Umur Alam Semesta – The Age of the Universe

Teori  kuantum  yang  dikembangkan  oleh  Erwin  Schrödinger  dan  Werner Heisenberg, dan teori relativitas khusus yang dibangun oleh Albert Einstein pada permulaan abad keduapuluh 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  tiap – tiap  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  ruang- waktu 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 Robertson- Walker.  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 (big- bang)  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  masing- masing  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 kosmologi yang digabungkan dengan teori unifikasi agung (GUT = Grand Unified theory).

Tabel

 

Waktu (s)

Energi

E = kT (GeV)

Temperatur

T(K)

Diameter

dari alam semesta (cm)

 

Apa yang terjadi

10-43

 

 

 

10-36

 

 

10-10

 

 

2 x 10-6

2 x 10-4

 

2

 

 

200

 

 

1014

 

 

1018

1019

 

 

 

1015

 

 

102

 

 

1

10-1

10-3

 

 

10-4

 

 

10-10

 

 

10-12

1032

 

 

 

1028

 

 

1015

 

 

1013

1012

1010

 

 

109

 

 

103

 

 

3

10-3

 

 

 

10

 

 

1014

 

 

1016

1017

1019

 

 

1020

 

 

1026

 

 

1028

 

Kekacauan kuantum (quantum chaos)

 

Pengrusakan SU(5) GUT

 

Pengrusakan

SU(2)L Ä U(1)

 

Anihilasi nukleon

 

Anihilasi muon

 

Anihilasi pasangan elektron positron

 

Sintesis nukleon helium

 

Atom hidrogen terbentuk

 

Sekarang

Sumber : Prof. P. Silaban, Ph.D.

2 Tanggapan

  1. Ulasan yang menarik….. dari nara sumber, salam kenal. thax

    • Ok deh, makasih atas waktu nya tuk membaca artikel kami, salam kenal juga…Sedikit dari kami bahwasannya kami ini berjalan dengan metode tatma’inul qulub

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: