Alam Semesta yang MengembangFrom Nothing, Become Everything

(Dea Nurul Utami)

Pernahkah kalian melihat bintang-bintang yang bertaburan di langit malam? Atau melihat dari buku dan internet mengenai planet-planet di tata surya kita? Betapa jauhnya planet tersebut,betapa besarnya tata surya kita dan betapa luar biasanya galaksi kita. Galaksi-galaksi yang menakjubkan serta fenomena-fenomena langit yang sangat luar biasa. Semuanya itu merupakan hal yang sangat indah bukan? Tapi tahukah kalian bahwa alam semesta kita yang begitu besar dan indah ini dihasilkan oleh sebuah dentuman besar dalam waktu yang sangat singkat (kurang dari 1 detik)? Dan tahukah kalian bahwa alam semesta kita ini bergerak mengembang dengan kecepatan yang sangat tinggi? Kemudian jika alam semesta ini terus mengembang, apakah suatu saat kita akan meledak?

Untuk mengetahui kebenaran akan hal ini, mari kita menjelajah ke masa lalu. Kita akan mulai dari abad ke 19. Pada abad ini, teori mengenai penciptaaan atau asal muasal alam semesta merupakan suatu konsep yang diabaikan oleh para ahli. Kenapa? Karena pada saat itu, konsep bahwasanya alam semesta sudah ada sejak dahulu kala, merupakan konsep yang telah diterima dengan baik di kalangan ilmuwan dan masyrakat umum. Gagasan ini disebut sebagai “Keberadaan Abadi” yang sesuai dengan filsafat serta pandangan orang Eropa. Gagasan ini menyatakan bahwa materi adalah satu-satunya zat yang ada di jagat raya, dan jagat raya ada sejak waktu tak terbatas dan akan ada selamanya. Pandangan ini di bawa ke abad 20 melalui buku serta tulisan yang dibuat oleh Karl Max dan Friedrich Engels.

Memasuki abad ke 20 seorang astronomer dari Amerika, Vesto Slipher, melakukan pengukuran efek dopler pada galaksi spiral (1912). Ia menemukan bahwasanya galaksi itu bergerak menjauh dari bumi. Namun fakta bahwasanya galaksi bergerak menjauh tidak terlalu diperdulikan oleh Slipher. Yang menjadi perdebatan oleh para ilmuwan saat itu adalah penemuan galaksi-galaksi spiral itu sendiri. Apakah galaksi-galaksi tersebut merupakan sebuah “pulau” di luar galaksi Bima sakti atau merupakan bagian dari galaksi Bima Sakti itu sendiri.

Pada tahun 1920, Alexander Friedman, seorang kosmologis dan matematikawan asal Rusia menurunkan persamaan Friedman dari persamaan relativitas Einsten. Dari persamaan ini, ia menyimpulkan bahwa terdapat kemungkinan bahwa alam semesta ini tidak statis seperti yang dipercayai oleh para ilmuwan pada umumnya. Friedman mempercayai bahwa sedikit implus dapat membuat alam semesta ini mengembang atau mengerut sesuai dengan teori relativitas Einsten. Teorinya ini didukung oleh Lemaitre yang juga menambahkan bahwa akan ada tingkat radiasi yang dapat digunakan sebagai bukti atau ukuran akibat dari “sesuatu” yang menyebabkan alam semesta ini mengembang.

Lantas, apakah para ilmuwan percaya atas apa yang telah disimpulkan oleh Friedman? Jawabannya, tidak. Alih-alih mempercayai, Einsten kemudian memutuskan untuk menurunkan lagi suatu persamaan yang “memaksa” agar alam semesta ini statis dan tidak mengembang. Beruntung Edwin Hubble menemukan suatu bukti akurat yang dapat membuktikan bahwa alam semesta ini mengembang.

Galaksi yang Bergerak Menjauh

George Ellery Hale, seorang astronomer berkebangkasaan Amerika, membangun sebuah observatorium raksasa di Mount Wilson, Los Angeles (pembangunan observatorium selesai pada tahun 1917). Di observatorium raksasa ini ia memperkerjakan beberapa astronomer dari beberapa belahan negara. Salah satunya adalah Edwin Hubble. Melalui teleskop raksasa yang ada di observatorium ini, pada tahun 1929, Edwin Hubble berhasil menemukan fakta bahwa galaksi-galaksi yang ia amati bergerak menjauhi bumi dengan kecepatan yang mengagumkan. Bagaimana Hubble bisa mengetahui bahwa galaksi tersebut bergerak menjauhi bumi?

Jawabannya ada pada konsep efek doppler. Pada efek dopler diketahui ketika suatu sumber bunyi bergerak mendekati pendengar, maka suara yang didengar oleh pendengar akan semakin kencang. Mengapa? Karena pada saat itu, gelombang bunyi yang mendekati pendengar akan menjadi lebih pendek. Spektrum warna yang terlihat untuk gelombang yang memendek adalah biru keunguan. Sedangkan ketika sumber bunyi menjauhi kita maka suara yang terdengar akan semakin mengecil. Kenapa? Ya, benar. Karena ketika itu panjang gelombang bunyi yang menjauhi kita akan semakin panjang. Dan gelombang yang memanjang ini memiliki spektrum warna kemerahan. Semakin jauh dia, semakin merah spektrum warnanya.

Hubble menemukan bahwa cahaya bintang dari galaksi yang ia amati bergeser ke arah ujung merah spektrum. Ini menandakan bahwa gelombang cahaya yang dipancarkan bintang tersebut memanjang yang artinya galaksi tersebut bergerak menjauhi kita. Fakta yang mencengangkan bukan! Hubble kemudian menamakan fenomena ini sebagai “Red Shift”. Lalu seberapa cepat galaksi itu bergerak menjauhi kita?

Untuk mengetahui hal ini, Hubble membuat suatu persamaan yang dikenal sebagai Hukum Hubble. Dalam hukum ini ia menarik suatu pernyataan yang menyatakan bahwa semakin jauh suatu galaksi maka galaksi tersebut bergerak semakin cepat. Logikanya jika galaksi tersebut dua kali lebih jauh, maka ia akan bergerak menjauhi kita dua kali lebih cepat.

Kemudian apakah hanya galaksi tersebut yang bergerak menjauhi kita? Bagaimana dengan galaksi kita, apakah kita tetap dan tidak bergerak? Jawabannya adalah tidak. Hubble juga menemukan fakta yang menarik dari pengamatannya. Dia melihat bahwasanya galaksi-galaksi akan bergerak saling menjauhi satu sama lain. Dengan kata lain, kita juga bergerak menjauhi galaksi-galaksi tetangga kita. Ini menandakan bahwa kita bukan “center” atau pusat dari alam semesta.

Pergerakan galaksi yang bergerak menjauh ini menandakan bahwa ada sesuatu yang terjadi pada alam semesta kita. Satu-satunya kesimpulan yang bisa diturunkan dari alam semesta di mana segala sesuatunya bergerak saling menjauh, adalah bahwa alam semesta secara konstan "mengembang".

Tertarik melakukan simulasi tentang alam semesta kita yang mengembang?

Bayangkan bahwa kalian mempunyai sebuah balon yang telah diberi titik-titik kecil pada permukaannya. Tiap titik mewakili sebuah galaxy. Ketika kalian meniup balon tersebut, titik-titik tersebut secara perlahan menjauhi satu sama lain karena karet yang mengembang diantara titik-titik tersebut. Dan jika yang kalian punya adalah balon raksasa dan kalian bisa berdiri di salah satu

titiknya, kalian akan melihat satu titik bergerak menjauhi kalian. Dan kalian juga akan menemukan fakta bahwa titik yang paling jauh akan bergerak menjauhi kalian lebih cepat dari pada titik yang dekat dengan kalian.

Ketiadaan yang Menimbulkan Kehidupan

Penemuan mengenai alam semesta yang terus mengembang ini menimbulkan suatu bentuk model penciptaan alam semesta yang tidak memerlukan tipuan untuk menghasilkan persamaan yang sesuai dengan keinginan. Seperti halnya sebuah vidio, jika kita menekan tombol rewind maka vidio akan berputar kembali ke waktu sebelumnya. Hal ini diaplikasikan kepada pengembangan alam semesta. Jika pada saat ini alam semesta terus mengembang, maka apa yang terjadi pada masa lalu?

Para ilmuwan sepakat bahwasanya ketika alam semesta mundur ke masa lalu maka bentuknya akan semakin kecil. Dan jika kita mundur dengan sangat jauh maka kita akan sampai ke suatu titik dimana alam semesta ini bermula. Di titik itu semua yang ada pada alam semesta kita ini terpadatkan dalam massa satu titik yang mempunyai "volume nol" karena gaya gravitasinya yang sangat besar. Alam semesta kita muncul dari hasil ledakan massa yang mempunyai volume nol ini. Fenomena ini disebut sebagai dentuman besar atau Big Bang.

Big Bang

Berdasarkan pengukuran serta penelitian yang mendalam ( menggunakan Supernova Tipe Ia, pengukuran fluktuasi temperatur pada latar gelombang mikro kosmis, dan pengukuran fungsi korelasi galaksi), pada tahun 2009, ilmuwan menyakini bahwa alam semesta memiliki usia 13,73 ± 0.12 miliar tahun. Sekarang kita akan melihat jauh ke masa lampau, yakni 13,7 milyar tahun yang lalu, dimana sebuah dentuman besar (Big Bang) memulai prosesnya.

Apa yang menyebabkan terjadinya dentuman ini? Tidak ada sebab. Tidak ada hal yang bisa menyebabkan terjadi dentuman pada saat waktu sama dengan nol. Dengan kata lain, dentuman ini merupakan suatu ciptaan dari Sang Pencipta.

Dimana dentuman itu terjadi? Dentuman besar (Big Bang) terjadi di seluruh permukaan alam semesta yang pada saat itu merupakan suatu titik yang lebih kecil dari atom, dengan kepadatan yang sangat rapat dan temperatur yang sangat panas (panasnya mencapai milyaran derajat) . Dentuman ini menyebabkan perubahan bentuk alam semesta dari sekecil atom menjadi sebesar bola soft ball. Atau seperti mengubah bola golf menjadi seukuran bumi. Berapa lama waktu yang dibutuhkan? Sangat singkat sekali yaitu seperjuta dari seperjuta, dari seperjuta, dari seperjuta, dari seperjuta, dari seperjuta, dari 1 sekon! (10-36 sekon)

Ketika alam semesta mengalami pengembangan yang sangat besar, temperatur alam semesta juga mengalami penurunan (walaupun masih berada pada kategori sangat panas). Penurunan temperature ini merupakan langkah selanjutnya dari ledakan dahsyat yang mengubah energi menjadi sub atomic partikel yang sangat kecil sekali. Partikel ini merupakan partikel yang pertama dalam alam semesta kita. Tapi mengubah energy menjadi materi (partikel), atau materi menjadi energi, apakah itu mungkin?

Kalian pasti sudah sangat familiar dengan persamaan yang dibuat Einsten ini. Einsten menyatakan bahwa jika suatu partikel digerakkan dengan kecepatan cahaya yang dikuadratkan maka partikel tersebut akan berubah bentuk menjadi energi yang sangat besar. Prinsip ini hampir sama dengan prinsip bom atom. Dimana 2 partikel ditabrakkan dengan sangat cepat sehingga menghasilkan energi yang sangat besar. Proses sebaliknya juga diyakini dapat terjadi, dimana energi bisa berubah menjadi partikel.

Proses ini dibuktikan dengan dibanggunnya sebuah mesin raksasa yang luasnya hampir sama dengan luas sebuah kota. Mesin ini bernama Collider yang dibangun di bawah tanah negara Swiss. Collider membuat sebuah partikel yang sangat kecil, bergerak dengan kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya, yang ditabrakan dengan partikel lainnya menghasilkan energi turbo yang sangat besar. Selanjutnya dengan menggunakan detektor di ketahui bahwa energi tersebut bisa mengalami perubahan menjadi partikel.

Kembali kepada bola alam semesta kita, kondisi bola alam semesta kita yang sangat panas dan padat membuat keadaan menjadi sangat kacau (chaos) di dalam bola alam semesta kita. Partikel bergerak dengan sangat cepat melebihi kecepatan cahaya, terjadi perubahan bentuk dari partikel menjadi energi, energi menjadi partikel dan seterusnya. Setelah alam semesta mengalami pendinginan kembali, partikel berhenti berubah menjadi energi dan mulai mengurangi kecepatannya. Pada saat ini jumlah materi melebihi jumlah antimateri, dan disinilah awal permulaan dari proses pertarungan yang berjudul “Titanic Battle” dimulai.

Pada sekitar 10−6 detik, temperatur yang ada pada saat ini tidak lagi cukup tinggi untuk menghasilkan pasangan materi-antimateri, sehingga yang selanjutnya terjadi adalah pemusnahan massal. 2 materi yang sangat mirip namun berbeda muatan (anti materi memiliki muatan yang berlawanan dengan materi), bertemu, kemudian saling memusnahkan. Seperti dua orang kembar yang memiliki massa yang sama, ukuran yang sama akan tetapi ketika mereka bersentuhan, mereka akan lenyap dan berubah bentuk menjadi energi dalam bentuk foton. 1 milyar anti materi “berperang” melawan 1 milyar plus 1 materi, menyisakan 1 materi dari materi-materi terdahulu. Setelah pemusnahan ini, proton, neutron, dan elektron yang tersisa tidak lagi bergerak secara relativistik dan rapatan energi alam semesta didominasi oleh foton. Sampai proses ini selesai, umur alam semesta masih kurang dari 1 detik.

Beberapa menit setelah pengembangan, ketika temperatur alam semesta berkisar sekitar satu miliar kelvin dan rapatan alam semesta sama dengan rapatan udara, neutron bergabung dengan proton dan membentuk inti atom deuterium dan helium dalam suatu proses yang dikenal sebagai nukleosintesis ledakan dahsyat (yang berlangsung hanya sekitar 3 menit). Kebanyakan proton masih tidak terikat sebagai inti hidrogen. Setelah 380.000 tahun, elektron dan inti atom bergabung menjadi atom (kebanyakan berupa hidrogen) dan radiasi materi mulai berhenti. Sisa-sisa radiasi ini yang terus bergerak melewati ruang semesta dikenal sebagai radiasi latar gelombang mikro kosmis.

Selanjutnya, selama periode yang sangat panjang, alam semesta terus mengembang dan pada daerah-daerah yang sedikit lebih rapat mulai terjadi penarikan materi-materi secara gravitasional. Proses ini menghasilkan awan gas, bintang, galaksi, dan objek-objek astronomi lainnya yang terpantau sekarang.

CMB (Cosmic Microwave Background)

Pada tahun 1964, Arno Penzias dan Robert Wilson secara tidak sengaja menemukan sisa radiasi latar belakang kosmis ketika mereka sedang melakukan pemantau diagnostik menggunakan penerima gelombang mikro yang dimiliki oleh Laboratorium Bell.

Pola-pola fluktuasi radiasi latar ini merupakan gambaran langsung alam semesta pada masa-masa awalnya. Energi foton yang berasal pada zaman penghamburan terakhir akan mengalami pergeseran merah seiring dengan mengembangnya alam semesta. Spektrum yang dipancarkan oleh foton ini akan sama dengan spektrum radiasi benda hitam, namun dengan temperatur yang menurun. Hal ini mengakibatkan radiasi foton ini bergeser ke daerah gelombang mikro. Radiasi ini diperkirakan terpantau di setiap titik pantauan di alam semesta dan datang dari semua arah dengan intensitas radiasi yang (hampir) sama.

Penemuan CMB itu dibuktikan secara akurat oleh satelit Cosmic Background Explorer (COBE) milik Badan Antariksa Amerika Serikat (NASA). Pengukuran oleh satelit Cobe itu menunjukkan temperatur CMB yang hanya 2,725 derajat Kelvin (nol derajat Celsius sama dengan 273 derajat Kelvin). Satelit Cobe memetakan radiasi itu di segala arah dan ternyata semuanya uniform sampai ketelitian satu dibanding 10.000.

Sedemikian seragamnya CMB hingga hanya alat yang sangat sensitif dapat melihat adanya fluktuasi atau ketidakseragaman pada CMB. Untuk itu, NASA telah meluncurkan satelit antariksanya, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), yang lebih cermat daripada Cobe untuk mempelajari fluktuasi itu.

Pada awal tahun 2003, hasil penemuan pertama WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) dirilis, menghasilkan nilai terakurat beberapa parameter-parameter kosmologis. WMAP mengonfirmasi bahwa selautan neutrino kosmis merembes di keseluruhan alam semesta. Ini merupakan bukti yang jelas bahwa bintang-bintang pertama memerlukan lebih dari setengah milyar tahun untuk menciptakan kabut kosmis. Selain itu, WMAP juga telah berhasil melakukan perhitungan kandungan alam semesta, yang ternyata memiliki komposisi sebagai berikut; 4 persen dari materi dan radiasi yang kita kenal, 23 persen dari materi tak dikenal (disebut dark matter), dan 73 persen dari energi yang misterius (disebut dark energy).

Citra WMAP yang menunjukkan radiasi latar belakang gelombang mikro kosmis. Bagian yang berwarna kuning kemerahan merupakan bagian yang lebih panas, yang berwarna hijau dan biru merupakan bangian yang lebih dingin.

Energi Gelap dan Materi Gelap

Kebanyakan benda benda laangit yang terlihat oleh kita adalah object yang memancarkan cahaya, seperti bintang dan gas. Namun para ilmuwan menyatakan bahwa materi yang menghasilkan cahaya hanya mengambil sebagian kecil tempat di alam semesta kita. Selebihnya, alam semesta kita dipenuhi oleh materi gelap.

Bagaimana kita mengatahui ada materi gelap di alam semesta kita? Materi gelap diketahui karena gaya gravitasinya yang menyebabkab objek bergerak mengitarinya. Sebagai contoh, ketika astronomer menghitung bagaimana galaksi spiral bergerak, mereka menemukan bahwa bagian galaksi diluar batangnya bergerak dengan kecepatan yang hampir sama dengan bagian yang dekat dengan centernya. Hal ini hanya bisa dijelaskandengan teori bahwa disana terdapat banyak sekali materi tambahan yang tidak dapat kita lihat. Tetapi, materi apa? Karena para ilmuwan tidak mengetahuinya, mereka menyebutnya materi gelap (dark matter), sebab materi itu tidak menyerap, memancarkan, atau memantulkan radiasi yang terdeteksi.

Pada tahun 1998, para peneliti yang menganalisis cahaya dari supernova, atau bintang yang meledak, jenis tertentu, menemukan bukti bahwa laju pengembangan alam semesta ini justru semakin cepat. Awalnya, para ilmuwan tidak meyakini hal ini, akan tetapi bukti-bukti bahwa alam semesta mengembang dengan cepat semakin bertambah. Yang dapat dipastikan saat ini adalah energi itu tampaknya berlawanan dengan gravitasi; dan, keberadaan energi itu tidak bersesuaian dengan teori yang ada pada saat sekarang ini. Maka, bentuk energi yang misterius ini dinamakan energi gelap, dan boleh jadi membentuk hampir 74% alam semesta.

Akhir Alam Semesta

Setiap hal yang meiliki awalan, pasti memiliki akhir. Alam semesta kita yang bermula dari dentuman besar (Big Bang) yang kemudian mengembang dengan semakin cepat, membuat para ilmuwan memperkirakan atau memprediksi akhir dari alam semsta kita.

Ada dua kemungkinan yang diramalkan oleh para ilmuwan kita. Dengan semakin cepatnya pengebangan alam semesta dari waktu ke waktu, maka bisa jadi alam semesta kita akan terus mengembang dan mengembang hingga kemudian menjadi semakin dingin (ice) dan menghilang. Pendapat yang lain mengatakan bahwa setelah mengalami pegembangan yang sangat-sangat besar maka ada kemungkinan alam semesta ini akan runtuh atau mengkerut kembali dalam bentuk ledakan (fireworks).

Bagaimanapun juga, akhir alam semesta masih menjadi misteri yang menarik untuk dipecahkan.