap aspek kehidupan kita sejak prediksi Moore, kemajuan pesat dalam pendeteksian lubang hitam juga mengubah cara kita memahami alam semesta. Dari wawasan inovatif mengenai sifat gravitasi atau kehidupan dan kematian bintang, hingga sekilas nasib akhir kosmos, jendela baru yang terus berkembang mengenai alam semesta ini pasti akan mengubah banyak keyakinan astronomi kita.

Meskipun pentingnya penemuan baru sulit diukur, salah satu ukuran pentingnya tabrakan lubang hitam dalam sains adalah jumlah ilmuwan yang terlibat langsung dengan detektor lubang hitam. Melihat jumlah penulis publikasi ilmiah yang dilakukan oleh tim detektor LIGO (bersama dengan detektor lubang hitam Virgo dan KAGRA), kami melihat peningkatan lima kali lipat antara tahun 2004 dan 2024.

Tentang mendukung jurnalisme sains

Jika Anda menikmati artikel ini, pertimbangkan untuk mendukung jurnalisme pemenang penghargaan kami berlangganan. Dengan membeli langganan, Anda membantu memastikan masa depan cerita yang berdampak tentang penemuan dan ide yang membentuk dunia kita saat ini.

Meskipun microchip dan detektor lubang hitam bergantung pada teknologi yang sangat berbeda, peningkatan eksponensial serupa dari waktu ke waktu mungkin mengisyaratkan tren teknologi yang lebih umum dan sifat kemajuan manusia. Misalnya, meskipun tidak ada yang mengusulkan untuk mencapai tingkat pertumbuhan eksponensial yang konstan untuk sensitivitas detektor lubang hitam, mungkin sulit untuk membenarkan pendanaan untuk peningkatan teknologi kecuali hasilnya lebih baik dari yang sudah ada.

Jika pertumbuhan eksponensial memang merupakan tren teknologi yang lebih umum, hal ini mungkin membawa manfaat lebih dari apa yang tertanam dalam perangkat yang ada di tangan kita. Menetapkan ekspektasi terhadap kondisi teknologi di masa depan dapat membantu perencanaan yang diperlukan untuk mewujudkannya, seperti yang telah dilakukan berkali-kali pada microchip dan komputasi. Mungkin, sama seperti kemajuan teknologi yang eksponensial telah merevolusi komputasi dan kini mentransformasikan astronomi gelombang gravitasi, di tahun-tahun mendatang kita akan melihat kemajuan radikal serupa terjadi di bidang lain, seperti bioteknologi dan komunikasi. Menyadari potensi dan bahaya dari tren yang kuat ini mungkin merupakan persiapan yang penting bagi masa depan kita yang baru, apa pun itu.

Ini adalah artikel opini dan analisis, dan pandangan yang diungkapkan oleh penulis atau penulis belum tentu merupakan pandangan Amerika Ilmiah.