A Brief History Of Time : Gambaran Alam Semesta (1.2)

Sumber : Pixabay.com

(2) Tentu saja, awal mula alam semesta telah dibahas jauh sebelumnya. Menurut sejumlah kosmologi awal dan agama Yahudi, Kristen, Muslim, alam semesta bermula pada satu saat tertentu yang belum lama berlalu. Satu argumen mendukung adanya awal mula alam semesta adalah perasaan bahwa diperlukannya “Penyebab Pertama” (first Cause)  untuk menjelaskan keberadaan alam semesta. (Di dalam alam semesta, suatu peristiwa selalu dijelaskan sebagai disebabkan peristiwa lain sebelumnya, tapi keberadaan alam semesta itu sendiri dapat dijelaskan dengan cara demikian hanya bila alam semesta punya awal mula.) Argumen lain diajukan oleh St. Agustinus dalam bukunya De Civitate Dei (Kota Tuhan.) St. Agustinus menunjukkan bahwa peradaban terus maju dan kita mengingat siapa yang melakukan perbuatan atau mengembangkan teknik. Jadi, manusia dan barangkali juga alam semesta tak mungkin sudah ada dalam jangka waktu sangat panjang. St. Agustinus menerima bahwa penciptaan alam semesta terjadi kira-kira tahun 5000 sebelum Masehi, menurut Kitab Kejadian. (Menariknya, waktu itu tak Seberapa jauh dari zaman akhir Zaman Es terakhir; sekitar 10.000 sebelum Masehi, masa yang disebut para ahli arkeologi sebagai permulaan peradaban.)

Di pihak 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 di sekitarnya sudah selalu ada dan bakal terus ada selama-lamanya. Orang-orang zaman dulu itu sudah mempertimbangkan argumen kemajuan sebagaimana yang disebut diatas, dan menjawabnya dengan mengatakan telah terjadi banjir besar dan bencana lain yang berkali-kali mengembalikan umat manusia ke keadaan awal peradaban.

Pertanyaan apakah alam semesta memiliki permulaan dalam waktu dan apakah alam semesta memiliki batas dalam ruang kemudian dibahas secara luas oleh fisuf Immanuel Kant dalam karyanya yang monumental (dan sangat samar) Kritik der reinen Vernunft (kritik atas Nalar Murni), yang diterbitkan pada 1781. Kant menyebut pertanyaan-pertanyaan itu sebagai antinomi (artinya kontradiksi) terhadap Nalar murni karena dia merasa ada alasan-alasan yang sama kuat untuk mempercayai tesis, bahwa alam semesta punya permulaan, dan antitesis, bahwa alam semesta selalu ada. Argumen Kant mendukung tesis adalah bahwa bila alam semesta tak punya permulaan, maka bakal ada jangka waktu yang tak terhingga sebelum peristiwa apapun, yang dianggap absurd. Argumen mendukung antitesis adalah bahwa jika alam alam semesta punya permulaan, bakal ada jangka waktu yang tak terhingga sebelum permulaan itu, jadi mengapa alam semesta harus bermula pada satu waktu tertentu? Sebenarnya, alasan Kant bagi tesis dan antitesis adalah argumen yang sama Keduanya didasarkan kepada asumsi yang Kant tak sebut, bahwa waktu berlanjut terus ke belakang ke masa lalu yang tak terhingga, tanpa peduli alam semesta selalu ada atau tidak. Seperti akan kita lihat, Konsep waktu tak punya makna sebelum permulaan alam semesta. Itu pertama kali di tunjukkan oleh St. Agustinus. Ketika ditanya: "Apa yang Tuhan lakukan sebelum dia menciptakan alam semesta?" Agustinus tak menjawab "Dia mempersiapkan neraka untuk orang-orang yang bertanya seperti itu". Dia malah menyatakan bahwa waktu adalah bagian alam semesta yang Tuhan ciptakan dan waktu tidak ada sebelum permulaan alam semesta.

Ketika sebagian besar orang percaya bahwa alam semesta pada intinya statis tidak berubah, pertanyaan apakah alam semesta punya permulaan atau tidak merupakan pertanyaan metafisika atau teologi. Semua yang diamati bisa dijelaskan dengan teori bahwa alam semesta selalu ada maupun teori bahwa alam semesta bermula pada waktu tertentu dan terlipat seolah selalu ada. Tapi pada tahun 1929 Edwin Hubble mendapat pengamatan penting bahwa kemanapun kita melihat, galaksi-galaksi yang jauh bergerak menjauhi kita. Dengan kata lain, alam semesta ini mengembang. Artinya pada masa lalu segala benda kiranya berada lebih dekat atau sama lain. Malah tampaknya ada suatu waktu, sekitar 10 atau 20 miliar tahun yang lalu, ketika segalanya berada di tempat yang sama, sehingga kerapatan tak terhingga. Penemuan itu akhirnya membawa pertanyaan awal mula alam semesta ke dalam ranah sains.

Pengamatan Hubble memberi kesan bahwa ada saat yang disebut ledakan besar atau Big Bang, ketika alam semesta luar biasa kecil dan rapat. Dalam kondisi seperti itu, semua hukum sains dan karena itu semua kemampuan memprediksi masa depan, bakal buyar tanda . Jika ada peristiwa sebelum saat itu, maka peristiwa itu tak dapat mempengaruhi apa yang terjadi sekarang. Keberadaan peristiwa sebelum Ledakan Big Bang atau Ledakan Besar bisa diabaikan karena tak berpengaruh apa-apa terhadap pengamatan. Boleh dibilang waktu bermula pada Letakkan ledakan besar, dalam arti waktu sebelum ledakan besar tak terdefinisikan. Perlu ditegaskan bahwa permulaan waktu itu sangat berbeda dengan apa yang sebelumnya dibahas. Dalam suatu alam semesta yang tak berubah, waktu adalah sesuatu yang harus diterapkan oleh sosok di luar alam semesta: tak wajib ada permulaan. Bisa dibayangkan Tuhan menciptakan alam semesta pada saat apapun yang sudah lalu. Di pihak lain, jika alam semesta mengembang, cobalah jadi ada alasan fisik Mengapa harus ada permulaan. Dapat dibayangkan juga Tuhan menciptakan alam semesta pada saat ledakan besar, atau bahkan menciptakan sesudahnya sedemikian sehingga terkesan seolah ada ledakan besar, tapi tak ada artinya membayangkan alam semesta diciptakan sebelum ledakan besar. Alam semesta mengembang tidak melanjutkan penciptanya, tapi jelas membatasi kapan pencipta bisa melakukan penciptaan!

Untuk bisa berbicara mengenai hakikat alam semesta dan membahas pertanyaan Seperti apakah alam semesta punya permulaan atau akhir, kita harus tahu apa itu teori sains. Saya akan menggunakan pandangan sederhana bahwa teori hanyalah model alam semesta, atau sebagiannya, dan satu set aturan yang menghubungkan kuantitas-kuantitas di model pengamatan yang kita buat. Boleh hanya ada dalam akal budi kita dan tak punya realitas lain apapun artinya itu. Suatu teori dianggap bagus jika memenuhi dua syarat. Teori harus secara akurat menjabarkan sekelompok besar pengamatan berdasarkan suatu model yang hanya mengandung sedikit unsur arbitrer, dan teori itu harus membuat prediksi tertentu mengenai hasil pengamatan pada masa depan. Contohnya, Aristoteles percaya teori Empedokles yang mengatakan bahwa segala benda terbuat dari 4 unsur tanah, udara, api, dan air. Teori Itu Sederhana, tapi tidak membuat prediksi tertentu. Di pihak lain. Teori gravitasi Newton didasarkan kepada model yang lebih sederhana lagi, dimana benda-benda tarik-menarik dengan gaya yang sebanding dengan besaran yang disebut massa dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar benda. Teori Newton juga memprediksi gerak matahari, bulan, dan planet-planet dengan akurasi tinggi.

Semua teori fisika selalu bersifat sementara, dalam arti bahwa teori itu hanya hipotesis: tidak bisa dibuktikan benar. Tak peduli seberapa banyak hasil percobaan sesuai dengan 1 teori, kita tidak bisa memastikan bahwa kelak hasil tak dapat bertentangan dengan teori. Di pihak lain, suatu teori bisa disangkal dengan menemukan satu saja pengamatan yang tak cocok dengan prediksi teori itu. Sebagaimana ditegaskan filsuf sains Karl Kopper, ciri teori yang baik adalah Kalau teori itu membuat sejumlah prediksi yang pada prinsipnya dapat disangkal atau dibuktikan keliru dengan pengamatan. Tiap kali percobaan baru memberi hasil yang cocok dengan prediksi, teori terus bertahan, dan keyakinan kita terhadapnya meningkat: tapi jika ada pengamatan baru yang didapat tidak cocok, kita harus tinggalkan atau ubah teori itu.

Setidaknya itulah yang seharusnya terjadi, tapi kita selalu bisa mempertanyakan kompetensi orang yang melakukan pengamatan.

 Dalam praktik, yang terjadi yang sering terjadi adalah bahwa teori baru digagas sebagai perpanjang teori sebelumnya. Contohnya, pengamatan sangat akurat terhadap planet Merkurius mengungkapkan perbedaan kecil antara gerak Merkurius dan prediksi teori gravitasi Newton. Teori relativitas umum dan memprediksi gerak yang sedikit berbeda dari teori Newton. Kenyataan bahwa prediksi Einstein cocok dengan apa yang dilihat sementara prediksi Newton tidak cocok adalah salah satu konfirmasi penting bagi teori baru tersebut. Namun kita masih menggunakan teori Newton untuk memperluas praktis karena perbedaan antara prediksinya dan prediksi relativitas umum sangat kecil dalam situasi yang biasanya kita hadapi, (Teori Newton juga punya kelebihan yakni lebih sederhana daripada teori Einstein!)

Tujuan akhir sains adalah menyediakan satu teori yang menjabarkan seluruh alam semesta. Namun pendekatan yang diikuti sebagian besar ilmuwan adalah memecahkan persoalan yang itu menjadi dua bagian. Pertama, ada hukum-hukum yang beritahu kita bagaimana alam semesta berubah seiring berjalannya waktu. (Jika kita tahu seperti apa alam semesta pada suatu waktu, maka hukum-hukum fisika akan memberikan kita seperti apa alam semesta pada waktu berikutnya). Kedua, ada persoalan keadaan awal (Initial State) alam semesta. Beberapa orang merasa bahwa sains seharusnya hanya membahas bagian permulaan: mereka menganggap persoalan keadaan awal adalah urusan metafisika atau agama. Mereka berkata bahwa Tuhan Yang Mahakuasa dapat memulai alam semesta dengan cara apapun yang Dia mau. Boleh jadi memang 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. Oleh karena itu tampaknya masuk akal juga kalau diduga bahwa ada hukum-hukum yang mengatur keadaan awal.

 Ternyata sukar sekali merumuskan teori yang menjabarkan alam semesta secara keseluruhan dan sekali jalan. Kita malah memecah persoalan itu menjadi potongan-potongan kecil dan menciptakan sejumlah teori yang hanya menjelaskan sebagian. Tapi teori penjelas sebagian itu menjabarkan dan memprediksi sekelompok terbatas pengamatan, mengabaikan akibat besar-besaran lain, atau mewakili besaran-besaran lain dengan set bilangan sederhana. Boleh jadi berdekatan itu benar-benar keliru. Jika segala hal dalam alam semesta bergantung kepada hal-hal lain secara mendasar, kiranya mustahil mencapai bentuk pemecahan lengkap dengan memprediksi bagian-bagian persoalan secara terpisah. Namun cara demikian telah membuat kita mendapat kemajuan pada masa lampau. Lagi-lagi contoh klasiknya adalah teori gravitasi Newton yang memberitahu kita bahwa gaya gravitasi antara dua benda bergantung kepada hanya satu bilangan terkait dengan setiap benda, yakni massa benda tersebut, tapi tak terlihat dengan apa yang menyusun benda. Jadi tak diperlukan teori mengenai struktur atau susunan Matahari serta planet-planet untuk menghitung orbit.

Hari ini para ilmuwan menjabarkan alam semesta berdasarkan dua teori dasar yang menjelaskan sebagian teori relativitas umum dan mekanika kuantum. Keduanya adalah prestasi besar intelektual paruh awal abad ke-20. Teori relativitas umum jabarkan gaya gravitasi dan struktur skala besar alam semesta, yakni struktur berskala dari beberapa mil sampai berapa 1.000.000 juta juta juta  (1 dengan dua puluh empat nol sesudahnya) mil, ukuran alam semesta yang bisa diamati. Di pihak lain, mekanika kuantum membahas fenomena di segala luar biasa kecil. Seperti 1 per 1.000.000 inci. Tapi sayangnya kedua teori itu diketahui tak konsisten satu sama lain -tak mungkin benar kedua-duanya. Salah satu usaha utama fisika sekarang, dan tema utama buku ini, adalah pencarian teori baru yang akan mencakup keduanya teori gravitasi kuantum. Kita belum punya teori seperti itu, dan boleh jadi kita masih jauh darinya, tapi kita sudah tahu banyak sifat yang harus dipunyai nya. Dan akan kita lihat, di bab-bab berikutnya, bahwa kita sudah tahu cukup banyak mengenai pernyataan-pernyataan yang harus dibuat oleh teori gravitasi Quantum.

Sekarang, jika kita percaya bahwa alam semesta tidak teratur, tapi diatur oleh hukum hukum tertentu, maka ujung-ujungnya anda harus bergabung teori-teori yang baru menjelaskan sebagian menjadi satu teori terpadu (unifield theory) lengkap dengan menjabarkan segala isi alam semesta. Tapi ada paradoks mendasar dalam pencarian teori terpadu lengkap. Gagasan-gagasan mengenai teori sains yang sudah disebut menganggap kita adalah sosok rasional yang bebas mengamati alam semesta sebagaimana kita kehendaki dan mengambil kesimpulan logis berdasarkan apa yang kita lihat.

Dalam skema seperti itu, masuk akal lah menganggap bahwa kita bisa terus maju mendekati hukum-hukum yang mengatur alam semesta kita. Namun jika memang benar atau ada teori terpadu lengkap, itulah kiranya menentukan segala tindakan kita. Jadi Teori ini sendiri bakal menentukan hasil pencarian kita terhadapnya! Dan Mengapa teori itu harus menentukan bahwa kita akan sampai ke kesimpulan yang benar berdasarkan bukti bukankah bisa jadi teori itu menentukan kita dapat kita akan mendapatkan kesimpulan yang salah? Atau hanya kesimpulan yang sama sekali?

Satu-satunya jawaban yang saya bisa berikan untuk mempersoalkan itu didasarkan kepada kaidah seleksi alam Darwin. Gagasannya adalah bahwa dalam populasi organisme yang berkembang biak, akan ada keragaman dalam materi genetis dan perkembangan berbagai individu. Perbedaan-perbedaan itu berarti bahwa sebagian individu akan lebih mampu menarik kesimpulan yang benar mengenai dunia sekitar mereka dan bertindak sesuai kesimpulan. Individu-individu itu akan lebih besar kemungkinannya untuk lestari dan berkembangbiak, sehingga pola kehidupan dan pemikiran mereka akan unggul. Sejak dulu sudah terbukti bahwa ada yang kita sebut kecerdasan dan penemuan sains telah memberi kelebihan dalam bertahan hidup. Belum jelas apakah memang akan terus demikian: penemuan sains kita bisa saja menghancurkan kita semua dan kalaupun tidak teori tersebut lengkap pun boleh jadi tadi menghasilkan banyak perbedaan pada peluang kita untuk bertahan. Namun, apabila alam semesta telah berkembang secara teratur bolehlah kita harapkan bahwa kemampuan penalaran yang telah diberi seleksi alam kepada kita bahwa berlalu juga dalam pencarian kita akan teori terpadu tersebut lengkap, sehingga tak bakal mengarahkan kita ke kesimpulan yang salah.

Karena teori-teori penjelas sebagian yang kita punya sudah memadai untuk membuat prediksi akurat di segala keadaan kecuali yang paling ekstrem, pencarian teori pamungkas alam semesta tampak sukar dibenarkan secara praktis. (Tapi layak diperhatikan bahwa alasan yang sama bisa diajukan juga terhadap relativitas dan mekanika kuantum dan teori-teori itu telah memberi kita energi nuklir dan revolusi mikroelektronika!) Penemuan teori padu lengkap boleh jadi tak membantu pelestarian spesies kita. Bahkan mungkin mempengaruhi gaya hidup kita. Tapi sejak Fajar peradaban manusia tak pernah puas melihat peristiwa-peristiwa yang tak saling terhubung dan tak dijelaskan. Mereka menginginkan pemahaman keteraturan yang mendasari dunia. Hari ini kita masih ingin tahu mengapa kita ada di sini dan darimana 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.