Teori Big Bang
 |
| foto : Ilustrasi Big bang |
Selamat datang kembali di blog Gropari.com yang membahas seputar ilmu pengetahuan. Pada kesempatan ini kita akan membahas tentang Teori Big Bang yang telah sering kita dengar. Istilah ini menajdi sangat populer pada tahun 2007 karena ada seorang ilmuan nasa yang mengemukakan teori ini. Sebenarnya apa itu teori big bang? Untuk lebih jelasnya mari kita simak penjelasan di bawah ini.
Teori Big Bang adalah penjelasan utama bagaimana alam semesta dimulai. Sederhananya, dikatakan bahwa alam semesta yang kita kenal berawal dari sebuah titik tunggal yang sangat panas dan padat yang mengembang dan meregang – mula-mula dengan kecepatan yang tak terbayangkan, dan kemudian dengan kecepatan yang lebih terukur – selama 13,7 miliar tahun berikutnya hingga kosmos yang masih terus berkembang. yang kita kenal saat ini.
Teknologi yang ada saat ini belum memungkinkan para astronom untuk mengintip kembali kelahiran alam semesta, sebagian besar pemahaman kita tentang Big Bang berasal dari rumus dan model matematika. Namun, para astronom dapat melihat “gema” perluasan melalui fenomena yang dikenal sebagai latar belakang gelombang mikro kosmik .
Meskipun mayoritas komunitas astronomi menerima teori tersebut, ada beberapa ahli teori yang memiliki penjelasan alternatif selain Big Bang – seperti inflasi abadi atau alam semesta yang berosilasi.
Sekitar 13,7 miliar tahun yang lalu, segala sesuatu di seluruh alam semesta terkondensasi dalam singularitas yang sangat kecil, sebuah titik dengan kepadatan dan panas yang tak terbatas.
Tiba-tiba, ledakan ekspansi dimulai, menggembungkan alam semesta kita lebih cepat dari kecepatan cahaya . Ini adalah periode inflasi kosmik yang berlangsung hanya sepersekian detik — sekitar 10^-32 detik, menurut teori fisikawan Alan Guth pada tahun 1980 yang mengubah cara berpikir kita tentang Big Bang selamanya.
Ketika inflasi kosmik berakhir secara tiba-tiba dan masih misterius, deskripsi Big Bang yang lebih klasik mulai berlaku. Banjir materi dan radiasi, yang dikenal sebagai “pemanasan ulang”, mulai memenuhi alam semesta kita dengan benda-benda yang kita kenal sekarang: partikel, atom, benda-benda yang akan menjadi bintang dan galaksi, dan sebagainya.
Ini semua terjadi hanya dalam hitungan detik pertama setelah alam semesta terbentuk, ketika suhu segala sesuatu masih sangat panas, sekitar 10 miliar derajat Fahrenheit (5,5 miliar Celcius), menurut NASA . Kosmos sekarang mengandung sejumlah besar partikel fundamental seperti neutron, elektron, dan proton – bahan mentah yang akan menjadi bahan penyusun segala sesuatu yang ada saat ini.
"Sup" awal ini tidak mungkin terlihat karena tidak dapat menampung cahaya tampak. “Elektron bebas akan menyebabkan cahaya (foton) berhamburan seperti sinar matahari yang berhamburan dari tetesan air di awan,” kata NASA. Namun seiring berjalannya waktu, elektron bebas ini bertemu dengan inti atom dan menciptakan atom netral atau atom dengan muatan listrik positif dan negatif yang sama.
Hal ini memungkinkan cahaya akhirnya bersinar, sekitar 380.000 tahun setelah Big Bang.
Kadang-kadang disebut "pijaran sisa" dari Big Bang, cahaya ini lebih dikenal sebagai latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB). Hal ini pertama kali diprediksi oleh Ralph Alpher dan ilmuwan lain pada tahun 1948 namun baru ditemukan secara tidak sengaja hampir 20 tahun kemudian .
Penemuan yang tidak disengaja ini terjadi ketika Arno Penzias dan Robert Wilson, keduanya dari Bell Telephone Laboratories di New Jersey, sedang membuat penerima radio pada tahun 1965 dan mengalami suhu yang lebih tinggi dari perkiraan, menurut artikel NASA . Pada awalnya, mereka mengira anomali tersebut disebabkan oleh merpati yang mencoba bertengger di dalam antena dan kotorannya, namun mereka membersihkan kekacauan tersebut dan membunuh merpati tersebut dan anomali tersebut tetap ada.
Pada saat yang sama, tim Universitas Princeton yang dipimpin oleh Robert Dicke mencoba menemukan bukti CMB dan menyadari bahwa Penzias dan Wilson telah menemukannya dengan pengamatan aneh mereka. Kedua kelompok tersebut masing-masing menerbitkan makalah di Astrophysical Journal pada tahun 1965.
Apakah Teori Big Bang sudah terbukti?
Ini bukanlah pernyataan yang bisa kita buat secara umum. Hal terbaik yang dapat kita lakukan adalah mengatakan bahwa terdapat bukti kuat yang mendukung Teori Big Bang dan bahwa setiap pengujian yang kita lakukan akan selalu mendukung teori tersebut. Matematikawan membuktikan banyak hal, namun ilmuwan hanya bisa mengatakan bahwa bukti mendukung teori dengan tingkat kepercayaan tertentu yang selalu kurang dari 100%.
Jadi, jawaban singkat untuk pertanyaan yang sedikit berbeda adalah bahwa semua bukti pengamatan yang kami kumpulkan konsisten dengan prediksi Teori Big Bang. Tiga pengamatan terpenting adalah:
1) Hukum Hubble menunjukkan bahwa benda-benda jauh menjauh dari kita dengan kecepatan yang sebanding dengan jaraknya — yang terjadi jika terjadi pemuaian seragam ke segala arah. Ini menyiratkan sejarah di mana segala sesuatunya saling berdekatan.
2) Sifat-sifat radiasi latar gelombang mikro kosmik (CMB). Hal ini menunjukkan bahwa alam semesta mengalami transisi dari gas terionisasi (plasma) dan gas netral. Transisi seperti ini menyiratkan alam semesta awal yang panas dan padat, kemudian mendingin seiring dengan perluasannya. Transisi ini terjadi sekitar 400.000 tahun setelah Big Bang.
3) Kelimpahan relatif unsur ringan (He-4, He-3, Li-7, dan Deuterium). Ini terbentuk pada era Nukleosintesis Big Bang (BBN) pada beberapa menit pertama setelah Big Bang. Kelimpahannya menunjukkan bahwa alam semesta dulunya sangat panas dan padat (berbeda dengan kondisi ketika CMB terbentuk, yang hanya panas dan padat biasa – terdapat perbedaan suhu sekitar satu juta kali antara saat BBN terjadi dan ketika CMB terjadi).
Adakah kejadian yang bertentangan dengan Teori Big Bang?
Tidak yang saya tahu. Ada beberapa masalah yang muncul dengan model Big Bang yang paling sederhana, namun masalah tersebut dapat diselesaikan dengan menerapkan proses fisik yang masih konsisten dengan premis dasar Teori Big Bang. Secara khusus, fakta bahwa suhu CMB sama di semua tempat, bahwa alam semesta tampaknya tidak memiliki kelengkungan apa pun, dan bahwa fluktuasi kepadatan dari prediksi mekanika kuantum tidak menghasilkan gugus galaksi dengan ukuran dan bentuk yang tepat saat ini. Ketiga permasalahan ini diselesaikan dengan teori inflasi – yang merupakan bagian dari Teori Big Bang yang lebih luas.
Kapan Teori Big Bang mulai dikeluarkan?
Siapa yang mencetuskan ide tersebut?
Hubble sebenarnya adalah orang yang mengatur observasi tersebut. Bukti terus bertambah, terutama pada tahun 1970an dengan terdeteksinya CMB. Istilah "Big Bang" pertama kali digunakan pada akhir tahun 1940-an oleh astronom Fred Hoyle dan akhirnya dikenal pada tahun 1970-an.
Karena kita tidak dapat melihatnya secara langsung, para ilmuwan telah mencoba mencari cara untuk “melihat” Big Bang melalui pengukuran lain. Dalam satu kasus, para kosmolog menekan tombol mundur untuk mencapai momen pertama setelah Big Bang dengan menyimulasikan 4.000 versi alam semesta saat ini pada superkomputer raksasa.
“Kami mencoba melakukan sesuatu seperti menebak foto bayi alam semesta kita dari gambar terbaru,” pemimpin studi Masato Shirasaki, seorang kosmolog di National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), mengatakan kepada situs saudara kami, Live Science .
Dengan apa yang diketahui tentang alam semesta saat ini, para peneliti dalam studi tahun 2021 ini membandingkan pemahaman mereka tentang bagaimana gaya gravitasi berinteraksi di alam semesta purba dengan ribuan alam semesta yang dimodelkan oleh komputer. Jika mereka dapat memprediksi kondisi awal alam semesta virtual mereka, mereka berharap dapat secara akurat memprediksi seperti apa alam semesta kita pada awalnya.
Peneliti lain telah memilih jalur berbeda untuk menginterogasi asal mula alam semesta kita.
Dalam studi tahun 2020, para peneliti melakukannya dengan menyelidiki pemisahan antara materi dan antimateri. Dalam studi tersebut, yang belum ditinjau oleh rekan sejawat, mereka mengusulkan bahwa ketidakseimbangan jumlah materi dan antimateri di alam semesta terkait dengan banyaknya materi gelap di alam semesta, suatu zat tak dikenal yang memberikan pengaruh terhadap gravitasi namun tidak berinteraksi. dengan cahaya. Mereka berpendapat bahwa pada saat-saat penting setelah Big Bang, alam semesta mungkin terdorong untuk menghasilkan lebih banyak materi daripada kebalikannya, antimateri, yang kemudian dapat mengarah pada pembentukan materi gelap .
CMB telah diamati oleh banyak peneliti sekarang dan dengan banyak misi pesawat ruang angkasa. Salah satu misi luar angkasa yang paling terkenal adalah satelit Cosmic Background Explorer (COBE) milik NASA, yang memetakan langit pada tahun 1990an.
Beberapa misi lain telah mengikuti jejak COBE, seperti eksperimen BOOMERanG (Balloon Observations of Millimetric Extragalactic Radiation and Geophysics), Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) milik NASA, dan satelit Planck milik Badan Antariksa Eropa .
Pengamatan Planck, yang pertama kali dirilis pada tahun 2013, memetakan CMB dengan detail yang belum pernah terjadi sebelumnya dan mengungkapkan bahwa alam semesta lebih tua dari perkiraan sebelumnya: berusia 13,82 miliar tahun, bukan 13,7 miliar tahun. Misi observatorium penelitian sedang berlangsung dan peta baru CMB dirilis secara berkala.
Namun, peta tersebut menimbulkan misteri baru, seperti mengapa Belahan Bumi Selatan tampak sedikit lebih merah (lebih hangat) dibandingkan Belahan Bumi Utara. Teori Big Bang mengatakan bahwa sebagian besar CMB akan tetap sama, di mana pun Anda melihatnya.
Meneliti CMB juga memberikan petunjuk kepada para astronom mengenai komposisi alam semesta. Para peneliti berpendapat bahwa sebagian besar kosmos terdiri dari materi dan energi yang tidak dapat "dirasakan" dengan instrumen konvensional kita, sehingga dinamakan " materi gelap " dan " energi gelap ". Diperkirakan hanya 5% alam semesta yang terdiri dari materi seperti planet, bintang , dan galaksi .
Meskipun para astronom mempelajari asal mula alam semesta melalui pengukuran kreatif dan simulasi matematis, mereka juga mencari bukti inflasi yang cepat. Mereka melakukan hal ini dengan mengamati gelombang gravitasi , gangguan kecil dalam ruang-waktu yang muncul akibat gangguan besar seperti, misalnya, dua lubang hitam yang bertabrakan atau kelahiran alam semesta.
Menurut teori-teori terkemuka, pada detik pertama setelah alam semesta lahir, kosmos kita menggelembung lebih cepat dari kecepatan cahaya . (Omong-omong, hal ini tidak melanggar batas kecepatan yang ditetapkan Albert Einstein. Ia pernah berkata bahwa kecepatan cahaya adalah kecepatan tercepat yang bisa ditempuh segala sesuatu di alam semesta — namun pernyataan tersebut tidak berlaku untuk inflasi alam semesta itu sendiri.)
Ketika alam semesta mengembang, ia menciptakan CMB dan "kebisingan latar belakang" serupa yang terdiri dari gelombang gravitasi yang, seperti CMB, bersifat statis, dapat dideteksi dari seluruh penjuru langit. Gelombang gravitasi tersebut, menurut Kolaborasi Ilmiah LIGO , menghasilkan teori polarisasi yang hampir tidak dapat dideteksi, salah satu jenisnya disebut "mode-B".
Pada tahun 2014, para astronom mengatakan mereka telah menemukan bukti mode B menggunakan teleskop Antartika yang disebut "Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization," atau BICEP2.
“Kami sangat yakin bahwa sinyal yang kami lihat adalah nyata, dan itu ada di langit,” kata pemimpin peneliti John Kovac, dari Pusat Astrofisika Harvard-Smithsonian kepada Space.com pada Maret 2014.
Namun pada bulan Juni, tim yang sama mengatakan bahwa temuan mereka bisa saja diubah oleh debu galaksi yang menghalangi pandangan mereka. Hipotesis tersebut didukung oleh hasil baru dari satelit Planck.
Pada bulan Januari 2015, para peneliti dari kedua tim yang bekerja sama "mengkonfirmasi bahwa sinyal Bicep sebagian besar, jika tidak seluruhnya, adalah debu bintang," kata New York Times .
Namun, sejak saat itu, gelombang gravitasi tidak hanya dipastikan ada, tetapi juga telah diamati berkali-kali.
Gelombang-gelombang ini, yang bukan merupakan mode-B sejak lahirnya alam semesta melainkan dari tabrakan lubang hitam yang lebih baru, telah terdeteksi beberapa kali oleh Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), dengan pendeteksian gelombang gravitasi yang pertama. berlangsung pada tahun 2016.
Terobosan besar gelombang gravitasi diumumkan pada 28 Juni 2023 ketika tim ilmuwan di seluruh dunia melaporkan penemuan "dengungan nada rendah" dari riak kosmik yang mengalir melalui Bima Sakti. Meskipun para astronom belum mengetahui secara pasti apa yang menyebabkan dengungan tersebut, sinyal yang terdeteksi adalah "bukti kuat" dan konsisten dengan perkiraan teoritis gelombang gravitasi yang muncul dari pasangan "lubang hitam paling masif di seluruh alam semesta" yang beratnya mencapai miliaran. matahari , kata Stephen Taylor, astrofisikawan gelombang gravitasi di Vanderbilt University di Tennessee yang ikut memimpin penelitian.
Meskipun Big Bang sering digambarkan sebagai sebuah "ledakan", itu adalah gambaran yang menyesatkan. Dalam sebuah ledakan, pecahan-pecahan terlempar dari titik pusat ke ruang yang sudah ada sebelumnya. Jika Anda berada di titik pusat, Anda akan melihat semua pecahan bergerak menjauhi Anda dengan kecepatan yang kurang lebih sama.
Namun Big Bang tidak seperti itu. Itu adalah perluasan ruang itu sendiri – sebuah konsep yang berasal dari persamaan relativitas umum Einstein tetapi tidak ada bandingannya dalam fisika klasik kehidupan sehari-hari. Artinya semua jarak di alam semesta terentang dengan laju yang sama. Dua galaksi mana pun yang dipisahkan oleh jarak X akan menjauh satu sama lain dengan kecepatan yang sama, sedangkan galaksi yang berjarak 2X akan menjauh dengan kecepatan dua kali lipat.
Alam semesta tidak hanya mengembang, tapi mengembang lebih cepat. Artinya, seiring berjalannya waktu, tidak akan ada seorang pun yang dapat melihat galaksi lain dari Bumi atau tempat lain yang menguntungkan dalam galaksi kita.
“Kita akan melihat galaksi-galaksi jauh bergerak menjauhi kita, namun kecepatannya meningkat seiring berjalannya waktu,” kata astronom Universitas Harvard, Avi Loeb, dalam artikel Space.com pada bulan Maret 2014.
“Jadi, jika kita menunggu cukup lama, pada akhirnya sebuah galaksi yang jauh akan mencapai kecepatan cahaya. Artinya, bahkan cahaya pun tidak akan mampu menjembatani kesenjangan yang terbuka antara galaksi itu dan kita. Tidak ada jalan untuk itu. makhluk luar angkasa di galaksi itu untuk berkomunikasi dengan kita, untuk mengirimkan sinyal apa pun yang akan mencapai kita, ketika galaksi mereka bergerak lebih cepat daripada kecepatan cahaya relatif terhadap kita."
eberapa fisikawan juga berpendapat bahwa alam semesta yang kita alami hanyalah salah satu dari sekian banyak alam semesta. Dalam model “ multiverse ”, alam semesta yang berbeda akan hidup berdampingan satu sama lain seperti gelembung yang terletak berdampingan. Teori ini menyatakan bahwa pada dorongan besar inflasi yang pertama, berbagai bagian ruang-waktu tumbuh dengan laju yang berbeda-beda . Hal ini bisa saja menghasilkan bagian yang berbeda – alam semesta yang berbeda – dengan potensi hukum fisika yang berbeda. “Sulit untuk membangun model inflasi yang tidak mengarah pada multiverse,” kata Alan Guth, fisikawan teoretis di Massachusetts Institute of Technology, saat konferensi pers pada Maret 2014 mengenai penemuan gelombang gravitasi. (Guth tidak berafiliasi dengan penelitian itu.)
“Bukan tidak mungkin, jadi saya pikir masih ada penelitian yang perlu dilakukan. Namun sebagian besar model inflasi memang mengarah pada multiverse, dan bukti inflasi akan mendorong kita untuk menganggap serius [gagasan] multiverse. ."
Meskipun kita dapat memahami bagaimana alam semesta yang kita lihat terbentuk, mungkin saja Big Bang bukanlah periode inflasi pertama yang dialami alam semesta. Beberapa ilmuwan percaya bahwa kita hidup di alam semesta yang mengalami siklus inflasi dan deflasi secara teratur, dan kita kebetulan hidup dalam salah satu fase tersebut.
0 Komentar