RANGKUMAN "A BRIEF HISTORY OF TIME" Part 1 ~ AchFauziHasyim

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