RANGKUMAN "A BRIEF HISTORY OF TIME" Part 3

BAB 9 PANAH WAKTU

Awalnya kita menganggap waktu itu mutlak secara khas. Namun teori itu telah kita tinggalkan. Jadi waktu menjadi konsep lebih pribadi dan relatif terhadap pengamat yang mengukurnya. Ketika kita ingin mempersatukan gravitasi dan mekanika kuantum, haruslah dihadirkan gagsan waktu “khayal”. Waktu khayal tak bisa dibedakan dengan arah dalam ruang. Dalam waktu “nyata” terdapat perbedaan besar antara arah maju dan mundur seperti yang kita ketahui bersama. Nmaun dalam waktu “khayal” tak ada perbedaan penting antara arah maju dan mundur.

Darimana perbedaan antara masa lalu dan masa depan itu datang? Mengapa kita mengingat masa lalu tapi tak mengingat masa depan? Kita tak akan bisa mengamati dalam kehidupan sehari-hari seperti film yang dapat diputar maju mundur. Penjelasan yang biasa diberikan mengenai kenapa kita tak melihat pengunduran adalah karena `hal demikian dilarang oleh hukum termodinamika. Hukum kedua termodinamika mengatakan bahwa ketidakteraturan/entropi selalu meningkat seiring waktu. Gelas utuh dalam keadaan sangat teratur, semestara gelas pecah dilanati dalam keadaan tak teratur. Gelas di atas meja pada masa lalu bisa menjadi gelas pecah di lantai pada masa depan, tapi tidak bisa sebaliknya. Jadi ketidakteraturan potongan akan mungkin meningkat seiring waktu jika kondisi awal potongan-potongan adalah sangat teratur. Tapi anggaplah Tuhan memutuskan bahwa alam semesta harus berakhir dalam keadaan sangat teratur dan tak penting dalam keadaan apa alam semesta bermula.

Makhluk-makhluk seperti kita bakal punya panah waktu psikologis yang terbalik. Artinya, mereka bakal mengingat peristiwa-peristiwa masa depan, dan tak mengingat peristiwa masa lalu. Namun menjelaskan otak sangat rumit, sehingga om Hawking hanya membahas panah waktu memori komputer yang sedikit lebih mudah dijabarkan namun tetap pada esensinya. Rasa subjektif arah waktu, panah waktu psikologis, ditentukan dalam otak oleh panah waktu termodinamika. Seperti komputer, kita harus mengingat hal-hal sesuai urutan meningkatnya entropi.

Tapi mengapa harus ada panah waktu termodinamika? Atau mengapa alam semesta harus berada dalam keadaan keteraturan tinggi pada satu ujung waktu, ujung yang kita sebut ujung masa lalu? Mengapa alam semesta tak berada dalam keadaan serba tak teratur setiap waktu? Mungkin memikirkan apa yang terjadi kalau alam semesta mulai menyusut itu hanya urusan akademis, karena alam semesta tak akan mulai menyusut sampi sekurang-kurangnya sepuluh miliar tahun lagi. Tapi ada cara yang lebih cepat untuk mencari tahu apa yang akan terjadi, dengan melompat ke dalam lubang hitam. Keruntuhan bintang yang menyebabkan lubang hitam sangat mirip dengan tahap-tahap akhir keruntuhan seluruh alam semesta. Namun itu hampir tidak mungkin dilakukan.

Awalnya dikira, setelah sejauh ini, orang pada fase penyusutan bakal menjalani hidup secara terbalik. Mereka bakal mati sebelum lahir dan makin muda selagi alam semesta menyusut. Namun tenryata itu keliru. Kondisi tanpa perbatasan menyiratkan bahwa ketidakteraturan bakal terus meningkat selama penyusutan. Arah panah waktu termodinamika dan psikologis tak bakal berbalik ketika alam semesta mulai menyusut kembali, ataupun di lubang hitam.

Alam semesta harus mengembang dengan laju mendekati laju kritis untuk menghindari keruntuhan kembali, sehingga tak akan menyusut untuk waktu yang lama. Pada waktu itu semua bintang telah habis bahan bakarnya dan proton serta neutron dalam bintang sudah meluruh menjadi zat cahaya dan radiasi.

Panah termodinamika yang kuat diperlukan agar kehidupan cerdas bisa beroperasi. Agar bisa hidup, manusia harus makan makanan yang merupakan bentuk energi teratur, dan mengubah makanan menjadi panas yang merupakan bentuk energi tak teratur. Jadi, kehidupan cerdas tak dapat ada di fase penyusutan alam semesta dan kehidupan cerdas hanya terjadi di fase pengembangan.

Hukum-hukum sains tak membedakan antara arah waktu maju dan mundur. Tapi setidaknya ada tiga panah waktu yang membedakan masa lalu dan masa depan. Ketiganya adalah panah termodinamika, arah waktu yang menunjukkan peningkatan ketidakteraturan, panah psikologis adalah arah waktu yang menyebabkan kita ingat masa lalu tapi tak ingat masa depan, dan panah kosmologis yaitu arah waktu yang menunjukkan alam semesta mengembang, bukan menyusut.

Jika pembaca buku ini, katanya, mampu mengingat tiap kata di buku ini, ingatan kita akan merekam sekitar dua juta potong informasi (keteraturan dalam otak akan meningkat sekitar dua juta unit). Namun selagi membaca buku ini, kita akan mengubah setidaknya seribu kalori energi teratur, dalam bentuk makanan menjadi energi tak teratur dalam bentuk panas yang dilepas ke udara sekitar kita melalui konveksi keringat. Itu akan meningkatkan ketidakteraturan alam semesta sekitar dua ouluh juta juta  (dengan sepuluh juta juta juta kali peningkatan keteraturan dalam otak). Dan itu terjadi kalau kita mampu mengingat semua isi buku ini.

BAB 10 LUBANG CACING DAN PERJALANAN MENEMBUS WAKTU

Bisakah kita bepergian ke masa depan atau masa lalu? Menurut relativitas, tak ada yang bisa bergerak lebih cepat dari cahaya. Jika kirim pesawat antariksa ke bintang tetangga terdekat, Alpha Centauri, yang kira-kira empat tahun cahaya jaraknya dari kita, dibutuhkan secepat-cepatnya delapan tahun sampai kita dapat menyambut kembali orang-orang yang pergi kesana untuk menceritakan apa yang ditemukan. Jika ekspedisinya bertujuan menuju pusat galaksi kita, diperlukan setidaknya seratus ribu tahun perjalanan pulang pergi. Itupun jika kita berangkat dengan kecepatan cahaya atau sedikit dibawah itu.

Relativitas memberi jalan keluar untuk itu yang disebut paradoks kembar. Mungkin ruang-waktu bisa dilengkungkan sehingga ada jalan pintas antara A dan B. Salah satu caranya adalah membuat lubang cacing (wormhole) antara A dan B. Seperti dikesankan namanya, lubang cacing adalah tabung tipis ruang-waktu yang bisa menghubungkan dua daerah hampir rata dan berjauhan.

Pada 1935, Einstein dan Nathan Rosen menulis makalah yang menunjukkan bahwa relativitas umum memperkenankan apa yang disebut “jembatan”, tapi sekarang dikenal dengan lubang cacing. Jembatan Einstein-Rosen tak bertahan cukup lama untuk bisa dilewati pesawat antariksa. Pesawat bakal bertemu singularitas selagi lubang cacing menyempit. Tapi diusulkan bahwa peradaban yang maju mungkin bisa menjaga lubang cacing tetap terbuka. Untuk melakukan itu, atau melengkungkan ruang-waktu dengan cara yang lain agar memungkinkan menembus waktu. Bisa ditunjukkan bahwa yang diperlukan adalah daerah ruang-waktu dengan kelengkungan negatif.

Selagi kita masih dan makin maju dalam sains dan teknologi, kita kelak bakal bisa membuat mesin waktu. Tapi jika benar itu bisa terjadi, mengapa belum ada orang yang datang dari masa depan dan memberitahu kita cara membuatnya? Beberapa orang mungkin mengatakan bahwa kunjungan UFO adalah bukti kita dikunjungi oleh makhluk luar angkasa atau orang dari masa depan. Namun menurut Om Hawking, mengapa para UFO itu hanya menunjukkan diri kepada orang-orang yang tak dianggap saksi yang bisa dipercaya? Jika mereka mencoba memperingati kita akan adanya bahaya besar, mereka kurang efektif.

Anggaplah kita bisa ke masa lalu dan membunuh kakek moyang kita selagi dia masih anak-anak. Ada banyak versi paradoks untuk itu, tapi intinya sama, bahwa bakal ada kontradiksi bila masa lalu bebas diubah. Paradoks pertama ialah Pendekatan sejarah konsisten yang berarti kita tidak dapat menunjukkan bahwa kita sudah kembali ke masa lalu, dan selagi berada disana, kita tak bisa membunuh kakek moyang dan tidak boleh, atau melakukan tindakan apapun yang bertentangan dengan masa kini. Artinya, kita tak punya kehendak bebas untuk berbuat semaunya. Paradoks kedua ialah Hipotesis sejarah alternatif yang intinya ketika para penjelajah waktu kembali ke masa lalu, mereka memasuki sejarah laternatif yang berbeda dari sejarah yang tercatat. Jadi mereka bisa bertindak bebas tanpa dibatasi konsistensi terhadap sejarah sebelumnya. Richard Feynman menyampaikan dalam penjelasannya mengenai teori kuantum bahwa alam semesta tak hanya punya satu sejarah, namun alam semesta mengalami semua sejarah yang mungkin, masing-masing dengan peluang sendiri.

BAB 11 UNFISIKASI FISIKA

Sukar sekali membangun teori terpadu lengkap yang mencakup seluruh alam semesta sekaligus. Pencarian teori itu dikenal dengan sebutan “unfisikasi fisika”. Dalam upaya itu yang dijelaskan sangat rumit dalam bab ini, muncullah usaha-usaha dengan gagasan tambahan seperti adanya supergravitasi, superzarah, teori dawai, dll. Namun teori dawai nampaknya punya masalah besar karena hanya konsisten jika ruang-waktu punya sepuluh atau dua puluh enam dimensi, bukan hanya empat!! Itu sangat luarbiasa sulit dipahami dan dibayangkan. Membayangkat empat dimensi saja sudah ribet.

Orang orang yang mencari teori itu namun belum berhaasil. Tapi saya percaya mungkin tidak ada satu perumusan tunggal teori dasar sebagaimana, seperti Godel tunjukkan, bahwa aritmatika dapat dirumuskan dalam satu set aksioma. Mungkin lebih mirip dengan peta. Kita tak bisa menggunakan satu peta untuk menjabarkan permukaan bumi, diperlukan setidaknya beberapa peta dan cincin agar semua titik di permukaan bisa terpetakan. Tiap peta hanya berlaku di daerah terbatas. Kumpulan peta menyediakan penjelasan lengkap atas permukaan. Seluruh perumusan dapat dianggap satu teori terpadu yang lengkap, walau tak dapat dinyatakan dalam satu set postulat.

Tapi benarkah bisa ada satu teori terpadu? Atau kita hanya mengejar ilusi? Tampaknya ada tiga kemungkinan.

1.  Benar-benar ada teori terpadu lengkap yang akan kita temukan kelak
2.  Tak ada teori pamungkas, hanya ada serangkaian teori yang tak habis-habis yang menjelaskan alam semesta semakin lama semakin akurat.
3. Tak ada teori mengenai alam semesta, peristiwa-peristiwa hanya bisa diprediksi sampai batas tertentu dan terjadi secara acak serta semaunya.

Beberapa orang mendukung kemungkinan ketiga kerena menurut mereka, apabila ada set hukum lengkap, maka kebebasan Tuhan untuk berubah pikiran dan mengintervensi dunia jadi terbatas.. mirip paradoks lama: karena tidak ada yang tidak mungkin, maka bisakah Tuhan membuat batu yang sangat berat sehingga Dia sendiri tak bisa mengangkat batu itu?

Newton, seorang terdidik bisa saja memahami keseluruhan pengetahuan manusia, setidaknya secara garis besar. Tapi sesudah laju perkembangan sains membuat pemahaman seperti itu mustahil dicapai. Karena beberapa hal selalu diubah untuk menjelaskan pengamatan baru. Teori-teori tak pernah diresapi dengan baik atau disederhanakan supaya orang biasa bisa mengerti. Untuk memahaminya, orang terlebih dahulu harus jadi spesialis, dan kalau kita jadi spesialispun kita hanya bisa memahami sebagian kecil teori. Selain itu, laju kemajuan sains sangat cepat dan pesat sehingga yang dipelajari di sekolah atau universitas selalu agak ketinggalan. Hanya segelintir orang yang bisa mengikuti kemajuan garis terdepan pengetahuan, dan mereka harus mencurahkan seluruh waktunya untuk menjadi spesialis di bidang yang sempit.

Kalaupun nanti, jika teori terpadu ditemukan, kiranya tinggal menunggu waktu sampai teori itu dicerna dan disederhanakan seperti relativitas yang membutuhkan beberapa puluh tahun sampai bisa dipahami banyak orang dan di ajarkan disekolah, walaupun hanya garis besar. Maka kemudian kita semua bisa mengerti hukum-hukum yang mengatur alam semesta dan bertanggung jawab atas keberadaan kita.

Sampai sekarang, menurut Om Hawking, sebagian besar ilmuwan terlalu sibuk dengan mengembangkan teori-teori baru yang menjabarkan seperti apa alam semesta sehingga tak sempat bertanya mengapa. Para filsuf, belum sekarang belum mampu menyusul kemajuan teori-teori sains. Walaupun awal sains dan induk pengetahuan adalah bagian filsafat, namun setelah abat sembilan belas dan dua puluhsains menjadi terlalu teknis dan matematis bagi filsuf dan semua orang. Para filsuf pun mulai mempersempit bidang mereka, sampai-sampai Wittgenstein, filsuf paling terkenal abad keduapuluh berkata “satu-satunya tugas yang tersisa bagi filsafat adalah analisis bahasa”. Mengenaskan sekali penurunan ini dibanding tradisi filsafat sejak aristoteles sampai Kant!. Kata om Hawking.

Jika kita menemukan jawaban hukum alam semesta menyeluruh, itulah kemenangan pamungkas nalar manusia, karena itu artinya kita telah mengetahui ISI PIKIRAN TUHAN.

Read More

RANGKUMAN "A BRIEF HISTORY OF TIME" Part 2

BAB 4 KAIDAH KETIDAKPASTIAN

Einstein adalah ilmuan fisika yang luarbiasa yang mendapatkan penghargaan nobel. Einstein tak pernah mengakui bahwa alam semesta dikuasai kebetulan. Perasaannya terangkum dla pernyataan “TUHAN TIDAK BERMAIN DADU”. Einstein memperkenalkan kita dengan teorinya Mekanika Kuantum. Mekanika kuantum mengatur perilaku transistor dan sirkuit terintegrasi yang merupakan komponen utama alat elektronik, juga menjadi dasar kimia, biologi modern. Namun belum dapat mencakup pada hal struktur skala besar alam semesta dan gravitasi.

Mekanika kuantum pada prinsipnya memperkenankan kita memprediksi hampir semua yang kita lihat disekeliling kita, dalam batas-batas yang ditetapkan kaidah ketidakpastian.

Kita belum punya teori lengkap dan konsisten yang mempersatukan relativitas umum dan mekanika kuantu yang diketahui dua teori besar yang menjelaskan banyak hal namun bertolak belakang. Tapi fisika sejauh ini sudah mengetahui sejumlah ciri-ciri yang harus dimiliki teori lengkap.

BAB 5 ZARAH-ZARAH DASAR DAN GAYA-GAYA ALAM

Beberapa filsuf terdahulu percaya bahwa segala zat di alam semesta terdiri atas empat unsur dasar yaitu tanah, air, udara, dan api. Unsur-unsur itu dipengaruhi dua gaya yaitu  Gravitasi yang membuat kecendrungan tanah dan air untuk turun dan Levitasi yang membuat kecendrungan api dan udara untuk naik. Dan diyakini setiap zat mampu dibelah kecil sampai tak berhingga.

Namun sejarah pemikiran dan penelitian yang di ungkapkan tokoh-tokoh seperti Demokritos (filsuf) meyakini bahwa zat tak akan bisa dibagi lagi pada unsur terakhir yaitu atom. Penelitian oleh ilmuan Dalton memberi bukti akan adanya atom. J.J Thomson lalu menemukan bahwa ada unsur lebih kecil lagi selain atom yaitu elektron yang bermassa kurang dari satu per seribu massa atom paling ringan dan bermuatan listrik negatif. Kemudian disusul penemuan Rutherford dan James Chadwick yang menunjukkan adanya inti atom/Neutron yang tak bermuatan listrik dan dikelilingi neutron yang bermuatan negatif. Dan pada inti ditemukan pula proton yang bermuatan listrik positif.

Tapi percobaan Caltech Murray Gell-Mann, ketika percobaannya menabrakkan proton dengan proton lain elektron dengan kecepatan tinggi menunjukkan bahwa proton sebenarnya terbuat dari zarah-zarah yang lebih kecil lagi. Zarah-zarah itu dinamai Quark. Cara imajinatif untuk menamai zarah-zarah quark yaitu up, down, charmed, bottom, dan top. Namun istilah itu hanya label yang tak punya warna dlam arti biasa.

Proton dan neutron terdiri dari tiga quark, satu dari tiap warna. Satu proton mengandung dua quark up dn satu quark down. Satu neutron mengandung dua down dan satu up. Pertanyaan kemudian apakah zarah-zarah quark benar-benar yang paling dasar dalam menyusun semuanya? Karena kita ketahui bahwa dalam pengamatan kita menggunakan cahaya, dan gelombang cahaya jauh lebih besar dari pada atom. Kita tak bisa melihat bagian-bagian atom dengan cara yang biasa. Seperti yang kita lihat sebelumnya bahwa mekanika kuantum memberitahu kita bahwa semua zarah sebenarnya adalah gelombang. Makin tinggi energi suatu zarah maka makin kecil panjang gelombangnya. Jadi jawaban terbaik yang bisa kita keluarkan ialah bergantung kepada seberapa tinggi energi zarah yang bisa kita siapkan, karena itu menentukan sampai skala sekecil apa kita bisa melihat.

Segala isi alam semesta termasuk cahaya dan gravitasi bisa dijelaskan dengan zarah. Zarah punya sifat yang disebut spin. Satu cara menggambarkan spin adalah membayangkan zarah sebagai gasing kecil yang berputar disumbunya. Semua zarah yang sudah dikenal dialam semesta bisa dibagi menjadi dua kelompok. Yaitu zarah dengan spin ½ yang menjadi zat di alam semesta, dan zarah dengan spin 0,1,2 yang memunculkan gaya antar zat.

Dalam bab yang membahas zarah ini, banyak sekali tokoh ilmuan yang diberikan kepada mereka karena jasa mereka menemukan atau menjelaskan alam semesta. Zarah mempunyai penjelasan yang tidak mudah dipahami orang awam. Itu menunjukkan bahwa alam semesta tak sesederhana yang kita kira.

BAB 6 LUBANG HITAM

Istilah lubang hitam (black hole) belum lama ada. Istilah itu diciptakan pada 1969 oleh ilmuwan Amerika John Wheeler. Awalnya ada dua teori tentang cahaya. Yang pertama menyatakan cahaya itu terbuat dari gelombang yang tidak diketahui bagaimana cahaya itu dalam menanggapi gravitasi. Yang kedua cahaya terdiri atas zarah-zarah yang mudah dikaitkan dalam pengaruh gravitasi. Yang akhirnya diketahui kedua teori itu benar. Cahaya bisa dianggap gelombang atau zarah.

Dalam penelitian John Michell menunjukkan bahwa suatu bintang yang cukup masif dan rapat kiranya bakal memiliki medan gravitasi yang sangat kuat sehingga cahayapun tak dapat lolos dari medan itu. Cahaya apapun yang dipancarkan permukaan bintang bakal ditarik kembali oleh gravitasi bintang sebelum bisa bergerak jauh. Michell menyatakan bahwa mungkin ada banyak bintang semacam itu, walau kita tak bakal bisa melihat bintang-bintang itu karena cahayanya tak sampai ke kita. Benda itu yang kita sebut lubang hitam (black hole).

Beberapa tanggapan menganggap usul itu terlalu gila, karena menurut teori gelombang belum jelas apakah cahaya mampu dipengaruhi gravitasi. Teori konsisten mengenai cara gravitasi memengaruhi cahaya baru ada ketika Einstein mengajukan teori Relativitas Umum pada 1915.

Bintang menjadi sangat panas, kemudian panas dari reaksi seperti ledakan bom hidrogen tak terkendali adalah cahaya bintang. Panas tambahan itu juga meningkatkan teganan gas sampai bisa mengimbangi tekanan gravitasi, sehingga gas berhenti menyusut, ibarat balon, ada yang keseimbangan antara udara didalam yang mencoba mengembangkan balon (panas reaksi nuklir), dan tegangan karet yang mencoba menyusutkan balon (gravitasi). Bintang mampu bertahan tetap stabil seperti itu dalam jangka waktu yang lama seperti matahari kita. Namun akhirnya bintang akan kehabisan hidrogen dan bahan bakar nuklir lain. Anehnya, makin banyak bahan bakar yang awalnya dimiliki bintang, makin cepat habisnya. Itu karena pada bintang yang masif, diperlukan panas lebih banyak untuk mengimbangi tarikan gravitasi. Matahari kita mungkin diprediksi akan habis seratus juta tahun lagi. Bagi kita itu lama, namun cepat jika dibanding umur alam semesta. Setelah bintang kehabisan bahan bakar, bintang akan mulai mendingin dan menyusut.

Menurut teori relativitas, tak ada yang bisa bergerak lebih cepat dari pada cahaya. Jadi jika cahaya saja tak bisa lolos dari black hole, maka segala yang lain juga tak bisa. Batas lubang hitam disebut cakrawala peristiwa (event horizon).

Jika seorang astronot yang berani misalnya berada dalam lubang hitam, kemungkinan yang akan terjadi adalah gravitasi di black hole jadi lemah kalau jarak kita makin jauh dari bintang. Jadi gaya gravitasi yang dirasakan kaki astronot kita yang berani bakal selalu lebih besar daripada gaya gravitasi di kepalanya. Perbedaan itu bakal merentangkan astronot seperti spagheti atau merobek dia sebelum bintang menyusut ke ukuran kritis ketika cakrawala peristiwa terjadi. Namun boleh jadi sang astronot bisa menghindar terhadap singularitas dan malah jatuh melalui “lubang cacing” kemudian keluar lagi dibagian lain di alam semesta. Dan itu menawarkan kemungkinan cara baru bergerak menembus ruang dan waktu.

Lubang hitam adalah satu dari segelintir kasus dalam sejarah sains dimana suatu teori dikembangkan sampai sangat terperinci sebagai suatu model matematika sebelum ada bukti dari pengamatan. Namun bagaimana kita mendeteksi lubang hitam? Yang berdasarkan definisinya saja tak memancarkan cahaya apapun? Seperti yang ditunjukkan John Michell dalam makalahnya bahwa lubang hitam masih menimbulkan gaya gravitasi yang menarik benda-benda didekatnya. Para ahli astronomi telah mengamati banyak sistem dimana dua bintang saling mengorbit, saling tarik karena gravitasi dan mendapati bintang yang mengorbit pasangan yang tak terlihat. Namun tidak boleh langsung disimpulkan itu adalah lubang hitam, karena bisa jadi bintang pasangannya mempunyai cahaya yang terlalu redup untuk berhasil kita amati.

Disatu sisi, setelah fisika sudah banyak melakukan penelitian mengenai lubang hitam bertahun-tahun, dan semua bakal sia-sia jika ternyata lubang hitam itu tak ada. Sisi lain, kalau memang lubang hitam ada mungkin saja jumlahnya lebih banyak dari pada bintang yang kelihatan, yang jumlah totalnya di satu galaksi kita saja sekitar seratus ribu juta. Seorang ahli fisika, John Wheeler pernah menghitung bahwa jika semua berat air di seluruh bumi dikumpulkan, kita bisa membuat bom hidrogen yang bakal menempatkan zat cukup banyak di pusatnya sehingga lubang hitam bakal tercipta. Dan tentu sajahal itu tidak akan mungkin!

BAB 7 LUBANG HITAM TAK BEGITU HITAM

 Lubang hitam sebenarnya tak hitam. Lubang hitam berpendar seperti benda panas, dan makin kecil lubang hitamnya, makin terang pendarnya. Anehnya, lubang hitam yang kecil lebih mungkin dideteksi daripada lubang hitam yang besar.

Pada bab ini, om Hawking menjelaskan lubang hitam dengan sangat rumit dan bahasa yang asing bagi yang awam dalam dunia fisika seperti saya. Pada akhirnya semua hanyalah prediksi-prediksi yang mungkin terjadi pada lubang hitam dengan sudut pandang relativitas umum dan sudut pandang mekanika kuantum.

BAB 8 ASAL USUL DAN TAKDIR ALAM SEMESTA

Kita masih mengingat sejarah Galileo yang menentang gereja dan dihukum penjara sampai ia mau mengakui bahwa mataharilah yang mengelilingi bumi sebagai pusat tata surya. Cerita yang hampir sama dilalui oleh Om Hawking. Pada akhir konfrensinya, para hadirinn diberi kesempatan bertemu dengan Paus. Paus bilang kepada hadirin konfrensi juga om Hawking, bahwa siapa saja boleh mempelajari perkembangan alam semesta sesudah ledakan besar dan sah saja, tapi siapapun sebaiknya tak mencari tahu mengenai ledakan besar karena itulah saat Penciptakan yang merupakan karya Tuhan. Namun Om Hawking bersyukur bahwa sedari tadi Paus tidak memahami isi dari konfrensi yang dia bawakan sebelumnya dimana intinya alam semesta ini kemungkinan dalam ruang dan waktu terbatas tapi tak punya perbatasan, artinya tak punya permulaan, tak punya saat Penciptaan. Namun om Hawking tidak ingin bernasib sama sperti Galileo yang berani menyanggah perkataan Paus.

Pada ledakan besar, alam semesta dianggap berukuran nol, dan luarbiasa panas. Tetapi selagi alam semesta mengembang, suhu radiasinya berkurang. Satu detik setelah ledakan besar, suhu alam semesta turun menjadi sepuluh miliar derajat. Suhu itu kira-kira sama dengan seribu kali suhu matahari kita. Sekitar seratus detik setelah ledakan besar, suhu alam semesta turun pada kisaran satu miliar derajat. Itu merupakan suhu didalam bintang terpanas. Dalam makalah George Gamow, menjelaskan bahwa radiasi (dalam bentuk foton) dari tahap awal alam semesta seharusnya masih ada sampai sekarang.

Hanya dalam beberapa jam sesudah ledakan besar, produksi helium dan unsur-unsur lain terhenti. Dan sesudah itu, selama sekitar satu juta tahun kemudian, alam semesta akan terus berkembang. Alam semesta secara keseluruhan terus mengembang dan mendingin, tapi di daerah lain yang lebih rapat dari pada rata-rata akan melambat karena tarikan gravitasi yang lebih besar. Dan akhirnya menyebabkan penyusutan kembali. Selagi daerah-daerah itu menyusut, tarikan gravitasi zat diluar daerah-daerah tersebut akan membuat daerah itu mulai berotasi. Selama daerah yang berotasi makin mengecil, putarannya bakal makin cepat dan akhirnya mampu mengimbangi gravitasi. Dari rotasi itu maka lahirlah apa yang kita sebut galaksi.

Bagian paling luar bintang kadang bisa terlontar dalam ledakan mahabesar yang disebut supernova, yang lebih terang daripada semua bintang lain dalam galaksi. Beberapa unsur bintang bakal terlempar ke gas dalam galaksi dan menjadi bahan mentah untuk bintang generasi selanjutnya. Matahari kita sendiri mengandung dua persen unsur itu. Matahari kita mungkin merupakan bintang generasi kedua atau ke`tiga. Terbentuk sekitar lima miliar tahun lalu dari awan gas berotasi yang mengandung puing supernova-supernova terdahulu. Sebagian besar gas di awan itu membentuk matahari atau bisa terpencar lagi dan saling bergabung membentuk benda-benda yang sekarang mengelilingi matahari sebagai planet, termasuk bumi.

Bumi pada permulaanya sangat panas dan tak memiliki atmosfer. Seiring waktu, bumi mendingin dan mendapat atmosfer dari gas yang dikeluarkan bebatuan. Bentuk-bentuk kehidupan awal diperkirakan berkembang dalam laut. Makromolekul yang berhasil lolos dari iklim waktu itu akan mulai berevolusi dan menyebabkan berkembanganya organisme yang makin rumit. Muncullah bentuk kehidupan dari ikan, reptil, mamalia, dan umat manusia.

Semua hukum itu mungkin ditetapkan oleh Tuhan, tapi nampaknya Dia sudah membiarkan alam semestar berkembang sesuai hukum-hukum itu dan tidak ada lagi campur tanganNya dalam alam semesta. Tuhan memilih konfigurasi awal dengan alasan yang tak bisa kita pahami Mengapa. Kiranya itu termasuk bentuk kekuasaan sosok Mahakuasa, tapi jika Dia memulai alam semeta dengan cara yang tak bisa kita pahami, mengapa kemudian Dia memilih membiarkan alam semesta berkembang menurut hukum-hukum yang dapat kita pahami?

Salah satu kemungkinan adalah yang disebut kondisi Batas khaos (chaotic boundary condition) dimana kondisi itu mengasumsikan secara tersirat bahwa alam semesta itu tak terbatas dalam ruang atau ada banyak sekali. Alam semesta tak terbatas dalam ruang dengan jumlah tak terhingga. Sangat sukar melihat bagaimana kondisi awal yang kacau dapat menghasilkan alam semesta yang mulus dan teratur pada skala besar seperti alam semesta kita saat ini. Mungkinkah kita hidup dalam daerah yang secara kebetulan tepat, mulus? Tapi anggaplah hanya didaerah mulus galaksi dan bintang berbentuk serta ada kondisi yang pas dan tepat untuk berkembangnya organisme rumit yang menggandakan diri seperti kita.

Jika kita bertanya mengapa alam semesta ini mulus? Itu merupakan contoh penerapan yang dikenal sebagai kaidah antropik, yang bisa dinyatakan seperti ini; “Kita melihat alam semesta sebagaimana adanya karena kita ada”. Ada dua versi kaidah antropik. Yang pertama adalah kaidah antropik lemah yang menyatakan bahwa dalam alam semesta yang besar atau tak terbatas dalam ruang dan waktu, kondisi yang diperlukan untuk perkembangan kehidupan cerdas hanya akan ditemukan didaerah-daerah tertentu. Yang kedua kaidah antropik kuat yang menyatakan bahwa ada banyak alam semesta atau banyak daerah dalam satu alam semesta, masing-masing dengan konfigurasi awalnya sendiri, dan barangkali dengan set hukum alamnya sendiri serta hanya di alam semesta kita perkembangan organisme rumit dapat terjadi. Tetapi tentu mungkin saja ada bentuk kehidupan cerdas lain yang tak terbayangkan dan tak membutuhkan cahaya bintang atau matahari bahkan unsur-unsur kimia dalam ledakan besar.

Jika alam semesta lain itu sebenarnya berbagai daerah di satu alam semesta, hukum-hukum sains bakal harus sama di semua daerah, karena kalau tidak, kita tak bisa bergerak tanpa putus dari satu daerah ke yang lain. Kalau demikian, satu-satunya perbedaan antara daerah lain itu kiranya hanya pada konfigurasi awalnya. Jadi antropik kuat bakal gugur. Tapi kaidah antropik kuat mengklaim bahwa keseluruhan bangunan alam semesta yang sangat luas ini ada hanya demi kita. Kita boleh mengatakan memang bahwa tata surya kita bahkan galaksi dibutuhkan untuk kita, namun tampaknya kita tak membutuhkan galaksi lain itu pada skala besar. Kiranya sangat sukar sekali menjelaskan mengapa alam semesta harus di mulai dengan cara demikian, kecuali sebagai tindakan Tuhan yang berniat menciptakan makhluk-makhluk seperti kita. Apakah semuanya hanya nasib mujur? Itu hanya sekedar meredakan keputusasaan, penyangkalan atas semua harapan kita memahami tatanan dasar alam semesta.

Mengapa ada banyak sekali zat di alam semesta?. Ada sekitar sepuluh juta juta (satu dengan delapan puluh nol sesudahnya) zarah di bagian alam semesta yang bisa kita amati. Dari mana semua datang? Dari teori kuantum, zarah bisa tercipta dari energi dalam bentuk pasangan zarah/antizarah. Tapi itu memunculkan pertanyaan dari mana energi mereka datang? Jawabannya adalah bahwa energi total alam semesta adalah nol. Zat di alam semesta terbuat dari energi positif, dan medan gravitasi punya energi negatif. Kedua energi itu saling meniadakan, sehingga energi total alam semesta dikatakan nol.

Di bab ini, om Hawking menjelaskan teorinya tentang “waktu khayal” yang rumit dicerna. Dia ingin menegaskan bahwa gagasan waktu dan ruang seharusnya “tanpa perbatasan” . dengan asumsi awal, sama dengan teori sains lain, suatu gagasan boleh diajukan awalnya karena alasan estetis dan metafisik, tapi ujian sebenarnya adalah apakah gagasan itu membuat prediksi yang cocok dengan hasil pengamatan. Sekali lagi teori hanya ada dalam akal budi kita. Jadi tak ada artinya bertanya yang mana waktu “nyata” dan waktu “khayal”. Yang terpenting kembali lagi ialah penjabaran mana yang lebih berguna.

Dengan keberhasilan teori-teori sains untuk menjelaskan berbagai peristiwa, sebagian besar orang jadi percaya bahwa Tuhan memperkenankan alam semesta berkembang menurut satu set hukum dan tak campur tangan dalam alam semesta dengan melanggar hukum. Namun hukum-hukum itu nampaknya sangat rumit dan tak memberitahu kita seperti apa alam semesta ketika bermula. Kiranya tetap terserah Tuhan untuk memutar mekanisme dan memilih cara memulainya. Selama alam semesta punya permulaan, kita dapat menganggap alam semesta punya pencipta. Tapi jika alam semesta benar-benar sepenuhnya utuh dalam dirinya sendiri, tanpa perbatasan dan tepi, maka alam semesta tak bakal punya permulaan atau akhir. Alam semesta akan sekedar ada. Lalu adakah tempat untuk pencipta?

LANJUT Part 3

Read More

RANGKUMAN "A BRIEF HISTORY OF TIME" Part 1

Siapa yang tidak mengenal sosok Stephen Hawking. ia adalah tokoh besar fisika di zaman ini, walaupun mengidap sebuah penyakit yang melumpuhkan seluruh fungsi motorik tubuhnya, namun nalarnya yang tetap berfungsi berhasil mendekatkan kita pada sebuha pertanyaan besar umat manusia melalui pendakatan fisika

Maaf Om Stephen Hawking bukan maksud mau merangkum buku ini karena itu akan sangat luarbiasa sulit bagi saya. Tapi hanya mencoba menangkap insight sebanyak-banyaknya dalam mahakarya buku ini. Salam dari satu butir debu di padang pasir.

Di awal buku ini, Mr.Hawking tidak pernah sombong dengan pendekatan fisika. Ia tetap meyatakan peran filsafat dan tokoh-tokohnya yang saling bahu membahu membuat pemahaman sejauh ini sampai sekarang.

Kita mendapati diri kita dalam dunia yang membingungkan. Dimana sejak manusia awal hingga kini, kita selalu akan masuk kepusaran pertanyaan “Apa?” dan pada titik lebih jauh lagi “Mengapa?”. Kita selalu ingin mengerti apa yang kita lihat disekitar kita dan bertanya. Pertanyaan penting dalam fisika ialah: apa hakikat alam semesta? Seperti apa tempat kita? Darimana datangnya tempat itu ? dari mana kita berasal? Mengapa seperti ini? Mengapa kita ada dan apa tujuan serta tugas kita?

buku ini menjabarkan sejauh mana Fisika berkembang untuk pertanyaan diatas yang terdiri dari 11 BAB penjelasan, dan 1 BAB kesimpulan

BAB I GAMBARAN ALAM SEMESTA

Fisika sejauh ini sudah sangat dalam membahas fenomena dunia bahkan semesta kita, namun masih jauh dan belum mampu menjawab pertanyaan diatas. Teori teori yang lahir belum mampu menjelaskan semuanya, namun hanya sebagian. Om Hawking mengatakan bahwa mimpinya dan mimpi fisika adalah menemukan teori tunggal yang mampu menjelaskan semuanya. Artinya teori akhir itu dapat menjawab pertanyaan kita. Penemuan teori lengkap/ teori tunggal itu bisa jadi membantu kelestarian spesies kita. Bahkan mungkin tak memengaruhi gaya hidup kita. Tapi sejak fajar peradaban, manusia tak pernah puas melihat peritiwa-peristiwa yang tak saling terhubung dan tak terjelaskan. Kita menginginkan pemahaman atas keteraturan yang mendasari dunia. Hari ini kita masih ingin tahu mengapa kita ada disini dan dari mana kita datang. Hasrat terdalam umat manusia untuk mencari pengetahuan adalah alasan kuat untuk melanjutkan pencarian. Dan tujuan kita adalah penjelasan lengkap atas alam semesta yang kita diami.

Menurut kosmologi awal dan agama Yahudi/Kristen/Islam, alam semesta bermula pada satu saat tertentu. Argumen yang mendukung adanya awal mula alam semesta adalah perasaan bahwa diperlukannya “penyebab pertama” (First Cause) untuk menjelaskan keberadaan alam semesta. Dipihak lain Aristoteles dan sebagian besar filsuf Yunani lain tak menyukai gagasan penciptaan karena terlalu berbau campur tangan Ilahi. Mereka percaya bahwa umat manusia dan dunia disekitarnya sudah selalu ada dan bakal terus ada selama-lamanya. Orang lain yang setuju dengan argumen itu memberi jawaban bahwa telah terjadi banjir besar atau bencana lain yang berkali-kali mengembalikan manusia ke keadaan awal. Mungkin seperti cerita Nabi Nuh dengan perahunya yang melegenda. St. Agustinus ketika ditanya “apa yang Tuhan lakukan sebelum Dia menciptakan alam semesta?” Agustinus menjawab “Dia mempersiapkan neraka untuk orang-orang yang bertanya seperti itu”. Ia menambahkan bahwa waktu adalah bagian alam semesta yang Tuhan ciptakan, dan waktu tidak ada sebelum permulaan alam semesta.

Beberapa orang merasa bahwa sains seharusnya hanya membahas bagian permulaan. Mereka menganggap persialan keadaan awal adalah urusan metafisika atau agama artinya Tuhan yang Mahakuasa dapat memulai alam semesta dengan cara apapun yang Dia mau. Boleh jadi demikian, tapi kalau begitu Dia dapat membuat alam semesta berkembang semau Dia. Namun tampaknya Dia memilih alam semesta berkembang secara sangat teratur mengikuti hukum-hukum tertentu. Berarti masuk akal juga kalau diduga bahwa ada hukum-hukum yang mengatur keadaan awal.

Tapi pada 1992, Edwin Hubble mendapat pengamatan penting bahwa galaksi-galaksi yang lain bergerak menjauhi kita. Dengan kata lain alam semesta ini mengembang. Artinya pada masa lalu segala benda kiranya berada lebih dekat satu sama lain. Malah tampaknya ada suatu waktu sekitar dua puluh miliar tahun bisa jadi ada keadaan kerapatan tak terhingga dan memberi kesan adanya “Ledakan Besar”. Namun dapat dibayangkan juga Tuhan menciptakan alam semesta pada saat ledakan besar atauh bahkan sesudahnya sedemikian rupa sehingga terkesan seolah ada ledakan besar.

Untuk menjabarkan semuanya, manusia membuat teori sesuai model pengamatan kita. TEORI hanya ada dalam akal budi kita dan tak punya realitas lain. Suatu teori dianggap bagus jika memenuhi dua syarat yaitu teori harus secara akurat menjabarkan sekelompok besar pengamatan dan teori itu harus membuat prediksi tertentu mengenai hasil pengamatan pada masa depan. Semua teori bersifat sementara, dalam arti hanya hipotesis yang tidak bisa dibuktikan kebenarannya.

Hari ini para ilmuwan menjabarkan alam semesta berdasarkan dua teori dasar. Pertama, Teori Relativitas yang menjabarkan struktur skala besar alam semesta hingga skala satu juta juta (dua puluh empat nol sesudahnya) mil yang mampu diamati. Kedua, Mekanika Kuantum yang membahas fenomena diskala luarbiasa kecil hingga satu per sejuta juta inci. Namun sayangnya kedua teori ini diketahui tak konsisten satu sama lain (artinya tak mungkin benar keduanya). Makanya pencarian hari ini menemukan teori tunggal.

BAB 2 RUANG DAN WAKTU

Sebelum Galileo dan Newton, orang percaya kepada gagasan Aristoteles bahwa keadaan alami suatu benda adalah diam dan hanya bergerak kalau didorong suatu gaya. Jadi benda lebih berat memiliki gaya tarik lebih besar ke bumi dibanding benda yang lebih ringan. Aristoteles berpendapat bahwa semua hukum yang mengatur alam semesta bisa dipelajari dengan pemikiran saja. Namun setelah Galileo melakukan percobaan, dia menunjukkan bahwa tiap benda mengalami pertambahan kecepatan (percepatan) yang sama, tak peduli seberapapun beratnya. Contohnya bola yang dijatuhkan dari gedung tinggi akan mengalami kecepatan sekitar 1meter/detik, 2m/dtk, 3m/dtk dst. Tentu saja bola besi ini akan jatuh lebih cepat dari pada bul, tapi itu karena jatuhnya bulu diperlambat oleh tahanan udara.

Gagasan Newton dinyatakan tersurat dalam Principia Mathematica yang terbit pada 1687. HN1 :  “Jika resultan gaya pada suatu benda sama dengan nol, maka benda yang diam akan tetap diam dan benda yang bergerak akan tetap bergerak dengan kecepatan tetap”. Artinya benda yang diam akan mempertahankan kediamannya, benda bergerak akan mempertahankan kecepatannya. Contoh yang paling baik adalah saat mengendarai motor. Pada waktu kita diam diatas motor kemudian seketika menaikkan gas dengan cepat, maka badan akan cenderung mempertahankan kediamannya, sebagai akibatnya badan akan seolah terdorong kebelakang. Sebaliknya, ketika motor dalam kecepatan tinggi dan secara tiba-tiba di rem, motor dan badan tidak akan seketika itu berhenti namun seolah terdorong kedepan karena badan dan motor berusaha mempertahankan kecepatan geraknya. .  jika tidak ada gaya total yang bekerja pada sebuah benda, maka benda tersebut akan tetap diam, atau jika sedang bergerak, akan bergerak lurus beraturan (kecepatan konstan). HN2 : "Percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massanya. Arah percepatan sama dengan arah gaya total yang bekerja padanya.". Ketika benda dipengaruhi gaya maka benda akan mengalami percepatan atau perubahan kecepatan sebanding dengan gaya yang memengaruhi. Sederhananya , Suatu gaya total yang diberikan pada sebuah benda mungkin menyebabkan lajunya bertambah. Akan tetapi, jika gaya total nya itu mempunyai arah yang berlawanan dengan gerak benda, gaya tersebut akan memperkecil laju benda. Jika arah gaya total yang bekerja berbeda arah dengan arah gerak benda, maka arah kecepatannya akan berubah (dan mungkin besarnya juga). Karena perubahan laju atau kecepatan merupakan percepatan, berarti dapat dikatakan bahwa gaya total dapat menyebabkan percepatan. HN3 : "Ketika suatu benda memberikan gaya pada benda kedua, benda kedua tersebut memberikan gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah terhadap benda pertama." Maksudnya Hukum ke tiga newton ini kadang dinyatakan sebagai hukum aksi-reaksi, “untuk setiap aksi ada reaksi yang sama dan berlawanan arah”. sangat penting untuk mengingat bahwa gaya “aksi” dan gaya “reaksi” bekerja pada benda yang berbeda.

Jika kita bermain pingpong diatas kereta, bolanya mematuhi hukum newton sama seperti bermain di meja disamping rel. Jadi tidak ada cara untuk mengetahui apakah yang bergerak itu kereta api atau bumi. Ketiadaan acuan diam yang mutlak berarti kita tak bisa memastikan apakah dua peristiwa yang terjadi pada waktu berbeda terjadi di posisi yang sama dalam ruang. Contoh, anggaplah bola pingpong di kereta api melambung naik lalu turun, memantul di meja dua kali dititik yang sama dengan jarak dua detik antara kedua pantulan. Bagi orang di pinggir rel kereta, keduapantulan tampak terpisah jarak sekitar 40meter, karena kerta api sudah berjalan sejauh itu antara dua pantulan. Sedangkan posisi di dalam rel menganggap bola tetap memantul dalam posisi ruang yang sama. Namun tak ada alasan posisi yang satu harus dianggap lebih tepat dijadikan acuan daripada yang lain. Newton khawatir dengan ketiadaan posisi mutlak, atau yang disebut ruang mutlak (absolute space), karena tidak cocok dengan gagasannya mengenai Tuhan yang mutlak. Dia malah menolak menerima ketiadaan ruang mutlak walau hukumnya sendiri mengatakan demikian. Di sisi yang lain, Aristoteles dan Newton sama sama percaya akan adanya waktu mutlak. Artinya mereka percaya bahwa kita bisa mengukur jangka waktu antara dua peristiwa dengan tepat, dan jangka waktu itu akan selalu sama, tidak peduli siapa mengukurnya, asalkan menggunakan arloji yang bagus.

Kenyataan cahaya bergerak dengan kecepatan tertentu yang amat tinggi pertama kali ditemukan pada 1676 oleh ahli astronomi Denmark, Christensen Roemer. Setelah mengamati gerak planet Jupiter, Bumi juga bulan, ia menyimpulkan bahwa cahaya bergerak pada kecepatan tertentu. Tapi pengukuran Roemer terhadap variasi jarak bumi ke jupiter kurang akurat. Dia mengemukakan bahwa kecepatan cahaya adalah 140.000 mil/dtk (225.300 km/dtk), berbeda dengan nilai modern kecepatan cahaya saat ini kita ketahui yakni 186.000 mil/dtk (300.000 km/dtk). Namun prestasi Roemer bukan hanya dalam membuktikan cahaya bergerak dengan kecepatan tertentu, melainkan juga dalam mengukur kecepatan itu. Ini memang sangat luarbiasa karena dilakukan sebelas tahun sebelum penerbitan Principia Mathematica karya Newton.

Salah satu tokoh besar yang sangat membantu pencarian fisika dalam memahami alam semesta adalah Einstein. Peryataannya yang paling terkenal ialah persamaan E = mc²  (dimana E adalah energi, m adalah massa, dan c adalah kecepatan cahaya). Serta hukum bahwa tidak ada yang bisa bergerak lebih cepat daripada kecepatan cahaya. Hanya cahaya atau gelombang lain yang tak punya massa intrinsik yang bisa bergerak pada kecepatan cahaya. Jika Newton mengatakan waktu dari cahaya ketika menempuh perjalanan akan pasti oleh pengamat manapun (karena waktu bersifat mutlak), sedangkan jarak yang ditempuh bagi pengamat bisa berbeda-beda karena (memang ruang tidak bersifat mutlak). Di pihak lain, dalam relativitas Einstein, tak sepakat dalam hal jarak yang ditempuh cahaya, sehingga mereka pun jadi tak sepakat dalam waktu yang diperlukan menempuh perjalanan. Sederhananya ialah Waktu didapat dari jarak yang ditempuh – yang tak disepakati para pengamat – dibagi kecepatan cahaya yang sepakati para pengamat). Dengan kata lain, Teori Relativitas mengakhiri gagasan waktu mutlak!. Kelihatannya tiap pengamat punya pengukuran waktu sendiri yang tidak mesti mencatat waktu yang sama. Berarti pula tak ada pengukuran pengamat tertentu yang lebih benar daripada pengukuran pengamat lain. Dalam pengertian ini, suatu peristiwa adalah sesuatu yang terjadi di satu titik dalam ruang, pada saat tertentu dalam waktu. Dalam teori relativitas, kita sekarang mendefinisikan jarak dengan waktu dan kecepatan cahaya, sehingga secara otomoatis tiap pengamat akan mengukur bahwa cahaya memiliki kecepatan yang selalu sama yaitu satu meter = 0,000000003335640952 dtk. Kecepatan cahaya akhirnya digunakan menjadi satuan ukuran baru yang lebih praktis dan dinamakan Detik Cahaya. Detik cahaya didefinisikan sebagai jarak yang ditempuh cahaya dalam satu detik.

Jika seberkas cahaya dipancarkan pada waktu tertentu di suatu titik pada ruang, setelah satu per sejuta detik, cahaya akan menyebar membentuk bola dan jari-jarinya 300m. Sesudah dua per sejuta detik, jari jari bola itu 600m, dan seterusnya. Cahaya itu jadi seperti gelombang yang menyebar di permukaan kolam ketika ada batu dicemplungkan yang terus membesar seiring waktu

Jika matahari berhenti bersinar sekarang juga, kita bakal baru tahu sesudah delapan menit waktu yang diperlukan cahaya matahari untuk mencapai kita. Kita tak tahu apa yang terjadi pada saat ini ditempat-tempat yang terletak lebih jauh di alam semesta. Cahaya yang kita lihat dari galaksi-galaksi yang sangat jauh hingga jutaan tahun lalu. Dan dalam kasus benda paling jauh yang pernah berhasil kita lihat adalah cahaya yang berangkat sekitar delapan miliar tahun lalu. Jadi, ketika kita memandang alam semesta, berarti kita sedang memandang masa lalu.  

Fakta bahwa ruang bersifat melengkung berarti cahaya tak lagi bergerak menyusuri garis lurus. Jadi, relativitas umum memprediksi bahwa cahaya bisa dilengkungkan oleh medan gravitasi. Prediksi lain dari relativitas umum adalah bahwa waktu harus tampak melambat dekat benda masif seperti bumi karena ada hubungan antara energi cahaya dan frekuensinya (gelombang cahaya perdetik). Selagi cahaya bergerak ke atas dalam medan gravitasi bumi, cahaya kehilangan energi sehingga frekuensinya turun. Bagi orang yang berada di tempat sangat tinggi, kelihatannya semua yang ada dibawah terjadi lebih lambat. Prediksi itu diuji tahun 1962, dan didapati arloji di dasar yang lebih dekat dengan bumi berjalan lebih lambat, cocok dengan relativitas umum. Anggap saja ada kembaran, yang satu hidup di puncak gunung sementara kembarannya hidup di permukaan laut. Yang pertama akan menua lebih dahulu. Dalam kasus ini, perbedaan umurnya kecil sekali. Beda halnya jika salah seorang kembaran bepergian jauh dengan pesawat antariksa dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Ketika dia kembali, dia bakal jauh lebih muda daripada tetap tinggal di bumi.

BAB 3 ALAM SEMESTA MENGEMBANG

Sekarang kita tahu bahwa galaksi kita adalah satu dari beberapa ratus ribu galaksi yang bisa dilihat menggunakan teropong modern, dan tiap galaksi berisi beberapa ratus ribu juta bintang. Kita hidup di satu galaksi yang panjang garis tengahnya sekitar seratus ribu tahun cahaya dan berotasi pelan-pelan. Jelaslah bahwa kita sudah jauh dari gagasan Aristoteles dan ptolomeus yang memikirkan bahwa bumi adalah pusat alam semesta.

Kita tak bisa melihat ukuran atau bentuk bintang. Namun untuk sebagian besar bintang, hanya satu ciri yang bisa kita amati, yaitu warna cahaya. Newton menemukan prisma yang dapat memecah cahaya menjadi warna-warna penyusun (spektrum) seperti pada pelangi. Dan didapati spektrum cahaya bintang berbeda-beda. Artinya, kita bisa tahu suatu bintang dari spektrum cahayanya. Kita juga telah tahu bahwa tiap unsur kimia menyerap warna-warna tertentu yang sangat khas, dengan mencocokkan pola penyerapan dengan warna spektrum tertentu pada bintang, kita bisa mengetahui unsur-unsur apa saja yang ada di atmosfer bintang.

Apa yang di sebut Efek Doppler, mengungkapkan bahwa panjang gelombang cahaya terbesar ada di ujung merah spektrum sedangkan panjang gelombang terkecil di ujung biru. Jika sumber cahaya menjauhi kita, panjang gelombang yang akan kita terima akan lebih besar. Begitu pula sebaliknya jika mendekat gelombang akan mengecil. Berarti dalam kasus cahaya bintang, bintang-bintang yang menjauhi kita spektrumnya akan bergeser menuju merah (ingsutan merah) dan yang mendekat ke kita spektrumnya beringsut ke biru.

Dan sungguh mengejutkan ketika penelitian menemukan bahwa sebagian besar galaksi mengalami ingsutan merah. Dengan kata lain, galaksi lain bergerak menjauh dari kita. Yang lebih mengejutkan bahwa ingsutan merah galaksi lain ternyata tidak acak, namun sebanding dengan jarak dari galaksi kita. Dan berarti galaksi lain menjauh dengan kecepatan yang terus meningkat. Alam semesta ini tidak statis, tetapi terus mengembang.

Timbullah pertanyaan, akankah alam semesta kelak berhenti mengembang dan mulai menyusut? Ataukah akam semesta akan mengembang terus? Bukti yang ada sekarang memberi kesan bahwa alam semesta barangkali akan mengembang selamanya, tapi yang bisa kita pastikan, kalaupun alam semesta menyusut kembali ke nol akan memankan waktu sekitar sepuluh miliar tahun lagi. Hal itu tidak akan membuat kita khawatir karena disaat itu umat manusia sudah lama punah bersama matahari kita dalam tatasurya.



LANJUT Part 2

Read More