[BUKU BAHASA INDONESIA] A BRIEF HISTORY OF TIME - STEPHEN HAWKING
A BRIEF HISTORY OF TIME
STEPHEN HAWKING
BAB 1
GAMBARAN KITA TENTANG ALAM SEMESTA
Seorang ilmuwan terkenal (konon Bertrand Russell) pernah memberikan ceramah umum tentang astronomi. Ia menjelaskan bagaimana bumi mengelilingi matahari dan bagaimana matahari, pada gilirannya, mengelilingi pusat suatu kumpulan bintang yang amat besar yang disebut galaksi kita.
Di akhir ceramah, seorang wanita tua kecil yang duduk di bagian belakang ruangan berdiri dan berkata: “Apa yang Anda katakan itu omong kosong. Dunia ini sebenarnya adalah sebuah piringan datar yang ditopang di atas punggung seekor kura-kura raksasa.”
Ilmuwan itu tersenyum dengan angkuh sebelum menjawab, “Kura-kura itu berdiri di atas apa?”
“Anda sangat cerdas, anak muda, sangat cerdas,” kata wanita tua itu. “Tetapi di bawahnya ada kura-kura lagi, dan seterusnya tanpa akhir!”
Kebanyakan orang akan menganggap gambaran alam semesta sebagai menara kura-kura tak berhingga itu sangat menggelikan. Namun mengapa kita merasa bahwa kita tahu lebih baik? Apa yang sebenarnya kita ketahui tentang alam semesta, dan bagaimana kita mengetahuinya? Dari mana alam semesta berasal, dan ke mana arahnya? Apakah alam semesta memiliki permulaan, dan jika demikian, apa yang terjadi sebelumnya? Apakah hakikat waktu? Akankah ia pernah berakhir? Dapatkah kita kembali ke masa lalu?
Terobosan-terobosan mutakhir dalam fisika, yang sebagian dimungkinkan oleh teknologi-teknologi baru yang luar biasa, memberi isyarat jawaban atas beberapa pertanyaan lama ini. Suatu hari kelak, jawaban-jawaban tersebut mungkin tampak sama jelasnya bagi kita seperti bumi yang mengelilingi matahari—atau barangkali sama konyolnya seperti menara kura-kura. Hanya waktu (apa pun hakikatnya) yang akan menjawabnya.
Sejak 340 SM, filsuf Yunani Aristotle, dalam bukunya On the Heavens, telah mengajukan dua argumen yang kuat untuk meyakini bahwa bumi berbentuk bola, bukan piringan datar.
Pertama, ia menyadari bahwa gerhana bulan terjadi karena bumi berada di antara matahari dan bulan. Bayangan bumi di permukaan bulan selalu berbentuk bulat, yang hanya mungkin jika bumi berbentuk bola. Seandainya bumi berupa cakram datar, bayangannya akan memanjang dan elips, kecuali jika gerhana selalu terjadi ketika matahari tepat berada di bawah pusat cakram tersebut.
Kedua, orang-orang Yunani mengetahui dari perjalanan mereka bahwa Bintang Utara tampak lebih rendah di langit ketika dilihat dari wilayah selatan dibandingkan ketika dilihat dari daerah yang lebih utara. (Karena Bintang Utara berada di atas Kutub Utara, ia tampak tepat di atas kepala bagi pengamat di Kutub Utara, tetapi bagi seseorang yang mengamatinya dari khatulistiwa, ia tampak tepat di garis cakrawala.)
Dari perbedaan posisi tampak Bintang Utara antara Mesir dan Yunani, Aristotle bahkan mengutip perkiraan bahwa keliling bumi adalah 400.000 stadia. Tidak diketahui dengan pasti panjang satu stadium, tetapi kemungkinan sekitar 200 yard, yang berarti perkiraannya kira-kira dua kali lipat dari angka yang kini diterima. Orang-orang Yunani bahkan memiliki argumen ketiga bahwa bumi pasti bulat: mengapa ketika sebuah kapal muncul di cakrawala, yang pertama kali terlihat adalah layarnya, dan baru kemudian lambungnya?
Aristotle berpendapat bahwa bumi diam dan bahwa matahari, bulan, planet-planet, serta bintang-bintang bergerak dalam orbit melingkar mengitari bumi. Ia meyakini hal ini karena, atas alasan mistis, ia merasa bumi adalah pusat alam semesta dan bahwa gerak melingkar adalah gerak yang paling sempurna.
Gagasan ini kemudian dikembangkan oleh Ptolemy pada abad kedua Masehi menjadi sebuah model kosmologi yang lengkap. Bumi berada di pusat, dikelilingi oleh delapan bola langit yang membawa bulan, matahari, bintang-bintang, dan lima planet yang dikenal saat itu: Merkurius, Venus, Mars, Jupiter, dan Saturnus.
Planet-planet itu sendiri bergerak pada lingkaran-lingkaran kecil yang melekat pada bola masing-masing untuk menjelaskan lintasan mereka yang tampak rumit di langit. Bola terluar membawa apa yang disebut bintang-bintang tetap, yang selalu berada pada posisi relatif yang sama satu sama lain, namun bersama-sama berputar melintasi langit. Apa yang berada di luar bola terakhir tidak pernah dijelaskan dengan jelas, tetapi jelas bukan bagian dari alam semesta yang dapat diamati manusia.
Model Ptolemy memberikan sistem yang cukup akurat untuk meramalkan posisi benda-benda langit di langit. Namun untuk membuat ramalan itu tepat, ia harus mengandaikan bahwa bulan mengikuti lintasan yang kadang membawanya dua kali lebih dekat ke bumi dibanding waktu-waktu lainnya. Artinya, bulan seharusnya kadang tampak dua kali lebih besar daripada biasanya. Ptolemy menyadari kelemahan ini, tetapi modelnya tetap diterima secara umum, meskipun tidak secara universal.
Model itu diadopsi oleh Gereja Kristen sebagai gambaran alam semesta yang sesuai dengan Kitab Suci, karena memiliki keuntungan besar: ia menyediakan ruang luas di luar bola bintang tetap untuk surga dan neraka.
Namun, pada tahun 1514 seorang imam Polandia, Nicolaus Copernicus, mengajukan model yang lebih sederhana. (Pada awalnya, mungkin karena takut dicap sesat oleh gerejanya, ia menyebarkan modelnya secara anonim.) Ia mengemukakan bahwa matahari diam di pusat, sedangkan bumi dan planet-planet bergerak dalam orbit melingkar mengelilinginya.
Hampir satu abad berlalu sebelum gagasan ini ditanggapi serius. Kemudian dua astronom—Johannes Kepler dari Jerman dan Galileo Galilei dari Italia—mulai secara terbuka mendukung teori Copernicus, meskipun orbit yang diprediksikannya belum sepenuhnya sesuai dengan pengamatan.
Pukulan telak terhadap teori Aristotelian/Ptolemaik datang pada tahun 1609. Pada tahun itu, Galileo Galilei mulai mengamati langit malam dengan teleskop yang baru saja ditemukan. Ketika ia mengamati planet Jupiter, ia mendapati bahwa planet itu disertai oleh beberapa satelit kecil atau bulan yang mengitarinya.
Ini menyiratkan bahwa tidak semua benda harus mengelilingi bumi secara langsung, sebagaimana yang diyakini oleh Aristotle dan Ptolemy. (Tentu saja masih mungkin untuk percaya bahwa bumi diam di pusat alam semesta dan bahwa bulan-bulan Jupiter bergerak dalam lintasan yang sangat rumit mengelilingi bumi sehingga tampak seolah-olah mengelilingi Jupiter. Namun teori Copernicus jauh lebih sederhana.)
Pada saat yang sama, Johannes Kepler memodifikasi teori Copernicus dengan menyatakan bahwa planet-planet tidak bergerak dalam lingkaran, melainkan dalam elips (elips adalah lingkaran yang memanjang). Kini ramalan akhirnya selaras dengan pengamatan.
Bagi Johannes Kepler, orbit elips hanyalah hipotesis ad hoc, dan bahkan agak menjijikkan, karena elips jelas kurang sempurna dibanding lingkaran. Setelah hampir secara kebetulan menemukan bahwa orbit elips cocok dengan pengamatan, ia tidak dapat mendamaikannya dengan gagasannya bahwa planet-planet digerakkan mengitari matahari oleh gaya magnet.
Baca Juga: [Buku Bahasa Indonesia] Cosmos - Carl Sagan
Penjelasan baru muncul jauh kemudian, pada tahun 1687, ketika Sir Isaac Newton menerbitkan Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, mungkin karya tunggal terpenting yang pernah diterbitkan dalam ilmu fisika. Di dalamnya, Newton tidak hanya mengemukakan teori tentang bagaimana benda-benda bergerak dalam ruang dan waktu, tetapi juga mengembangkan matematika rumit yang diperlukan untuk menganalisis gerak tersebut.
Selain itu, Newton mengajukan hukum gravitasi universal, yang menyatakan bahwa setiap benda di alam semesta saling tarik-menarik dengan gaya yang semakin kuat jika massanya semakin besar dan jaraknya semakin dekat. Gaya inilah yang menyebabkan benda jatuh ke tanah. (Kisah bahwa Newton terilhami oleh apel yang jatuh menimpa kepalanya hampir pasti bersifat legenda. Newton sendiri hanya mengatakan bahwa gagasan tentang gravitasi muncul ketika ia duduk “dalam suasana kontemplatif” dan “dipicu oleh jatuhnya sebuah apel.”)
Newton kemudian menunjukkan bahwa, menurut hukumnya, gravitasi menyebabkan bulan bergerak dalam orbit elips mengelilingi bumi, serta menyebabkan bumi dan planet-planet mengikuti lintasan elips mengelilingi matahari.
Model Copernicus menyingkirkan bola-bola langit Ptolemaik, dan bersamanya gagasan bahwa alam semesta memiliki batas alami. Karena “bintang-bintang tetap” tidak tampak mengubah posisi mereka selain akibat rotasi langit yang disebabkan oleh perputaran bumi pada porosnya, menjadi wajar untuk menganggap bahwa bintang-bintang tetap adalah benda seperti matahari kita tetapi berada jauh lebih jauh.
Isaac Newton menyadari bahwa menurut teorinya tentang gravitasi, bintang-bintang seharusnya saling tarik-menarik, sehingga tampaknya mereka tidak mungkin tetap diam. Tidakkah semuanya akan runtuh bersama pada suatu saat? Dalam sebuah surat tahun 1691 kepada Richard Bentley, seorang pemikir terkemuka pada zamannya, Newton berpendapat bahwa hal itu memang akan terjadi jika jumlah bintang terbatas dan tersebar dalam ruang terbatas.
Namun ia menalar bahwa jika jumlah bintang tak berhingga dan tersebar kurang lebih merata dalam ruang tak berhingga, maka hal itu tidak akan terjadi, karena tidak akan ada titik pusat tempat mereka runtuh.
Argumen ini merupakan contoh jebakan yang muncul ketika membicarakan ketakterhinggaan. Dalam alam semesta tak berhingga, setiap titik dapat dianggap sebagai pusat, karena setiap titik memiliki jumlah bintang tak berhingga di setiap sisinya.
Pendekatan yang benar—yang baru disadari jauh kemudian—adalah mempertimbangkan keadaan terbatas, di mana semua bintang runtuh satu sama lain, lalu menanyakan bagaimana keadaan berubah jika lebih banyak bintang ditambahkan secara merata di luar wilayah itu. Menurut hukum Newton, bintang-bintang tambahan itu rata-rata tidak akan mengubah apa pun pada yang semula, sehingga bintang-bintang tetap runtuh dengan laju yang sama. Kita dapat menambahkan sebanyak mungkin bintang, tetapi semuanya tetap akan runtuh pada dirinya sendiri.
Kini kita mengetahui bahwa mustahil memiliki model alam semesta statis tak berhingga di mana gravitasi selalu bersifat tarik-menarik.
Menarik untuk merenungkan bahwa sebelum abad kedua puluh, tidak seorang pun mengusulkan bahwa alam semesta mungkin mengembang atau menyusut. Secara umum diyakini bahwa alam semesta telah ada selamanya dalam keadaan tak berubah, atau diciptakan pada suatu waktu terbatas di masa lalu kurang lebih seperti yang kita amati sekarang.
Sebagian hal ini mungkin disebabkan oleh kecenderungan manusia untuk mempercayai kebenaran abadi, serta kenyamanan yang mereka temukan dalam gagasan bahwa meskipun mereka menua dan mati, alam semesta tetap kekal dan tak berubah.
Bahkan mereka yang menyadari bahwa teori gravitasi Newton menunjukkan bahwa alam semesta tidak mungkin statis, tidak terpikir untuk mengusulkan bahwa ia mungkin mengembang. Sebaliknya, mereka mencoba memodifikasi teori itu dengan membuat gaya gravitasi menjadi tolak-menolak pada jarak yang sangat besar.
Hal ini tidak banyak memengaruhi ramalan gerak planet, tetapi memungkinkan distribusi bintang tak berhingga tetap dalam keseimbangan—gaya tarik antara bintang-bintang yang berdekatan diimbangi oleh gaya tolak dari bintang-bintang yang lebih jauh.
Namun kini kita meyakini bahwa keseimbangan semacam itu tidak stabil. Jika bintang-bintang di suatu wilayah menjadi sedikit lebih dekat satu sama lain, gaya tarik di antara mereka akan menguat dan mengalahkan gaya tolak, sehingga bintang-bintang itu terus saling mendekat. Sebaliknya, jika mereka sedikit menjauh, gaya tolak akan mendominasi dan mendorong mereka semakin menjauh.
Keberatan lain terhadap alam semesta statis tak berhingga biasanya dikaitkan dengan filsuf Jerman Heinrich Olbers, yang menulis tentang teori ini pada tahun 1823. Sebenarnya, beberapa sezaman Newton telah mengangkat persoalan tersebut, dan artikel Olbers bahkan bukan yang pertama mengemukakan argumen yang masuk akal menentangnya. Namun artikelnya menjadi yang paling luas dikenal.
Kesulitannya adalah bahwa dalam alam semesta statis tak berhingga, hampir setiap garis pandang akan berakhir pada permukaan sebuah bintang. Dengan demikian, seluruh langit seharusnya seterang matahari, bahkan pada malam hari.
Argumen tandingan Olbers adalah bahwa cahaya dari bintang-bintang jauh akan diredupkan oleh penyerapan materi di antaranya. Namun jika demikian, materi tersebut pada akhirnya akan memanas hingga berpijar seterang bintang-bintang itu sendiri.
Satu-satunya cara menghindari kesimpulan bahwa seluruh langit malam harus seterang permukaan matahari adalah dengan mengandaikan bahwa bintang-bintang tidak bersinar selamanya, melainkan mulai menyala pada suatu waktu terbatas di masa lalu. Dalam hal itu, materi penyerap mungkin belum sempat memanas, atau cahaya dari bintang-bintang jauh mungkin belum mencapai kita. Dan ini membawa kita pada pertanyaan tentang apa yang menyebabkan bintang-bintang itu mulai menyala sejak awal.
Permulaan alam semesta, tentu saja, telah dibahas jauh sebelumnya. Menurut sejumlah kosmologi awal serta tradisi Yahudi/Kristen/Islam, alam semesta bermula pada suatu waktu terbatas dan tidak terlalu jauh di masa lalu.
Salah satu argumen untuk permulaan semacam itu adalah perasaan bahwa diperlukan suatu “Sebab Pertama” untuk menjelaskan keberadaan alam semesta. (Di dalam alam semesta, suatu peristiwa selalu dijelaskan sebagai akibat dari peristiwa sebelumnya, tetapi keberadaan alam semesta sendiri hanya dapat dijelaskan demikian jika ia memiliki permulaan.)
Argumen lain diajukan oleh Santo Augustine of Hippo dalam bukunya The City of God. Ia menunjukkan bahwa peradaban terus berkembang dan kita mengingat siapa yang melakukan suatu tindakan atau mengembangkan suatu teknik. Dengan demikian, manusia—dan mungkin juga alam semesta—tidak mungkin telah ada terlalu lama.
Santo Augustine of Hippo menerima tanggal sekitar 5000 SM untuk Penciptaan alam semesta menurut Kitab Kejadian. (Menariknya, ini tidak terlalu jauh dari akhir Zaman Es terakhir, sekitar 10.000 SM, yang menurut para arkeolog merupakan masa ketika peradaban benar-benar dimulai.)
Sebaliknya, Aristotle dan sebagian besar filsuf Yunani lainnya tidak menyukai gagasan penciptaan karena terlalu berbau campur tangan ilahi. Mereka percaya bahwa umat manusia dan dunia di sekitarnya telah ada, dan akan tetap ada, selamanya.
Orang-orang kuno telah mempertimbangkan argumen tentang kemajuan yang disebutkan di atas, dan menjawabnya dengan mengatakan bahwa telah terjadi banjir berkala atau bencana lain yang berulang kali mengembalikan umat manusia ke awal peradaban.
Pertanyaan tentang apakah alam semesta memiliki permulaan dalam waktu dan apakah ia terbatas dalam ruang kemudian dikaji secara mendalam oleh filsuf Immanuel Kant dalam karya monumentalnya (dan sangat sulit dipahami) Critique of Pure Reason, yang diterbitkan pada tahun 1781.
Ia menyebut pertanyaan-pertanyaan ini sebagai antinomi (yakni kontradiksi) akal murni, karena ia merasa terdapat argumen yang sama kuatnya untuk mempercayai tesis bahwa alam semesta memiliki permulaan maupun antitesis bahwa ia telah ada selamanya.
Argumennya untuk tesis adalah bahwa jika alam semesta tidak memiliki permulaan, maka akan ada rentang waktu tak berhingga sebelum setiap peristiwa, yang menurutnya tidak masuk akal. Argumen untuk antitesis adalah bahwa jika alam semesta memiliki permulaan, maka akan ada rentang waktu tak berhingga sebelum permulaan itu, sehingga mengapa alam semesta harus mulai pada satu waktu tertentu?
Comments (1)
bacaan berkualitas ini.....
0 0 15-Oct-2019 04:58:58