A Brief History Of Time : Gambaran Alam Semesta (1.1)

Sumber : pixabay.com

Seorang ilmuwan terkenal (ada yang bilang Bernard Russel) pernah mengadakan kuliah umum astronomi. Dia menjabarkan bagaimana bumi mengelilingi matahari dan matahari mengelilingi pusat gugusan bintang yang kita sebut Galaksi. Pada akhir kuliah, seorang perempuan tua kecil di bagian belakang ruangan berdiri dan berkata: "Yang anda katakan barusan itu omong kosong. dunia ini bidang datar yang berada di atas punggung kura-kura raksasa. " Si ilmuwan tersenyum, merasa unggul, sebelum menjawab, " kura-kura itu berdiri di atas apa? " "Anda pandai sekali, anak muda, pandai sekali,” kata si perempuan tua ada kura-kura banyak kura-kura terus sampai ke bawah!”

Sebagian besar orang bakal menganggap gambaran alam semesta yang berada di atas tumpukan kura-kura itu menggelikan, tapi mengapa kita berpikir bahwa kita lebih tahu? Apa yang kita ketahui tentang alam semesta, dan bagaimana cara kita mengetahui? Dari mana alam semesta berasal dan kemana tujuannya? Apa alam semesta punya awal, dan kalau punya, apa yang terjadi sebelumnya? Apa hakikat waktu? Akankah waktu berakhir? Bisakah kita mundur dalam waktu? Terobosan terbaru dalam fisika, dimungkinkan oleh teknologi baru yang fantastis, memberi kemungkinan jawaban bagi beberapa pertanyaan yang sudah lama diajukan tersebut. Suatu hari kelak jawaban-jawaban itu boleh jadi akan tampak gamblang bagi kita seperti Bumi mengelilingi Matahari -atau menggelikan seperti tumpukan kura-kura. Hanya waktu (apapun itu maksudnya) yang akan memberi jawaban.

Dahulu, pada 340 sebelum Masehi, filsuf Yunani Aristoteles dalam bukunya Peri Ouranou (Mengenai Angkasa) sudah mengajukan dua argumen bagus untuk percaya bahwa Bumi berbentuk bola, bukan bidang datar. Pertama, dia menyadari bahwa gerhana Bulan disebabkan Bumi berada diantara Matahari dan Bulan. Bayangkan Bumi di Bulan selalu bulat, yang hanya bisa di terjadi apabila Bumi berbentuk bola. Jika Bumi adalah lingkaran datar, maka bayangannya bakal berbentuk lonjong atau elips, kecuali kalau gerhana selalu terjadi ketika Matahari berada di balik tengah berada tepat di balik tengah lingkaran itu. Kedua, bangsa Yunani tahu berdasarkan pengalaman perjalanan bahwa Bintang Utara tampak lebih rendah di angkasa ketika dilihat di Selatan, daripada di utara. (Karena bintang Utara terletak diatas kutub utara, maka di Kutub Utara bintang Utara terlihat tepat di atas kepala pengamat, namun bagi pengamat di khatulistiwa, bintang Utara terletak lebih dekat Cakrawala.) Dari perbedaan posisi tampaknya bintang Utara di Mesir dan Yunani, Aristoteles bahkan menyebutkan perkiraan bahwa panjang keliling bola bumi adalah 400 Stadium. Tak diketahui dengan tepat seberapa panjangkah 1 Stadium, tapi kira-kira sekitar 200 yard atau 183 meter, sehingga perkiraan Aristoteles adalah dua kali lipat panjang keliling bumi yang sekarang diketahui. Bangsa Yunani bahkan punya argumen ketiga yang menunjukkan bahwa bumi berbentuk bola, karena kapal yang datang dari kejauhan di Cakrawala terlihat layarnya dulu baru luasnya!.

Aristoteles menganggap Bumi tak bergerak dan Matahari, Bulan, planet-planet, serta bintang-bintang bergerak dalam orbit berbentuk lingkaran mengelilingi Bumi. Dia percaya itu karena dia merasa, dengan alasan mistik, bahwa Bumi adalah pusat alam semesta, dan bahwa gerak melingkar adalah yang paling sempurna. Gagasan itu dikembangkan Ptolemeus abad ke-2 Masehi menjadi model alam semesta yang lengkap. Bumi berada di tengah, dikelilingi 8 lingkaran yang mencakup Bulan, Matahari, bintang-bintang, dan 5 planet yang sudah dikenal ketika itu, Merkurius, Venus, Mars, Jupiter, dan Saturnus.

Planet-planet sendiri dikatakan bergerak dalam lingkaran-lingkaran lebih kecil yang terletak di lingkaran masing-masing agar kerumitan jalur pergerakan mereka di angkasa bisa dijelaskan. Lingkaran terluar adalah tempat bintang-bintang yang tak bergerak, yang kedudukannya satu sama lain selalu tetap namun semuanya berputar bersama-sama melintasi angkasa. Yang berada di balik lingkaran terluar tak pernah dijelaskan, namun bukan merupakan bagian alam semesta yang bisa diamati manusia.

Model Ptolemeus menyediakan suatu sistem yang cukup akurat untuk memperkirakan posisi benda-benda angkasa. Tapi agar bisa memperkirakan dengan tepat, harus membuat asumsi bahwa Bulan mengikuti jalur yang kadang membuat dua kali lebih dekat ke Bumi ketimbang pada waktu yang lain. Dan itu berarti bulan seharusnya bisa terlihat dua kali lebih besar daripada biasanya! Mengakui kekurangan itu, namun Plolemeus mengakui kekurangan itu, namun modelnya diterima secara umum (biarpun tak secara universal). Model Ptolemeus diterima Gereja Kristen sebagai gambaran alam semesta yang sesuai dengan Kitab Suci, karena punya kelebihan yaitu menyisakan banyak ruang di luar lingkaran bintang-bintang tak Bergerak untuk surga dan neraka.

Kemudian diajukan suatu model yang lebih sederhana pada 1514 oleh seorang pendeta Polandia Nicholas Kopernikus. (Mula-mula barangkali karena takut dicap sesat oleh gerejanya, Kopernikus menyebarkan modelnya secara anonym.) Gagasan Kopernikus adalah bahwa Matahari diam di pusat dan Bumi serta planet-planet lain beredar dalam orbit berbentuk lingkaran mengelilingi Matahari. Hampir seabad lalu berlalu sebelum gagasan itu dianggap serius. Lalu 2 astronomi -orang Jerman Johanes Kepler dan orang Itali Galileo Galilei- mulai mendukung teori Kopernicus secara terang-terangan meski kenyataannya orbit yang diprediksi teori teori Kopernicus tidak pas benar dengan hasil pengamatan. Pukulan maut bagi teori Aristoteles atau Ptolemeus terjadi pada 1609. Pada tahun itu, Galileo mulai mengamati langit malam dengan alat yang baru diciptakannya, teropong. Ketika mengamati planet Jupiter, Galileo mendapati bahwa planet itu dikelilingi beberapa satelit kecil atau bulan. Artinya, tak semua benda harus mengorbit mengelilingi bumi, sebagaimana Aristoteles dan duga. (Tentu saja, masih mungkin untuk menganggap Bumi berada diam di tengah alam semesta dan bulan-bulan Jupiter mengikuti jalur sangat rumit mengelilingi Bumi, sehingga mereka tampak mengorbit Jupiter. Tapi teori Kopernicus jauh lebih sederhana.) Pada waktu yang sama, Johannes Kepler telah memodifikasi teori Kopernicus, menyatakan bahwa planet beredar bukan dalam lintasan berbentuk lingkaran, melainkan elips (elips adalah lingkaran yang memanjang.) Prediksi pun jadi cocok dengan hasil pengamatan.

Menurut Kepler, orbit elips sekadar hipotesis sementara, yang kurang disukai karena elips dianggap lebih tak sempurna daripada lingkaran. Sesudah menemukan -nyari secara kebetulan- bahwa orbit elips cocok dengan pengamatan, Kepler tak bisa mendamaikan penemuan itu dengan gagasannya bahwa planet-planet mengorbit Matahari karena gaya magnet. Penjelasannya tersedia lama sesudahnya, pada 1687, ketika Sir Isaac Newton menerbitkan karyanya Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, yang barangkali kayak Karya paling penting yang pernah terbit dalam ilmu fisika. Dalam karyanya Newton tak hanya mengajukan teori yang menjelaskan bagaimana benda bergerak dalam ruang dan waktu, tetapi juga mengembangkan matematika rumit yang diperlukan untuk menganalisa gerak benda. Tambahan lagi, Newton mengajukan hukum gravitasi universal yang menyatakan setiap benda di alam semesta tarik-menarik dengan benda lain melalui suatu gaya yang semakin kuat apabila massa benda benda makin besar dan jarak benda benda makin kecil. Gaya yang sama menyebabkan benda jatuh ke tanah. (Kisah bahwa Newton terinspirasi apel yang menimpa kepalanya hampir pasti di diragukan kebenarannya. Newton sendiri hanya bilang bahwa gagasan gravitasi datang kepada dirinya selagi dia duduk “sambil merenung” dan “terpancing jatuhnya sebuah apel.”) Newton lalu menunjukkan bahwa berdasarkan hukum yang diajukan, gravitasi menyebabkan Bulan bergerak mengikuti orbit elips mengelilingi Bumi dan menyebabkan Bumi serta planet-planet mengikuti lintasan elips mengelilingi Matahari.

Model Kopernicus membuang lingkaran-lingkaran angkasa Ptolemeus berikut gagasan bahwa alam semesta punya batas alami. Karena “bintang-bintang yang tak bergerak” tak tampak berubah kedudukan selain berotasi melintasi angkasa karena Bumi berputar di porosnya, maka wajarlah bila dianggap bintang-bintang itu merupakan benda seperti Matahari namun berjarak lebih jauh.

Berdasarkan teori gravitasinya, Newton menyadari bahwa bintang-bintang seharusnya tarik-menarik, japi tampaknya bintang-bintang tak bisa tetap Tak Bergerak. Apakah bintang-bintang bakal jadi saling bertabrakan di satu tituk? Dalam satu surat pada 1961 untuk Richard Bentley, salah satu pemikir terkemuka pada zamannya, Newton berkata itu bakal terjadi apabila ada bintang dengan jumlah tertentu yang tersebar di ruang angkasa yang terbatas. Tapi, di pihak lain, menurut Newton apabila jumlah bintang tak terhingga dan tersebar seragam di ruang yang tak terbatas maka bintang-bintang tak akan saling bertabrakan karena tak kan ada titik pusat dimana semua bintang terjatuh.

Argumen itu adalah salah satu contoh jebakan yang bisa kita temukan ketika berbicara mengenai ke ketakterhinggaan (Infinity). Dalam alam semesta yang tak terbatas, tiap titik bisa dianggap sebagai pusat, karena di tiap. Ada bintang berjumlah tak terhingga di semua sisinya. Pendekatan yang benar, yang disadari lama sesudahnya, adalah mempertimbangkan situasi terhingga (finity), di mana semua bintang saling bertemu dan bertabrakan, lalu bertanya apa yang terjadi kalau ditambahkan bintang-bintang yang tersebar merata di luar ruangan. Menurut hukum Newton, bintang-bintang tambahan secara keseluruhan tak bakal menimbulkan perubahan kepada bintang-bintang pertama sehingga bintang-bintang pertama saling bertemu sama cepatnya. Bisa kita tambahkan bintang sebanyak mungkin, tapi semuanya tetap akan Saling bertabrakan. Sekarang kita tahu, mustahil memiliki model alam semesta tak terhingga statis di mana gravitasi selalu tarik-menarik.

Menariknya, dalam suasana pemikiran umum sebelum abad ke-20, tak seorang pun pernah menggagas bahwa alam semesta sedang mengembang atau menyusut. Secara umum diterima bahwa alam semesta entah sudah selalu ada dalam keadaan tak berubah, atau tetap tercipta pada waktu tertentu yang telah lalu dalam keadaan yang kurang lebih seperti kita alami sekarang. Sebagian alasannya mungkin ada kecenderungan orang untuk percaya kepada kebenaran abadi, juga kenyamanan yang ditemukan dalam gagasan bahwa walaupun manusia menua dan mati alam semesta kekal dan tak berubah.

Mereka yang menyadari bahwa teori gravitasi Newton menunjukkan alam semesta tak bisa statis pun tak terpikir untuk menggagas bahwa alam semesta itu mengembang. Sebaliknya Mereka mencoba memodifikasi teori itu dengan membuat gaya gravitasi itu bersifat tolak menolak pada jarak sangat besar. Itu tak banyak mempengaruhi prediksi mereka terhadap gerak planet, tapi memperkenankan penyebaran bintang yang tak terhingga jumlahnya tetap dalam keadaan setimbang -karena gaya tarik-menarik antara bintang-bintang yang saling berdekatan diimbangi gaya tolak menolak dari bintang-bintang yang jauh. Tapi kita sekarang percaya bahwa kesetimbangan seperti ini seperti itu tidak stabil: Jika bintang-bintang di suatu daerah menjadi lebih berdekatan satu sama lain, gaya tarik-menarik antara bintang-bintang itu bakal menjadi lebih kuat sehingga bintang-bintang Saling bertabrakan. Di pihak lain, jika bintang-bintang menjadi lebih berjauhan satu sama lain, gaya tolak-menolak bakal unggul membuat bintang-bintang saling menjauhi.

Satu lagi penolakan terhadap alam semesta statis tak terhingga biasanya dikaitkan dengan filsuf Jerman Heinrich Olbers, yang menulis mengenai teori itu pada 1823. Sebenarnya banyak orang sezaman Newton yang sudah mengangkat permasalahannya, dan artikel Olbers bukanlah yang pertama kali membuat argumen masuk akal tentang teori Newton. Tapi Artikel Olbers-lah yang pertama kali banyak dikutip. Kesulitannya adalah bahwa hal bahwa dalam suatu alam semesta statis tak terhingga, nyaris tiap jalur pandangan bakal berakhir di permukaan 1 bintang. Jadi seharusnya seluruh Langit Itu terang seperti Matahari, bahkan pada malam hari. Argumen kontra Olbers adalah bahwa cahaya dari bintang-bintang yang jauh bakal redup karena terserap zat (matter) yang dilewatinya. Tapi jika itu terjadi, maka materi yang dilewati bakal memanas sampai berpendar seterang bintang. Satu-satunya cara menghindari kesimpulan bahwa malam harus seterang permukaan matahari kiranya adalah dengan menganggap bintang-bintang tak bersinar selama-lamanya, melainkan harus mulai bersinar pada waktu tertentu yang sudah lampau. Kalau demikian maka zat yang menyerap cahaya mungkin belum cukup panas atau cahaya dari bintang-bintang yang jauh mungkin belum sampai ke kita. Dan itu membawa kita ke pertanyaan apa yang dapat menyebabkan bintang bersinar.