Kosmologi (Bagian 2)

Pada postingan sebelumnya sudah diperkenalkan sedikit tentang keadaan alam semesta. Berikut ini adalah lanjutan pembahasan mengenai asal-usul alam semesta, yang dipelajari dalam Kosmologi.

Ruang dan Waktu
Terlebih dahulu kita perlu mendefinisikan ruang dan kaitannya dengan waktu. Ruang adalah tempat berlangsungnya sebuah kejadian. Misalnya, kita belajar didalam ruangan kelas. Kita dapat memandang sebuah kotak ‘memiliki ruang’. Jika sudut pandangnya diperluas, kita bisa mengatakan satu kota adalah sebuah ruang, satu bumi adalah sebuah ruang, dan—tentu saja, alam semesta adalah sebuah ruang.

Waktu, didefinisikan sebagai rentang antara dua atau lebih kejadian. Waktu membutuhkan titik acuan (awal dan akhir), dan acuannya itu adalah kejadian, sedang kejadian ada didalam ruang. Jadi, waktu ada setelah ada ruang. Tak ada ruang, pastilah tak ada waktu. Jika ruang hadir tanpa waktu, maka tentulah didalam ruang itu tak ada kejadian apa-apa. Tak ada makhluk, tak ada materi, tak ada hukum-hukum fisika. Kesimpulannya, ruang tanpa waktu itu juga tidak ada, sebab tak ada yang dapat menjadi petunjuk apakah ruang itu hadir atau tidak.

Dalam bahasan kita ini juga akan ditemui istilah ruang-waktu. Maksudnya adalah ruang yang selalu berkaitan dengan waktu. Dalam mekanika Newton, sistem koordinat ruang dipisahkan dengan waktu. Kita dapat menggambarkan dalam koordinat Cartesian, perpindahan benda dari titik (x1, y1) ke titik (x2, y2), tapi dalam sistem koordinat itu tidak digambarkan waktu perpindahan benda. Dalam mekanika relativistik yang digunakan untuk menjelaskan asal-usul alam semesta, ruang dan waktu dianggap sebagai satu kesatuan yang tak terpisahkan, dan disebut ruang-waktu (spacetime).

Homogen dan Isotropis
Alam semesta, jika ditinjau dalam skala besar, bersifat homogen dan isotropis. Homogen maksudnya sama, yakni kalau kita meninjau alam semesta bervolume 100 MPc3 atau lebih, semua yang ada di dalamnya memiliki parameter-parameter yang sama, entah itu kerapatan, struktur galaksi, dsb. Isotropis maksudnya, pada arah manapun kita melihat, tak ada bedanya. Atas, bawah, kiri, kanan, utara, selatan, yang akan didapati adalah keadaan yang sama.

Perlu diingat bahwa homogen dan isotropis ini hanya berlaku untuk alam semesta skala besar, yaitu yang mencakup jarak 100 MPc atau lebih. Jika anda membandingkan tata surya dengan sistem di bintang lain misalnya, maka homogen dan isotropis ini tidak berlaku, sebab tinjauan seperti itu hanya “skala kecil”. Karena itu akan ditemukan ada perbedaan parameter untuk masing-masing pengamatan, misalnya kerapatan awan antar bintang di sekitar tata surya dengan di sekitar bintang lain itu berbeda. Tapi kalau anda mengukur kerapatan semua obyek yang ada antara titik pengamatan hingga > 100 MPc ke arah utara kutub Galaksi, kemudian membandingkannya dengan hasil pengamatan untuk > 100 MPc ke arah selatan kutub Galaksi, yang akan didapati adalah hasil yang sama. Kerapatan bintang di kedua region itu sama, struktur galaksi juga sama, dsb.

Homogen dan Isotropis ini adalah prinsip dalam kosmologi. Dalam skala besar, tak ada satu titik pun yang akan dianggap istimewa. Bumi tidak istimewa, karena itu tidak digunakan anggapan bahwa bumi adalah pusat alam semesta. Lebih jauh, dimana pusat alam semesta pun merupakan sesuatu yang tak bisa didefinisikan.

Redshift
Pergeseran merah (redshift) merupakan perubahan spektrum ke arah panjang gelombang yang lebih besar (energi lebih kecil), didapatkan dengan melakukan observasi yang simultan. Misalkan anda mengamati spektrum sebuah galaksi dan mendapatkan spektrumnya, maka spektrum galaksi itu disebut mengalami pergeseran merah kalau dari hasil pengamatan berikutnya didapatkan spektrum yang relatif berbeda, dimana gambaran panjang gelombang yang didapatkan lebih besar.

Vesto Slipher pada 1925 mendapatkan bahwa hampir semua dari 40 spektrum galaksi yang dia amati mengalami pergeseran merah. Pada 1929, Edwin Hubble melakukan observasi dan studi lebih dalam, dan menyatakan bahwa semakin jauh galaksi, pergeseran merahnya makin besar.

Pergeseran merah diterjemahkan dengan menggunakan teori Doppler tentang gelombang—pelajar SMA barangkali pernah mendengar istilah Efek Doppler. Pada gelombang bunyi, jika sumber bunyi bergerak menjauh atau dijauhi, kekuatan bunyi yang terdengar akan berkurang, dengan kata lain panjang gelombangnya makin besar (panjang gelombang berbanding terbalik dengan energi). Begitu pula dengan gelombang elektromagnet, atau cahaya. Jadi kalau ada pergeseran merah, berarti sumber cahaya (misalnya galaksi) bergerak menjauh atau dijauhi. Kita anggap bahwa kita sebagai pengamat di bumi sedang diam, jadi disebut saja bahwa galaksi yang mengalami pergeseran merah sedang bergerak menjauh.

Galaksi yang jaraknya sangat jauh selalu mengalami pergeseran merah. Untuk galaksi dekat, bisa jadi justru galaksi itu mengalami pergeseran biru, alias mendekat. Disimpulkan bahwa benda-benda yang berjarak sangat jauh akan saling menjauh satu sama lain. Ini adalah efek global pada alam semesta yang homogen dan isotropis. Galaksi yang mendekat itu hanyalah efek gravitasi lokal—tidak dalam skala besar.

Gambaran galaksi yang saling menjauh pada gambar berikut

Gerak yang dialami adalah vektor antara benda satu dengan lainnya. Karena banyak benda dan masing-masing saling menjauh, vektornya dijumlahkan dan gerak saling menjauh itu adalah hasil penjumlahan vektor, dinyatakan dengan garis biru.

Bersambung.
Selanjutnya, tentang Big Bang. Insya Allah menyusul secepatnya.

Referensi:
Ryden, Barbara. Introduction to Cosmology. Addison Wesley, San Francisco, USA (2003)
Buku ini digunakan dalam kuliah Gravitasi dan Kosmologi 2, untuk mahasiswa tingkat akhir program sarjana di Astronomi ITB.

One thought on “Kosmologi (Bagian 2)

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s