BAB I
PENDAHULUAN
Ledakan Dahsyat atau Dentuman Besar (bahasa Inggris: Big Bang) merupakan sebuah peristiwa yang
menyebabkan pembentukan alam semesta berdasarkan
kajian kosmologi mengenai
bentuk awal dan perkembangan alam semesta (dikenal juga dengan Teori Ledakan Dahsyat atau Model
Ledakan Dahysat). Berdasarkan permodelan ledakan ini, alam semesta, awalnya
dalam keadaan sangat panas dan padat, mengembang secara terus menerus hingga
hari ini. Berdasarkan pengukuran terbaik tahun 2009, keadaan awal alam semesta
bermula sekitar 13,7 miliar tahun lalu, yang
kemudian selalu menjadi rujukan sebagai waktu terjadinya Big Bang tersebut. Teori ini telah memberikan
penjelasan paling komprehensif dan akurat yang didukung oleh metode ilmiah beserta
pengamatan.
Untuk lebih jelas dan lengkap mengenai teori
ledakan dasyat atau Big Bang akan
disampaikan pada bagian pembahasan.
BAB II
PEMBAHASAN
Menurut
model ledakan dahsyat, alam semesta mengembang
dari keadaan awal yang sangat padat dan panas dan terus mengembang sampai
sekarang. Secara umum, pengembangan ruang semesta yang mengandung galaksi-galaksi dianalogikan seperti roti kismis yang mengembang.
A. Sejarah dan Perkembangan Teori Big Bang
Teori
ledakan dahsyat dikembangkan berdasarkan pengamatan pada stuktur alam semesta
beserta pertimbangan teoritisnya. Pada tahun 1912, Vesto Slipher adalah orang yang pertama mengukur efek Doppler pada
"nebula spiral" (nebula spiral merupakan istilah lama
untuk galaksi spiral), dan kemudian diketahui bahwa hampir semua
nebula-nebula itu menjauhi bumi. Ia tidak berpikir lebih jauh lagi mengenai
implikasi fakta ini, dan sebenarnya pada saat itu, terdapat kontroversi apakah
nebula-nebula ini adalah "pulau semesta" yang berada di luar
galaksi Bima Sakti.
Sepuluh
tahun kemudian, Alexander Friedmann seorang kosmologis dan matematikawan Rusia, menurunkan persamaan Friedmann dari persamaan relativitas umum Albert Einstein. Persamaan ini
menunjukkan bahwa alam semesta mungkin mengembang dan berlawanan dengan model
alam semesta yang statis seperti yang diadvokasikan oleh Einstein pada saat
itu.
Pada
tahun 1924, pengukuran Edwin Hubble akan jarak
nebula spiral terdekat menunjukkan bahwa ia sebenarnya merupakan galaksi lain. Georges Lemaître kemudian secara
independen menurunkan persamaan Friedmann pada tahun 1927 dan mengajukan bahwa
resesi nebula yang disiratkan oleh persamaan tersebut diakibatkan oleh alam
semesta yang mengembang.
Pada
tahun 1931 Lemaître lebih jauh
lagi mengajukan bahwa pengembangan alam semesta seiring dengan berjalannya
waktu memerlukan syarat bahwa alam semesta mengerut seiring berbaliknya waktu
sampai pada suatu titik di mana seluruh massa alam semesta berpusat pada satu
titik, yaitu "atom purba"
di mana waktu dan ruang bermula.
Mulai
dari tahun 1924, Hubble mengembangkan
sederet indikator jarak yang merupakan cikal bakal tangga jarak kosmis menggunakan teleskop Hooker 100-inci
(2,500 mm) di Observatorium Mount Wilson.
Hal ini memungkinkannya memperkirakan jarak antara galaksi-galaksi yang pergeseran merahnya telah
diukur, kebanyakan oleh Slipher. Pada tahun 1929, Hubble menemukan korealsi
antara jarak dan kecepatan resesi, yang sekarang dikenal sebagai hukum Hubble. lemaître telah menunjukan bahwa ini yang diharapkan,
mengingat prinsip kosmologi.
Semasa tahun 1930-an,
gagasan-gagasan lain diajukan sebagai kosmologi non-standar untuk menjelaskan
pengamatan Hubble, termasuk pula model Milne, alam semesta berayun (awalnya diajukan oleh Friedmann, namun
diadvokasikan oleh Albert Einstein dan Richard Tolman) dan hipotesis cahaya lelah (tired light) Fritz Zwicky.
Setelah Perang Dunia II, terdapat dua
model kosmologis yang memungkinkan. Satunya adalah model keadaan tetap Fred Hoyle, yang
mengajukan bahwa materi-materi baru tercipta ketika alam semesta tampak
mengembang. Dalam model ini, alam semesta hampirlah sama di titik waktu manapun.
Model lainnya adalah teori ledakan
dahsyat Lemaître, yang diadvokasikan dan dikembangkan oleh George Gamow, yang kemudian
memperkenalkan nukleosintesis ledakan dahsyat (Big Bang Nucleosynthesis, BBN) dan yang
kaitkan oleh, Ralph Alpher dan Robert Herman, sebagai radiasi latar
belakang gelombang mikro kosmis (cosmic
microwave background radiation, CMB). Ironisnya, justru adalah Hoyle yang
mencetuskan istilah big bang untuk merujuk pada teori Lemaître dalam
suatu siaran radio BBC pada
bulan Maret 1949.
Untuk sementara, dukungan para
ilmuwan terbagi kepada dua teori ini. Pada akhirnya, bukti-bukti pengamatan
memfavoritkan teori ledakan dahsyat. Penemuan dan konfirmasi radiasi latar
belakang gelombang mikro kosmis pada tahun 1964[28] mengukuhkan
ledakan dahsyat sebagai teori yang terbaik dalam menjelaskan asal usul dan
evolusi kosmos. Kebanyakan karya kosmologi zaman sekarang berkutat pada
pemahaman bagaimana galaksi terbentuk dalam konteks ledakan dahsyat, pemahaman
mengenai keadaan alam semesta pada waktu-waktu terawalnya, dan merekonsiliasi
pengamatan kosmis dengan teori dasar.
Berbagai kemajuan besar dalam
kosmologi ledakan dahsyat telah dibuat sejak akhir tahun 1990-an, utamanya
disebabkan oleh kemajuan besar dalam teknologiteleskop dan analisis data
yang berasal dari satelit-satelit seperti COBE, Teleskop luar angkasa Hubble dan WMAP.
B.
Garis Waktu Ledakan Dasyat (Big Bang)
Ekstrapolasi
pengembangan alam semesta seiring mundurnya waktu menggunakan relativitas umum menghasilkan
kondisi masa jenis dan suhu alam semesta yang tak terhingga pada suatu
waktu pada masa lalu. Singularitas ini mensinyalkan runtuhnya keberlakuan relativitas
umum pada kondisi tersebut. Sedekat mana kita dapat berekstrapolasi menuju
singularitas diperdebatkan, namun tidaklah lebih awal daripada masa Planck. Fase awal yang
panas dan padat itu sendiri dirujuk sebagai "the Big
Bang", dan dianggap sebagai "kelahiran" alam semesta kita.
Didasarkan
pada pengukuran pengembangan menggunakan Supernova Tipe Ia, pengukuran fluktuasi temperatur pada latar gelombang
mikro kosmis, dan pengukuran fungsi korelasi galaksi, alam semesta memiliki usia 13,73 ±
0.12 miliar tahun. Kecocokan hasil ketiga pengukuran independen ini
dengan kuat mendukung model ΛCDM yang mendeskripsikan secara mendetail
kandungan alam semesta.
Fase
terawal ledakan dahsyat penuh dengan spekulasi. Model yang paling umumnya
digunakan mengatakan bahwa alam semesta terisi secara homogen dan isotropis
dengan rapatan energi yang sangat tinggi, tekanan dan temperatur yang
sangat besar, dan dengan cepat mengembang dan mendingin. Kira-kira
10−37 detik setelah pengembangan, transisi fase menyebabkan inflasi kosmis, yang sewaktu
itu alam semesta mengembang secara eksponensial. Setelah inflasi berhenti,
alam semesta terdiri dari plasma kuark-gluon beserta partikel-partikel elementer lainnya.
Temperatur
pada saat itu sangat tinggi sehingganya kecepatan gerak partikel mencapai
kecepatan relativitas, dan produksi pasangan segala
jenis partikel terus menerus diciptakan dan dihancurkan. Sampai dengan suatu
waktu, reaksi yang tak diketahui yang disebut bariogenesis melanggar
kekekalan jumlah barion dan menyebabkan jumlah kuark dan lepton lebih banyak daripada antikuark dan antilepton
sebesar satu per 30 juta. Ini menyebabkan dominasi materi melebihi antimateripada alam
semesta.
Ukuran
alam semesta terus membesar dan temperatur alam semesta terus menurun, sehingga
energi tiap-tiap partikel terus menurun. Transisi fase perusakan simetri membuat gaya-gaya dasar fisika dan
parameter-parameter partikel elementer berada dalam kondisi yang sama seperti
sekarang. Setelah kira-kira 10−11 detik, gambaran ledakan dahsyat
menjadi lebih jelas oleh karena energi partikel telah menurun mencapai energi
yang bisa dicapai oleh eksperimen fisika partikel.
Pada
sekitar 10−6 detik, kuark dan gluon bergabung membentuk barion seperti proton dan neutron. Kuark yang sedikit
lebih banyak daripada antikuark membuat barion sedikit lebih banyak daripada
antibarion. Temperatur pada saat ini tidak lagi cukup tinggi untuk menghasilkan
pasangan proton-antiproton, sehingga yang selanjutnya terjadi adalah pemusnahan
massal, menyisakan hanya satu dari 1010 proton dan neutron terdahulu.
Setelah pemusnahan ini, proton, neutron, dan elektron yang tersisa tidak lagi
bergerak secara relativistik dan rapatan energi alam semesta didominasi
oleh foton (dengan sebagian
kecil berasal dari neutrino).
Beberapa
menit semasa pengembangan, ketika temperatur 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. Kebanyakan proton masih tidak terikat sebagai
inti hidrogen. Seiring dengan mendinginnya alam semesta, rapatan
energi massa rihat materi secara gravitasional mendominasi.
Setelah 379.000 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.
Selama periode yang sangat panjang, daerah-daerah
alam semesta yang sedikit lebih rapat mulai menarik materi-materi sekitarnya
secara gravitasional, membentuk awan gas, bintang, galaksi, dan
objek-objek astronomi lainnya yang terpantau sekarang. Detail proses ini
bergantung pada banyaknya dan jenis materi alam semesta. Terdapat tiga jenis
materi yang memungkinkan, yakni materi gelap dingin, materi gelap panas, dan materi barionik. Pengukuran terbaik yang didapatkan dari WMAP menunjukkan bahwa bentuk materi yang dominan dalam
alam semesta ini adalah materi gelap dingin. Dua jenis materi lainnya hanya
menduduki kurang dari 18% materi alam semesta.
Bukti-bukti independen yang berasal dari supernova tipe Ia dan radiasi latar
belakang gelombang mikro kosmis menyiratkan
bahwa alam semesta sekarang didominasi oleh sejenis bentuk energi misterius
yang disebut sebagai energi gelap, yang tampaknya
menembus semua ruang. Pengamatan ini mensugestikan bahwa 72% total rapatan
energi alam semesta sekarang berbentuk energi gelap. Ketika alam semesta masih
sangat muda, kemungkinan besar ia telah disusupi oleh energi gelap, namun dalam
ruang yang sempit dan saling berdekatan. Pada saat itu, gravitasi mendominasi
dan secara perlahan memperlambat pengembangan alam semesta. Namun, pada
akhirnya, setelah beberapa miliar tahun pengembangan, energi gelap yang semakin
berlimpah menyebabkan pengembangan alam semesta mulai secara perlahan semakin
cepat.
Segala evolusi kosmis yang terjadi
setelah periode inflasioner ini dapat secara ketat dideskripsikan dan
dimodelkan oleh model ΛCDM, yang menggunakan kerangka mekanika kuantum dan
relativitas umum Einstein yang independen. Sebagaimana yang telah disebutkan,
tiada model yang dapat menjelaskan kejadian sebelum 10−15detik setelah kejadian
ledakan dahsyat. Teori kuantum gravitasi diperlukan untuk mengatasi batasan ini.
C.
Asumsi Dasar Teori Big Bang
Teori
ledakan dahsyat bergantung kepada dua asumsi utama: universalitas hukum fisika dan prinsip kosmologi. Prinsip
kosmologi menyatakan bahwa dalam skala yang besar alam semesta bersifat homogen dan isotropis.
Kedua
asumsi dasar ini awalnya dianggap sebagai postulat, namun beberapa usaha telah
dilakukan untuk menguji keduanya. Sebagai contohnya, asumsi bahwa hukum fisika
berlaku secara universal diuji melalui pengamatan ilmiah yang menunjukkan bahwa
penyimpangan terbesar yang mungkin terjadi pada tetapan struktur
halus sepanjang usia alam semesta berada
dalam batasan 10−5.
Apabila alam semesta tampak isotropis
sebagaimana yang terpantau dari bumi, prinsip komologis dapat diturunkan
dari prinsip Kopernikus yang lebih sederhana. Prinsip ini menyatakan
bahwa bumi, maupun titik pengamatan manapun, bukanlah posisi pusat yang khusus
ataupun penting. Sampai dengan sekarang, prinsip kosmologis telah berhasil
dikonfirmasikan melalui pengamatan pada radiasi latar gelombang mikro kosmis.
D.
Bukti Pengamatan Teori Big Bang
Terdapat beberapa bukti
pengamatan langsung yang mendukung model Ledakan Dahsyat, yaitu pengembangan Hubble terpantau
pada geseran merah galaksi, pengukuran mendetail pada latar belakang
gelombang mikro kosmis, kelimpahan
unsur-unsur ringan, dan distribusi skala besar beserta evolusi galaksi yang
diprediksikan terjadi karena pertumbuhan gravitasional struktur dalam teori
standar. Keempat bukti ini kadang-kadang disebut "empat pilar teori
Ledakan Dahsyat".
E.
Ciri, Persoalan dan Masalah Ledakan Dasyat (Big Bang)
Walaupun
sekarang ini teori Ledakan Dahsyat mendapatkan dukungan yang luas dari para
ilmuwan, dalam sejarahnya, berbagai persaoalan dan masalah pada teori ini
pernah memicu kontroversi ilmiah mengenai model mana yang paling baik dalam
menjelaskan pengamatan kosmologis yang ada. Banyak dari persoalan dan masalah
teori Ledakan Dahsyat telah mendapatkan solusinya, baik melalui modifikasi pada
teori itu sendiri maupun melalui pengamatan lebih lanjut yang lebih baik.
Gagasan-gagasan
inti Ledakan Dahsyat yang terdiri dari pengembangan alam semesta, keadaan awal
alam semesta yang panas, pembentukan helium, dan pembentukan galaksi,
diturunkan dari banyak pengamatan yang tak tergantung pada model kosmologis
mana pun. Walau bagaimanapun, model cermat Ledakan Dahsyat memprediksikan
berbagai feomena fisika yang tak pernah terpantau di Bumi maupun terdapat pada Model Standar fisika partikel.
Utamanya, materi gelapmerupakan topik investigasi ilmiah yang mendapatkan
perhatian yang luas. Persoalan lainnya seperti masalah halo taring dan masalah galaksi
katai dari materi gelap dingin tidak sefatal penjelasan materi gelap karena
penyelesaian atas masalah tersebut telah ada dan hanya memerlukan perbaikan
lebih lanjut pada teori Ledakan Dahsyat. Energi gelap juga
merupakan topik investigasi yang menarik perhatian ilmuwan, namun tidaklah
jelas apakah pendeteksian langsung energi gelap dimungkinkan atau tidak.
Di
sisi lain, inflasi kosmos dan bariogenesis masih
sangat spekulatif. Keduanya sangat penting dalam menjelaskan keadaan awal alam
semesta, namun tidak dapat digantikan dengan penjelasan alternatif lainnya
tanpa mengubah teori Ledakan Dahsyat secara keseluruhan. Pencarian akan
penjelasan yang tepat atas fenomena-fenomena tersebut menjawab pada masalah
yang belum terpecahkan dalam fisika.
F.
Kesalahan Umum tentang Teori Big Bang
Orang
sering kali salah mengartikan dentuman besar sebagai suatu ledakan yang
menghamburkan materi ke ruang hampa. Padahal dentuman besar bukanlah suatu
ledakan, bukan penghamburan materi ke ruang kosong, melainkan suatu proses
pengembangan alam semesta itu sendiri. Dentuman besar adalah proses
pengembangan ruang-waktu. Bahkan istilah 'ledakan besar' sendiri merupakan
istilah salah kaprah.
DAFTAR PUSTAKA
http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Ledakan_Dahsyat&oldid=7371099
(Dilihat tanggal 06 Desember 2013)
