Senin, 17 Oktober 2011

Teori Big Bang

Artikel ini saya tulis untuk menjawab pertanyaan dari GATOT SUSILO. Tentang lebih jelasnya pengertian teori Big Bang. Mungkin sedikitnya artikel ini dapat memperjelas presentasi saya di kelas tentang TEORI TERBENTUKNYA TATA SURYA.




Sebuah revolusi telah terjadi, jagad raya ternyata tidak tinggal diam (statik) tetapi mengembang. Fakta ini menjadi landasan dari kosmologi modern. Astronom Amerika Serikat bernama Edwin Hubble, pada tahun 1929 mempublikasikan salah satu kertas kerjayang menyatakan bahwa galaksi-galaksi bergerak menjauhi kita sebanding dengan jarak galaksi dengan kita. Pernyataan ini dikenal sebagai hukum Hubble yang


ditulis sebagai berikut : v = Hor dengan Ho : suatu konstanta yang disebut konstanta Hubble. Jarak antara benda-benda langit makin lama makin jauh satu dengan yang lainnya. Pengamat di bumi melihat bahwa semua benda langit bergerak menjauhi bumi.

Bayangkan sebuah bola berjari-jari r dengan seorang pengamat pada titik O. Kita anggap bahwa gerakan galaksi pada permukaan bola adalah akibat dari gaya gravitasi di dalam bola. Diluar bola gaya gravitasi saling menghilangkan (anggapan ini telah dibuktikan melalui teori relativitas Einstein untuk jagad raya yang tak berhingga).
Anggap m adalah massa dari suatu galaksi pada permukaan bola dan anggap M adalah massa total galaksi pada permukaan bola. Jika adalah kerapatan materi di dalam bola pada waktu sekarang maka,    



Jika tidak ada gaya lain selain gaya gravitasi, maka energi total dari massa m itu adalah: E = 1mv2 - GMm 2 r dengan v adalah kecepatan galaksi. Energi ini dapat bernilai positif, negatif atau nol tergantung pada harga v. Jika E positif, galaksi M akan terus bergerak menjauh selamanya dari pengamat O dan akan mencapai titik tak terhingga. Jika E negatif maka sistem akan terikat, galaksi m akan tertarik kembali ke titik O. Jika E sama dengan nol, maka galaksi akan terus menjauhi titik O dengan kecepatan yang makin lama makin kecil dan akan mencapai nol di titik tak berhingga.
Kesimpulan mengenai kemungkinan berbagai harga E ini berlaku juga bagi semua pengamat selain di bumi. Sehingga kita bisa simpulkan bahwa jika E positif jagad raya akan terus berkembang, sedangkan jika E negatif jagad raya ini akan berhenti mengembang dan runtuh.


Karena v = Hor, jika E = 0 maka, dengan kata lain jika kerapatan jagad raya ini sebesar jagad raya hampir terikat, dan akan terus mengembang sampai tak berhingga.

Situasi yang sama terjadi ketika kita melemparkan benda ke atas. Jika kecepatan yang kita berikan tinggi sekali, maka benda tersebut bisa tidak kembali lagi ke bumi. Tetapi kalau kecepatannya kecil maka setelah mencapai ketinggian tertentu benda akan balik ke bumi.
Penentuan ini merupakan hal yang sangat penting untuk diperhatikan. Orang mencoba menghitung dengan mengambil suatu ruang volume tertentu lalu menghitung massa galaksi (bintang-bintang) di dalamnya. Perhitungan massa galaksi dapat dilakukan dengan menghitung pengaruh gravitasi dari galaksi terdekat. Misalnya jika 2 galaksi mengorbit satu sama lain, jika jarak dan kecepatannya diketahui maka dengan menggunakan rumus Keppler kita bisa memperoleh besar massa dari galaksi tersebut. Perhitungan ternyata hanya 10 sampai 20% dari harga . Hal ini menyimpulkan bahwa jagad raya tidak mengembang. Namun para kosmologis tidak putus asa, mereka mengganggap bahwa di jagad raya ini pasti ada materi yang tidak terlihat (dark matter) yang membuat jagad raya lebih padat sehingga cocok dengan kenyataan bahwa jagad raya ini mengembang.
Kelihatannya ini terlalu dipaksakan, namun orang sudah melihat sedikit titik terang tentang keberadaan dark matter ini. Ada bermacam kandidat untuk dark matter ini diantaranya adalah : magnetik monopol (jika ada), black hole (jika banyak), neutrino (jika bermassa).Hal ini masih menjadi perdebatan sengit di kalangan ilmuwan.
Jika jagad raya ini mengembang, maka pada waktu lampau alam semesta ini sesungguhnya berasal dari satu pusat yang sangat padat. Pada suatu ketika pusat ini meledak dan mulai mengembang. Ledakan ini disebut "big bang".
Sekarang mari kita hitung secara kasar kapan terjadinya big bang itu. Anggap bahwa jagad raya dari semenjak terjadinya big bang sampai mengembang, memiliki kecepatan yang tetap (percepatan nol). Jika jarak galaksi terjauh adalah r dan big bang terjadi pada waktu To dari sekarang, maka besarnya To dapat dicari dengan rumus Hubble sebagai berikut : v = Hor r = Hor To To = 1 Ho Perkiraan dari harga ini adalah sekitar 10 sampai 15 bilyun tahun.
Jika ide big bang ini benar, maka pada mulanya setelah terjadi ledakan suhu jagad raya mulai turun, lalu terbentuk hidrogen, helium dan atom-atom lain. Atom-atom ini kemudian bergabung menjadi materi yang disebut galaksi.  

Apa yang ”Dijelaskan” Big Bang

Versi yang paling populer dari sudut pandangan generasi ini sehubungan dengan penciptaan menyatakan bahwa kira-kira 15 hingga 20 miliar tahun yang lalu, jagat raya belum ada, ruang hampa pun belum ada. Tidak ada waktu, tidak ada materi—tidak ada apa-apa kecuali titik yang sangat kecil, sangat padat yang disebut suatu ketunggalan, yang meledak menjadi jagat raya yang ada sekarang ini. Ledakan itu meliputi jangka waktu yang sangat singkat selama sepersekian detik pertama pada waktu jagat raya yang masih bayi mengembang atau meluas, jauh lebih cepat daripada kecepatan cahaya.
Selama beberapa menit pertama dari big bang, fusi nuklir terjadi pada skala universal, sehingga hidrogen dan helium serta sekurang-kurangnya sebagian dari litium mencapai kadar yang ada sekarang dalam ruang antarbintang. Setelah kira-kira 300.000 tahun, ledakan pada skala universal ini mereda menjadi sedikit di bawah suhu dari permukaan matahari, memungkinkan elektron-elektron tetap berada pada orbit di sekeliling atom dan melepaskan kilasan foton atau cahaya. Cahaya yang mula-mula itu sekarang dapat diukur, meskipun suhunya telah jauh lebih rendah, sebagai radiasi latar belakang universal pada frekuensi gelombang mikro yang sama dengan suhu 2,7 Kelvin.* Sebenarnya, penemuan dari radiasi latar belakang ini pada tahun 1964-65 meyakinkan sebagian besar ilmuwan bahwa teori big bang ada benarnya. Teori itu juga menyatakan dapat menjelaskan mengapa jagat raya tampaknya cenderung meluas ke segala arah, sehingga galaksi-galaksi yang jauh seakan-akan berlomba menjauhi kita dan menjauhi satu sama lain pada kecepatan tinggi.
Karena teori big bang tampaknya dapat menjelaskan begitu banyak hal, mengapa harus diragukan? Karena banyak juga yang tidak dapat dijelaskan oleh teori ini. Sebagai ilustrasi: astronom zaman dahulu, Ptolomeus mempunyai sebuah teori bahwa matahari dan planet mengelilingi bumi dalam lingkaran besar, membuat lingkaran kecil, yang disebut episiklus, pada saat yang bersamaan. Teori itu tampaknya dapat menjelaskan pergerakan planet-planet. Selama berabad-abad seraya para astronom mengumpulkan lebih banyak data, para kosmolog yang menganut teori Ptolomeus selalu dapat menambahkan episiklus tambahan ke episiklus mereka yang lain dan ”menjelaskan” data baru ini. Tetapi itu tidak berarti bahwa teori itu benar. Akhirnya ada begitu banyak data untuk dijelaskan, dan teori-teori lain, seperti gagasan Copernicus bahwa bumi mengelilingi matahari, menjelaskan berbagai hal dengan lebih baik dan lebih sederhana. Dewasa ini, sukar untuk menemukan seorang astronom yang menganut teori Ptolomeus!
Profesor Fred Hoyle menyamakan upaya para kosmolog yang menganut teori Ptolomeus yang meneguhkan kembali teori mereka yang gagal ketika menghadapi penemuan-penemuan baru dengan upaya para penganut bigbang dewasa ini untuk membuat teori mereka tetap terpakai. Ia menulis dalam bukunya The Intelligent Universe,”Upaya-upaya utama dari para penyelidik selama ini menutupi kontradiksi di dalam teori big bang, untuk membuat gagasan yang telah menjadi semakin rumit dan bertele-tele.” Setelah mengacu pada penggunaan episiklus Ptolomeus yang sia-sia untuk menyelamatkan teorinya, Hoyle melanjutkan, ”Saya sedikit enggan mengatakan bahwa sebagai akibatnya awan gelap kini menggantung di atas teori big bang. Seperti yang telah saya sebutkan sebelumnya, bila pola dari fakta-fakta mulai bertentangan dengan suatu teori, pengalaman memperlihatkan bahwa teori tersebut jarang digunakan kembali.”—Halaman 186.
Majalah New Scientist edisi 22/29 Desember 1990, mengumandangkan gagasan serupa, ”Metode Ptolomeus sangat serupa dengan . . . model kosmologis teori big bang.” Artikel itu kemudian bertanya, ”Bagaimana kita dapat mencapai kemajuan nyata dalam fisika partikel dan kosmologi? . . . Kita harus lebih jujur dan terus terang tentang sifat spekulatif murni dari beberapa asumsi yang paling kita anut.” Observasi-observasi baru kini bermunculan.

Pertanyaan-Pertanyaan yang Tidak Dapat Dijawab Teori Big Bang

Tantangan utama bagi big bang datang dari para pengamat yang menggunakan peralatan optik yang telah diperbaiki Teleskop Ruang Angkasa Hubble untuk mengukur jarak ke galaksi-galaksi lain. Data baru ini membuat para teoretikus merasa ciut!
Astronom Wendy Freedman dan yang lain-lain baru-baru ini menggunakan Teleskop Ruang Angkasa Hubble untuk mengukur jarak ke suatu galaksi dalam gugus Virgo, dan hasil pengukurannya memperlihatkan bahwa jagat raya meluas lebih cepat, dan karena itu usianya lebih muda, daripada yang diperkirakan sebelumnya. Sebenarnya, data baru itu ”menunjukkan secara tidak langsung abad kosmos sedikitnya berusia delapan miliar tahun”, demikian laporan majalah Scientific American bulan Juni lalu. Walaupun delapan miliar tahun kedengarannya sangat lama, ini hanya kira-kira setengah dari usia jagat raya yang baru-baru ini diperkirakan. Hal ini menimbulkan suatu problem khusus, karena, sebagaimana selanjutnya dikatakan laporan itu, ”data lain menunjukkan bahwa bintang-bintang tertentu berusia sekurang-kurangnya 14 miliar tahun”. Jika perhitungan Freedman terbukti benar, bintang-bintang yang lanjut usia itu ternyata lebih tua usianya dari big bang itu sendiri!
Masalah lain lagi sehubungan dengan big bang adalah semakin banyaknya bukti tentang ”gelembung-gelembung jagat raya yang berukuran 100 juta tahun cahaya, dengan galaksi-galaksi di sebelah luar dan ruang kosong di sebelah dalam. Margaret Geller, John Huchra, dan lain-lain di Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics telah menemukan apa yang mereka sebut dinding besar dari galaksi-galaksi yang panjangnya kira-kira 500 juta tahun cahaya melintasi langit belahan bumi utara. Kelompok astronom lain, yang dikenal sebagai Tujuh Samurai, telah menemukan bukti konglomerasi kosmis yang berbeda, yang mereka sebut Great Attractor(Penarik Besar), terletak dekat bagian selatan dari gugus Hydra dan gugus Centaurus. Astronom Marc Postman dan Tod Lauer yakin bahwa ada sesuatu yang bahkan lebih besar pasti terletak di luar gugus Orion, yang menyebabkan ratusan galaksi, termasuk galaksi kita, mengalir di luar Orion bagaikan rakit pada semacam ”sungai di ruang angkasa”.
Semua struktur ini membingungkan. Para kosmolog mengatakan bahwa letusan dari big bang sangat halus dan seragam, berdasarkan radiasi latar belakangnya yang diduga terjadi belakangan. Bagaimana mungkin permulaan yang halus demikian telah mengarah kepada struktur yang besar dan rumit sedemikian? ”Ditemukannya banyak dinding dan banyak penarik baru-baru ini memperkuat misteri tentang bagaimana mungkin struktur yang begitu banyak dapat terbentuk dalam waktu 15 miliar tahun dari jagat raya,” demikian pengakuanScientific American—masalah yang hanya akan memburuk apabila Freedman dan lain-lain masih lagi mengurangi perkiraan usia kosmos.

NB:SILAHKAN KOMENTAR DIBAWAH ARTIKEL INI, APABILA ADA KETIDAK PUASAN ATAS JAWABAN SAYA. GRACIAS!!

5 komentar:

@isti: yok.... siap... jangan males...

hehe iya pak ketu, bismilah
usholi tidak males :D

infonya sangat membantu saya dalam menyelesaikan tuugas kuliah. makasih ya!!

Poskan Komentar

Share

Twitter Delicious Facebook Digg Stumbleupon Favorites