(Sedikit) Pengantar Kosmologi

(Sedikit) Pengantar Kosmologi

Apa itu kosmologi?

Kosmologi berasal dari bahasa Yunani, yaitu Kosmos berarti Alam dan logos berati ilmu. Secara umum, kosmologi adalah ilmu yang mempelajari alam semesta secara keseluruhan. Kosmologi tidak hanya dipelajari di Astronomi, tetapi juga dipelajari di Filsafat dan Agama.

Manusia sejak lama telah merenungkan betapa indahnya alam raya. Mereka melihat bintang-bintang bertebaran acak di luasnya langit malam. Mereka juga melihat beragamnya lingkungan, ada pepohonan, padang gurun, sungai, gunung, awan, dan masih banyak lagi. Mereka pun mulai bertanya “Dari mana semua ini berasal?”, “Kita ini sebenarnya apa?”, “Apa tujuan kita hidup?”.

Model alam semesta terus berkembang dan memperlihatkan keunikan dari peradaban yang merumuskannya. Pada masa Aristoteles, dia membayangkan bumi berbentuk piringan datar, yang di keliling sebuah kubah setengah bola yang berisi benda-benda langit. Lalu, muridnya, Ptolemy membuat model alam semesta yang baru, setelah diketahui bahwa bumi berbentuk bola. Dia mengembangkan model alam semesta gurunya, dengan tetap berpendirian bahwa bumi adalah pusat alam semesta, sedangkan benda-benda langit memiliki orbit yang menempel pada permukaan bola yang berlapis-lapis, hingga lapis terakhir adalah tempat bintang-bintang melekat.

aristomy.PNG

Pada zamannya Nicolaus Copernikus, beliau mengangkat kembali gagasan Aristarchus bahwa bumi berputar pada porosnya mengelilingi matahari. Pendapat beliau didukung oleh ilmuan lainnya, seperti Tycho Brahe dan Johannes Kepler. Kepler dengan menggunakan hasil observasi gurunya, Tycho Brahe, memberikan sebuah kesimpulan yang sekarang kita kenal dengan nama Hukum Kepler. Beberapa tahun kemudian, Galileo Galilei juga mendukung pemahaman radikal ini. Galileo juga terkenal menunjukkan adanya bintik matahari di permukaan matahari dan adanya bulan-bulan yang mengelilingi planet Jupiter. Baru pada zamannya Isaac Newton, beliau berhasil membuktikan Hukum Kepler secara matematis dan fisis berdasarkan hukum gravitasinya. Dengan begitu, zaman paham geosentris berhasil dilengserkan menjadi heliosentris.

Sejak saat itu, umat manusia sudah tahu bahwa bumi bukanlah tempat yang spesial, namun mataharilah yang spesial. Juga sudah diketahui dari zaman kuno, adanya Galaksi Bima Sakti (Milky Way). Banyak mitos yang bersesuaian dengan peradaban manusia yang menjelaskan apa itu Bima Sakti. Pada masa abad ke-20, juga sudah ditemukan “Nebula Spiral”. Lalu terjadi debat yang besar menentukan apakah “Nebula Spiral” ini. Pada tanggal 26 April 1920, Great Debate terjadi. Debat ini membahas apakah “Nebula Spiral” ini ukurannya memang relatif kecil terhadap Bima Sakti atau merupakan sebuah galaksi independen. Terdapat dua kubu, yaitu kubu Harlow Shapley dan Heber Curtis. Shapley berpendapat bahwa Bima Sakti adalah keseluruhan alam semesta dan Matahari berada agak di tepi berjarak sekitar 8 kpc, dengan asumsi Gugus Bola di Bima Sakti tersebar merata. Argumennya adalah “Nebula Spiral” Andromeda. Jika Andromeda adalah galaksi yang terpisah dari Bima Sakti, maka jaraknya mestilah dalam orde 108 tahun cahaya, jarak yang pada masa itu tidak diterima. Adriaan Van Maneen, seorang astronom yang dihormati pada masa itu, juga mendukung Shapley. Beliau mengaku melihat “Nebula Spiral” Pinwheel berotasi. Jika Pinwheel adalah galaksi terpisah, maka gerak rotasinya mustahil teramati hanya dalam beberapa tahun, yang berkonsekuensi memiliki kecepatan rotasi melebihi kecepatan cahaya.

Di lain sisi, Curtis berargumen bahwa Matahari adalah pusat Bima Sakti dan Bima Sakti bukanlah satu-satunya galaksi. Beliau juga berargumen Andromeda adalah galaksi yang terpisah. Dia mengatakan di Andromeda terdapat lebih banyak Nova dibandingkan di Bima Sakti. Jika Andromeda adalah bagian dari Bima Sakti, lantas mengapa lebih banyak nova di Andromeda? Beliau juga menyatakan bahwa tanda-tanda debu di Andromeda mirip dengan debu di Bima Sakti dan sebagian besar “Nebula Spiral” memiliki redshift yang besar.

Andromeda_Galaxy_(with_h-alpha)

Belakangan diketahui observasi Adriaan Van Maneen tidak benar, tidak ada seorang pun yang dapat melihat gerak rotasi Pinwheel sepanjang hidupnya.

Terimakasih kepada Edwin Hubble, yang menunjukkan bahwa Bima Sakti bukanlah satu-satunya galaksi di Alam Semesta ini. Kesimpulan dari Great Debate adalah campur aduk kedua kubu. Curtis benar bahwa Bima Sakti bukanlah satu-satunya galaksi di Alam Semesta dan Shapley benar mengenai lokasi matahari di Bima Sakti. Belakangan diketahui Nova yang diamati Curtis adalah Supernova. Dengan ini, pemahaman mengenai posisi matahari di Alam Semesta menjadi tidak spesial.

Awalnya, para ilmuwan, termasuk Albert Einstein percaya bahwa Alam Semeta statik. Artinya, Alam semesta sejak dahulu hingga masa depan tidak mengalami perubahan makroskopik, hanya begitu-begitu saja. Namun hal ini sangatlah tidak cocok dengan model gravitasinya. Mestinya, dengan adanya gravitasi, maka materi di seluruh alam semesta akan saling menarik, menyebabkan Alam Semesta mengerut. Oleh sebab itu, beliau menambahkan satu parameter baru yang disebut Konstanta Kosmologi pada persamaan gravitasinya, yang berfungsi mendorong gaya gravitasi ini.

Pada tahun 1929, Edwin Hubble melakukan observasi terhadap galaksi-galaksi. Beliau mendapati sebagian besar galaksi memiliki redshift positif. Beliau juga menentukan jarak sebagian galaksi-galaksi tersebut. Setelahnya, beliau membuat grafik jarak vs redshift galaksi. Akhirnya, beliau mendapati keselarasan jarak galaksi dan redshiftnya. Karena redshift  berhubungan dengan kecepatan menjauh, maka ditemukannya lah Hukum Hubble. Hukum Hubble menyatakan adanya kesebandingan antara jarak galaksi dan kecepatan menjauhnya (yang diwakili oleh redshift). Hubble menyimpulkan bahwa Alam Semesta kita mengembang. Hal ini mematahkan argumen Albert Einstein, hingga beliau sendiri menyebut ini sebagai Biggest Blunder.

Pada abad ke-20, berdasarkan penemuan Edwin Hubble, revisi terhadap alam semesta statik dilakukan. Terdapat dua kubu, yaitu kubu alam semesta Steady State dan alam semesta yang memiliki awal, atau Big Bang. Penemuan-penemuan yang semakin menggeser posisi bumi di alam semesta memunculkan gagasan Prinsip Kosmologi. Dalam teori Steady State dikenal istilah Perfect Cosmological Principle yaitu tidak ada yang spesial pada Ruang dan Waktu. Dimanapun posisi di alam semesta, posisi tersebut tidak berbeda dengan posisi lain di alam semesta, begitu pula waktu. Sehingga dalam paham ini, Alam semesta tidaklah berubah dari waktu ke waktu, meskipun mengembang. Konsekuensinya, haruslah ada penciptaan massa, agar kondisi alam semesta yang mengembang tidak berubah. Dalam teori Big Bang, yang sebenarnya nama ejekan dari penganut Steady State, hanya dikenal Cosmological Principle, yaitu tidak ada yang spesial pada Ruang, namun pada Waktu ada. Dalam model ini, ada waktu yang spesial, yaitu awal waktu terbentuknya Alam Semesta, waktu pembentukan Atom, waktu Cahaya dapat kabur dari jeratan elektron, waktu terbentuknya galaksi, dan waktu terbentuknya Bumi. Alam semesta yang mengembang ini, jika waktunya dimundurkan maka semua materi akan berkumpul menjadi satu, yaitu singularitas.

Teori Steady State yang menyatakan harus adanya penciptaan massa dianggap absurd, karena menentang hukum kekekalan energi. Namun, menurut mereka ide itu jauh tidak lebih absurd daripada ide adanya awal waktu pembentukan Alam Semesta yang diusung teori Big Bang.

cmb.jpg

Seiring berjalan waktu, ditemukanlah Cosmic Microwave Background Radiation (CMBR). Distribusi energi CMB mengikuti distribusi benda hitam. CMB diamati pada seluruh langit. Hal ini mengharuskan dua titik pada langit haruslah terjadi pertukaran energi agar mencapai kesetimbangan termal. Jika tidak, CMB mestinya tidak ada. Hal ini dapat dijawab jika dahulu alam semesta berukuran sangat kecil, sehingga pertukaran energi dapat terjadi. Dengan ditemukannya CMB, teori Steady State banyak ditinggalkan dan teori Big Bang menjadi teori terbaru dan termutakhir hingga saat ini.

Sedikit informasi, penemuan mengembangnya alam semesta teori Big Bang juga menjawab Olber’s Paradox. Olber’s Paradox berbunyi

“Mengapa langit malam gelap?”

Jika dalam alam semesta statik berukuran tak hingga, semestinya kemanapun kita memandang, pasti di arah pandang tersebut terdapat bintang, sehingga langit malam mestinya seterang permukaan bintang. Analoginya, ketika kita di dalam hutan, kemanapun arah pandang kita, kita selalu mendapati pohon di sana.

Dengan penemuan mengembangnya alam semesta, cahaya pada bintang yang sangat jauh tidak akan mencapai bumi, karena terbatasnya kecepatan cahaya melawan kecepatan mengembang alam semesta. Dan juga, alam semesta memiliki umur menurut data terbaru 13,9 Milyar tahun, jadi cahaya yang datang memiliki batas waktu untuk mencapai bumi.

 

Referensi:

Ryden, Barbara. 2002. Introduction to Cosmology. Boston: Addison-Wesley.

Wikipedia

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *