Home » , » Berapakah Usia Alam Semesta ?

Berapakah Usia Alam Semesta ?



BERAPAKAH USIA  ALAM SEMESTA?

Untuk menjawab pertanyaan tersebut terlebih dahulu kita lihat beberapa teori tentang terbentuknya alam semesta

Teori kuantum yang dikembangkan oleh Erwin Schrödinger dan Werner  Heisenberg, dan teori relativitas khusus yang dibangun oleh Albert Einstein pada  permulaan abad kedua puluh dapat dipandang sebagai dua teori fisika yang sangat  revolusioner karena telah memperkenalkan perubahan yang sangat drastis  kedalam konsepsi kita mengenai alam semesta beserta semua fenomena atau  peristiwa yang terjadi di dalamnya. Pemakaian ke dua teori ini telah terbukti  sangat ampuh untuk menjelaskan berbagai masalah fisika fundamental yang  belum terpecahkan sampai akhir abad kesembilanbelas. 

Teori kuantum dikembangkan setelah mengamati bahwa benda  mikroskopik seperti atom dan molekul, mempunyai perilaku yang sangat berbeda  dari perilaku benda makroskopik yang kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari.  Dalam kenyataannya, perilaku sebuah benda mikroskopik selalu didasarkan pada  prinsip ketakpastian  (Heissenberg uncertainty principle) dan pada  tafsiran kemungkinan  (probability interpretation) yang sama sekali tidak berlaku untuk sebuah benda  makroskopik.  Teori relativitas khusus dibangun berdasarkan pemikiran bahwa ruang  dan waktu memainkan peranan yang sama pentingnya untuk menjelaskan tiaptiap peristiwa yang terjadi dalam alam semesta ini. Teori ini sangat sesuai digunakan untuk sebuah benda yang bergerak dengan kecepatan yang sangat  besar. Teori medan kuantum (quantum field theory) yang merupakan gabungan dari  teori kuantum dengan teori relativitas khusus telah berhasil menjelaskan banyak  sekali proses yang melibatkan partikel elementer. Teori ini, yang dirumuskan  sebagai sebuah  teori medan gauge  (gauge field theory) memungkinkan para ilmuwan  fisika untuk memahami ke tiga interaksi fundamental yang menentukan perilaku  partikel-partikel elementer yakni,  interaksi elektromagnetik  (electromagnetic interaction),  interaksi lemah (weak interaction) dan interaksi kuat (strong interaction).  

Hasil-hasil yang sangat mengagumkan yang dicapai oleh teori medan gauge  ini adalah sebagai berikut : 

  1. Penemuan arus netral lemah (weak neutral current) 
  2. Penjelasan mengenai terbentuknya massa partikel elementer melalui  pengrusakan simetri secara spontan (spontaneously broken symmetry). 
  3. Pembangunan sebuah model unifikasi dari interaksi elektromagnetik dengan  interaksi lemah oleh Glashow, Weinberg dan Salam (GWS mode). Model  unifikasi ini dikenal sebagai model electroweak (electroweak model). 
  4. Pembangunan berbagai model teory unifikasi agung (GUT – grand unified theory)  yang menggabungkan ke tiga interaksi fundamendal tersebut. 
  5. Membuka kemungkinan untuk membangun sebuah teori medan kuantum  yang menggabungkan fermion dan boson yang dikenal sebagai  teori  supersimetri. 
  6. Pembangunan model supersimetri unifikasi agung sebagai sebuah teori  medan gauge lokal yang memasukkan gravitasi. Model ini dikenal sebagai  model supergravitasi. 


Dalam teori medan kuantum, semua  partikel elementer diperlakukan  sebagai sebuah benda titik. Benda titik ini menghasilkan divergensi yang  sepenuhnya tidak dapat dilenyapkan. Untuk menghindari divergensi ini maka teori  ini dikembangkan kedalam sebuah teori di mana partikel elementer itu dipandang  bukan sebagai sebuah benda titik, tetapi sebagai sebuah dawai yang panjangnya  10-33 cm. Teori ini dinamakan  teori superdawai  (super string theory). Ternyata teori  superdawai ini memungkinkan penggabungan medan gravitasi dengan interaksi  elektromagnetik, interaksi lemah dan interaksi kuat. Karena itu, teori ini sering  juga dinamakan sebagai teori dari segala sesuatu (theory of everything). Namun demikian,  sampai sekarang ini belum ada satupun teori yang betul-betul dapat diandalkan  untuk menggabungkan ke empat jenis interaksi itu yakni, belum ada satu teori  yang secara menyakinkan mampu menjelaskan adanya gravitasi kuantum  (quantum gravity).

Teori kuantum dan teori relativitas khusus tersebut tidak  memperhitungkan pengaruh medan gravitasi dalam semua proses fisika. Untuk  menjelaskan pengaruh medan gravitasi itu maka pada tahun 1911, Einstein  membangun sebuah teori gravitasi baru yang dinamakan  teori relativitas umum (general theory of relativity). 

Dalam teori relativitas khusus dan dalam teori relativitas umum, arti dari  jarak di antara dua benda dalam sebuah ruang berdimensi tiga seperti yang  biasanya kita pahami harus digeneralisir kedalam sebuah interval dalam sebuah  ruang-waktu berdimensi empat. Interval  ini dinamakan juga metrik dari ruangwaktu itu karena bentuk dari interval ini ditentukan oleh komponen-komponen dari sebuah tensor metrik yang nilainya bergantung pada materi yang terdapat  dalam ruang-waktu tersebut. 

Dalam teori relativitas khusus, interval ruang-waktu inilah yang  digunakan untuk menjelaskan mengapa sebuah jam yang bergerak akan  menunjukkan waktu yang lebih lambat dibandingkan kepada waktu yang  ditunjukkan oleh jam yang diam, dan mengapa sebuah tongkat yang bergerak  mempunyai panjang yang lebih pendek dibandingkan kepada panjang dari tongkat  itu sewaktu diam. 

Dalam teori relativitas umum, interval ruang-waktu itu adalah sebuah  pemecahan dari persamaan medan gravitasi Einstein di luar sebuah distribusi  materi. Interval dari sebuah ruang-waktu dalam teori relativitas umum selalu  mempunyai sebuah  singularitas. Singularitas ini mengindikasikan keberadaan  sebuah benda yang sangat masif yang dinamakan lubang hitam (black hole). Benda  yang berperilaku menyerupai sebuah lubang hitam tetapi dengan arah waktu yang  dibalikkan (time reversed black hole) dinamakan sebuah  lubang putih  (white hole).  Persamaan medan gravitasi Einstein mengandung sebuah konstanta kosmologi  yang sampai sekarang masih menimbulkan berbagai macam kontroversi. Teori  relativitas umum inilah yang mendasari semua model kosmologi relativistik yang  menjelaskan struktur dari sebuah alam semesta berskala besar. 

Berdasarkan sejumlah besar hasil observasi yang didapatkan sampai  sekarang maka disimpulkan bahwa alam semesta ini bersifat homogen dan  isotropik. Walaupun banyak sekali model kosmologi relativistik yang telah  dikembangkan para ilmuwan fisika sampai sekarang, namun menurut catatan  sejarah perkembangannya semua model tersebut diilhami oleh model-model  kosmologi homogen yang mula-mula dibangun oleh Einstein, de Sitter dan Friedmann. 

Model Kosmologi Einstein yang dikembangkan pada tahun 1916 adalah  sebuah model kosmologi untuk sebuah struktur ruang waktu yang statis dan yang  mempunyai kelengkungan positif yang konstan. Model ini kemudian dimodifikasi setelah Hubble menemukan bahwa alam semesta ini bukan statis tetapi terus 
mengembang. 

Model kosmologi de Sitter yang dikembangkan pada tahun 1917 adalah  sebuah model kosmologi untuk sebuah struktur ruang-waktu  tanpa materi dan  mempunyai kelengkungan negatif yang konstan. Perlu dicatat bahwa de Sitter  adalah ilmuwan pertama yang membuktikan bahwa materi tidak diperlukan untuk  menghasilkan kelengkungan dari ruang-waktu.  Model kosmologi Friedmann yang  dibangun pada tahun 1922 dapat  dipandang sebagai sebuah model yang berada di antara model kosmologi Einstein  dan model kosmologi de Sitter. 

Alam semesta yang bersifat homogen dan isotropik yang paling sering  dianalisis mempunyai struktur geometri yang dinyatakan oleh metrik RobertsonWalker. Metrik ini adalah sebuah pemecahan dari persamaan medan Einstein  vakum dengan memilih konstanta kosmologi yang besarnya sama dengan nol.  Kelahiran alam semesta seperti ini selalu diawali oleh sebuah  dentuman besar (bigbang) yang terjadi pada waktu Planck,  t = 10-43  detik. Metrik ini mengandung  sebuah faktor skala yang dapat digunakan untuk menghitung kecepatan ekspansi  dari alam semesta yang biasanya dikenal sebagai konstanta Hubble. Metrik ini juga  mengandung sebuah indeks kelengkungan yang akan menentukan apakah alam  semesta itu merupakan sebuah alam semesta terbuka, alam semesta datar, atau  alam semesta tertutup. Hasil-hasil perhitungan menunjukkan bahwa masingmasing alam semesta ini mempunyai umur yang ordenya 10 milyar tahun. 

Einstein sendiri yakin bahwa alam semesta ini adalah sebuah alam semesta yang  tertutup.  GUT adalah satu-satunya teori yang memungkinkan kita untuk  menelusuri kembali sejarah alam semesta semenjak kelahirannya pada waktu  Planck.   Pada waktu kelahiran alam semesta, besarnya temperatur adalah 1032 derajat kelvin dan segala sesuatu terdapat dalam bentuk radiasi. Pada waktu-waktu  yang selanjutnya, terjadi pengrusakan simetri yang menghasilkan massa. Tabel  berikut ini memperlihatkan kronologi dari peristiwa-peristiwa yang terjadi sejak  kelahiran alam semesta, dan juga menunjukkan energi, temperatur dan besarnya 
ukuran dari alam semesta pada waktu-waktu yang bersangkutan. Hasil-hasil dalam  tabel ini dihasilkan dari model kosmoogi yang digabungkan dengan teori unifikasi  agung (GUT = Grand Unified theory). 



0 komentar:

Posting Komentar

Flag Country

free counters