The Ever Expanding Universe in Modern Cosmology

©David R. Gilson

Pada awalnya…

Pada tahun 1916, Albert Einstein mempublikasikan teori Relativitas Umum (RU)-nya yang terkenal. Teori ini memberi dunia sebuah cara yang benar-benar baru dalam memandang alam semesta. Einstein mempostulatkan bahwa ruang dan waktu adalah ordinat dalam sistem ko-ordinat yang sama. Lebih jauh ia mengatakan bahwa ruang-waktu ini melengkung dengan kehadiran materi.

Einstein mendasarkan geometri untuk ruang-waktu-nya pada struktur geometris ruang-waktu milik Riemann. Riemann adalah orang pertama yang mengatakan di depan umum bahwa ada kemungkinan alam semesta terbatas dan tak terbatas dengan memperlakukan ruang sebagai manifold 3 di permukaan sebuah hypersphere (ini di tahun 1857, kuliah tersebut diterbitkan dengan penghargaan anumerta pada 1868).

Einstein giat untuk menjaga teorinya cocok dengan observasi-observasi pada waktu itu. Pada 1917, galaksi Bimasakti (galaksi kita!) teramati sebagai alam semesta utuh (dengan serangkaian instrumen pada masa itu) yang tidak mengembang atau menyusut. Karena teori Einstein (dan bahkan teori-teori Newton memprediksikan hal yang sama, jika ditinjau ulang) memprediksikan alam semesta dinamis, sementara pemikiran bahwa kita hidup di alam semesta statis begitu kuat, Einstein merevisi RU untuk memasukkan sebuah Konstanta Kosmologis untuk memperoleh alam semesta statis namun relativistis, dan ini sangat mahsyur sewaktu ia belakangan menyebutnya sebagai kesalahan terbesar dalam karirnya.

Namun teori-teori yang lebih baru menghidupkan kembali konstanta ini untuk memperkenalkan gaya anti-gravitasi jarak jauh (long range) guna menjelaskan perluasan jarak jauh di alam semesta.

Pada 1919, Relativitas Umum telah diterima secara umum sebagai kerangka untuk model alam semesta kita. Sir Arthur Eddington memimpin sebuah ekspedisi ke Kutub Utara untuk mengobservasi posisi bintang-bintang tertentu selama gerhana matahari. Relativitas Umum memprediksikan bahwa bintang-bintang ini akan terlihat di mana mereka seharusnya, karena gravitasi (atau lengkungan ruang-waktu) di sekeliling matahari akan membelokkan lintasan cahaya dari bintang-bintang ini.

Observasi Eddington cocok dengan prediksi Einstein. Dengan keberhasilan ini dan prediksi perihelion (titik tertentu [di orbit] yang paling dekat dengan matahari-penj) planet Merkurius, Relativitas Umum dipeluk oleh semua orang dan jalur kosmologi modern telah diletakkan, meski ada keyakinan akan alam semesta statis.

Begitu saja…
Pada waktu itu, fisikawan-matematikawan-meteorolog Rusia, Alexander Aleksandrovich Freidmann, sepertinya merupakan satu-satunya orang yang menerima Relativitas Umum begitu saja, bahwa kita memang hidup di alam semesta yang dinamis dan berubah. Freidmann melandaskan modelnya pada dua asumsi sederhana.

Pertama, bahwa alam semesta terlihat sama dari semua arah. Kedua, bahwa asumsi pertama akan benar dari titik lain di alam semesta. Ini jelas tidak benar pada skala planet atau bahkan tata surya dan galaksi, tapi landasannya diperoleh dari menatap skala-skala sangat besar, karena alam semesta memang memiliki homogenitas skala besar (sebagaimana ditemukan kemudian oleh dua peneliti Bell Laboratory!). Freidmann hanya menemukan satu model alam semesta yang bekerja untuk asumsi-asumsinya.

Menurut model ini, alam semesta berawal dari volume nol dan densitas tak terhingga dan mengembang sejak permulaan masa/waktu. Selama perluasan, gravitasi akan selalu menarik apapun di alam semesta, dan akhirnya ia akan menang. Setelah mengembang selama masa tertentu, alam semesta akan mulai menyusut dan mundur ke kondisi awalnya dengan volume nol dan densitas tak terhingga.

Inilah yang diistilahkan sebagai closed universe (alam semesta tertutup). Pada 1922, Freidmann mempublikasikan karyanya, yang mencakup sebuah prediksi yang kemudian ditemukan secara terpisah oleh observasi Edwin Hubble di tahun 1929. Kendati demikian dan kendati model-model alam semesta selanjutnya didasarkan pada model dan asumsi Freidmann, karyanya sebagian besar tetap tidak diketahui di dunia barat selama 13 tahun berikutnya. Kita akan kembali membahas ini nanti.

Penerjemah: SeSa Media

Dari Biografi Einstein

“Saya bukan jenius, saya hanya selalu ingin tahu,” demikian ujar Einstein tentang betapa bakat dan kecerdasan saja tidak cukup tanpa motivasi yang kuat, kerja keras, dan ketekunan, dan hal itu diucapkan oleh seseorang yang di masa kanak dan remajanya terbilang sebagai seorang pemberontak, dan tentu saja seorang yang kritis.

Dan seringkali, sikap kritis seorang anak dianggap sebagai kenakalan dan sifat memberontak yang membahayakan. Anggapan tersebut juga menimpa Einstein kala remaja, persis ketika di usia 16 tahun, Einstein dikeluarkan dari sekolah oleh gurunya karena dikhawatirkan sikap “nakal”-nya itu akan mempengaruhi teman-temannya. Sementara itu, sebagai seorang ilmuwan dan khususnya fisikawan, Einstein tergolong orang yang sangat menghargai seni –utamanya musik, dan kebetulan ia bisa memainkan biola dengan baik.

Bila dalam kacamata pandangan pendidikannya Bertrand Russell, Einstein tergolong individu yang memiliki bakat tidak puas dengan status quo, dan karenanya berwatak “tidak patuh” secara institusional, dan karena itulah ia dikeluarkan dari sekolahnya, sebab ia tergolong bukan “warga negara” yang baik (patuh) pada status quo. Namun, demikian Bertrand Russell, orang-orang seperti inilah yang kelak menjadi para pioneer, penemu, dan pencipta dunia baru.

Namun tentu saja, bukan berarti orang-orang seperti itu tidak pandai untuk menjalin persahabatan atau menjadi seorang leader. Sifat-sifat pioneer tersebut justru yang kemudian membuat mereka menjadi pemimpin dalam bidang dan disiplin mereka masing-masing –setidak-tidaknya dalam kategori sebagai orang-orang yang mandiri dan inovatif. Orang seperti ini juga acapkali memiliki watak tekun dan konsisten menekuni bidang yang dipilih dan dicintainya.

Dalam buku biografi yang ditulisnya, Walter Isaacson (yang juga menulis biografi Steve Jobs) itu menyatakan bahwa masa muda Einstein penuh pemberontakan terhadap aturan. Ia bahkan menjadi panutan suci bagi anak-anak sekolah yang bermasalah di mana saja. Ada hal-hal menarik yang dinarasikan buku yang ditulis oleh Isaacson tersebut, yang antaranya adalah:

“Berbeda dengan ilmuwan lain yang ketika meninggal jenazahnya mendapat perlakuan sangat istimewa, Einstein menginginkan hal lain yang sederhana. Ia meminta mayatnya dikremasi secara sederhana di Trenton, saat sore hari pada hari meninggalnya. Maka sesuai permintaannya, ia pun dikremasi. Sebelum sebagian besar orang di seluruh dunia sempat mendengar kabar kematian tersebut.

Hanya 12 orang yang hadir di krematoriumnya, termasuk anak dan beberapa orang keluarga dekat. Beberapa baris karya Goethe dibacakan saat abu Einstein ditebar ke Sungai Delaware. New York Times memuat sembilan artikel ditambah tajuk rencana tentang kematian Einstein keesokan harinya. Einstein bersikeras abunya disebarkan sehingga tempat peristirahatan terakhirnya tidak menjadi tempat pemujaan yang tidak wajar.

Namun, ada satu bagian tubuhnya yang tidak dikremasi. Yaitu, otak. Antara lucu dan mengerikan, otak Einstein ternyata telah mengembara ke sana kemari selama lebih dari empat dekade. Berjam-jam setelah kematian Einstein, otopsi rutin dilakukan oleh ahli patologi Rumah Sakit Princeton, Thomas Harvey. Ia mengeluarkan dan memeriksa setiap organ penting, lalu menggunakan gergaji listrik untuk memotong tengkorak dan mengeluarkan otaknya.

Ketika menjahit kembali tubuh Einstein, dia memutuskan, tanpa meminta izin, untuk mengawetkan otak Einstein dan menyimpannya. Hans Albert (anak laki-laki Einstein) menelepon rumah sakit untuk menyatakan keberatannya atas disimpannya otak tersebut. Tetapi Harvey bersikeras mungkin ada nilai ilmiah jika meneliti otak tersebut. Katanya Einstein pasti ingin hal itu dilakukan. Tak lama kemudian, Harvey diserbu oleh mereka yang menginginkan otak Einstein atau bagian otak tersebut. Termasuk pejabat departemen patologi Angkatan Bersenjata A.S. Namun Harvey menolak. Melindungi otak tersebut telah menjadi sebuah misi.

Bertahun-tahun kemudian, Harvey terus membawa potongan-potongan otak Einstein kemanapun ia pergi. Di antara puluhan orang yang diberi potongan otak Einstein oleh Harvey, hanya 3 yang menerbitkan penelitian ilmiah penting. Baik tim pertama, kedua dan ketiga menemukan beberapa perbedaan otak Einstein dibanding manusia normal. Seperti sel saraf otak Einstein yang membutuhkan lebih banyak energi dibanding otak manusia pada umumnya. Salah satu bagian otak Einstein, korteks serebri, juga ditemukan lebih tipis dibandingkan lima sampel otak lain.

Di salah satu bagian otak lainnya, otak Einstein juga ditemukan lebih lebar sekitar 15% dari manusia normal. Akan tetapi memahami imajinasi dan naluri Einstein tidak bisa didapatkan dengan meneliti pola jaringan penghubung dan alur otaknya. Pertanyaan yang relevan adalah bagaimana pikirannya bekerja, bukan otaknya. Seperti yang sering dikatakan Einstein mengenai pencapaiannya: ‘I have no special talents. I am only passionately curious’.”

Pertanyaannya adalah: Apa yang membuat Einstein menjadi demikian istimewa? Salah-satu jawabannya adalah karena penemuan teori relativitas umumnya telah meruntuhkan hegemoni fisika klasik yang dibangun oleh Isaac Newton. Hanya saja anehnya, meski ia masyhur karena Teori Relativitasnya, Einstein justru mendapatkan nobel fisika pada tahun 1921 melalui karyanya di bidang efek fotoelektrik.

Dalam buku biografi yang ditulisnya itu, Walter Isaacson, yang seperti telah kita ketahui juga penulis buku biografi Steve Jobs, mampu menuliskan kisah hidup dan perjuangan Einstein sebagai manusia biasa dan ilmuwan dengan gaya tutur atau narasi yang sederhana, hingga buku tersebut dapat juga dibaca atau diakses oleh mereka yang tidak akrab dengan dunia sains umumnya dan khususnya fisika. Meskipun begitu, membaca buku yang tebalnya hampir 600 halaman ini, setidak-tidaknya pembaca harus mengetahui informasi tentang dasar-dasar matematis dan pemahaman dasar tentang teori relativitas khusus, juga sedikit fisika dasar (baik klasik maupun modern).

Buku yang ditulis Walter Isaacson ini juga menceritakan ihwal sejumlah pemberitaan, gosip, hipotesis, dan “kabar burung” yang beredar di kehidupan kita yang ternyata tidak benar. Misalnya kabar burung atau gosip yang menyatakan bahwa Einstein sebenarnya tidak pandai matematika, yang ternyata hal tersebut dibantah oleh gurunya sendiri, di mana menurut penuturan gurunya itu, Einstein bukan tidak pandai matematika, tapi kurang terlalu ‘yakin’ bahwa dengan kemampuan matematisnya ia akan mencapai jawaban atas ‘skenario’ fisika yang dirancang dalam pemikirannya. Sebab, sebagaimana jamak dalam dunia eksak, skenario tersebut perlu pembuktian dan bahasa pembuktian terbaik dalam ranah eksakta untuk berbagai fenomena alam, tak dapat dipungkiri, adalah matematika –semisal dengan menggunakan geometri.

Sebagaimana pengakuannya yang dinyatakannya sendiri: I have no special talents. I am only passionately curious, bila kita merujuk pada sejumlah kategori atau ciri para jenius sebagaimana yang dipaparkan Isaacson, sekurang-kurangnya ada sejumlah kualitas utama yang menjadi ciri kejeniusan Einstein, yaitu passion atau cenderung perfeksionis, simple, dan berani ‘menantang’ para jenius sebelumnya.

Sebagaimana kita tahu, Albert Einstein hadir berabad-abad setelah Sir Isaac Newton, sang ilmuwan yang didapuk sebagai bapak fisika modern, itu wafat. Kala itu, sebelum Einstein membuktikan sebaliknya, sejumlah besar ilmuan umumnya dan fisikawan khususnya, masih percaya kepada teori-nya Isaac Newton bahwa waktu akan berjalan sama setiap detiknya, terlepas dari bagaimana cara kita mengamatinya. Namun kemudian, Albert Einstein datang dengan pemikiran dan temuannya, yaitu teori relativitas, sebuah temuan yang membuatnya masyhur hingga saat ini. Dengan teorinya itu, Einstein menyatakan bahwa waktu itu relatif, tergantung tempat dimana kita berada. Kemampuan Albert Einstein untuk berpikir beda dan menantang jenius lainnya inilah –yang menurut Isaacson, yang telah menjadikan Albert Einstein sebagai seorang jenius.

Tetapi tentu saja, berpikir beda dan menantang para jenius saja tidak cukup –tanpa ketekunan dan pembuktian. Salam!

hak cipta © Sulaiman Djaya