[Buku Bahasa Indonesia] Cosmos - Carl Sagan

BAB X : TEPI KEKEKALAN

 

Ada sebuah jalan tinggi, tampak jelas di langit yang jernih, yang disebut Bima Sakti,
berkilau dengan cahayanya sendiri. Melalui jalan itu para dewa menuju kediaman Sang
Pengguntur Agung dan istana kerajaannya … Di sanalah para penghuni surga yang
terkenal dan perkasa memiliki rumah mereka. Inilah wilayah yang berani kusebut
sebagai Jalan Palatina dari Langit Raya.
— Ovid, Metamorphoses (Roma, abad pertama)

Beberapa orang bodoh menyatakan bahwa seorang Pencipta membuat dunia.
Doktrin bahwa dunia diciptakan adalah gagasan yang keliru dan harus ditolak.
Jika Tuhan menciptakan dunia, di manakah Ia sebelum penciptaan? …
Bagaimana Tuhan dapat membuat dunia tanpa bahan mentah?
Jika Anda mengatakan bahwa Ia membuat bahan itu terlebih dahulu, lalu dunia,
Anda akan berhadapan dengan regresi yang tak berujung …
Ketahuilah bahwa dunia tidak diciptakan, sebagaimana waktu itu sendiri—
tanpa awal dan tanpa akhir.
Dan ia didasarkan pada prinsip-prinsip …
— Mahapurana (Legenda Agung),
Jinasena (India, abad kesembilan)

Sepuluh atau dua puluh miliar tahun yang lalu, sesuatu terjadi—Ledakan Besar (Big Bang), peristiwa yang memulai alam semesta kita. Mengapa hal itu terjadi merupakan misteri terbesar yang kita ketahui. Namun bahwa hal itu memang terjadi kini cukup jelas.

Distributor pusat penjualan segala alat listrik tenaga surya. Toko online jual listrik tenaga matahari. Produsen Produk solar sel murah.www.tokosolarcell.net . daftar Paket harga penjualan listrik tenaga matahari

Seluruh materi dan energi yang sekarang ada di alam semesta dahulu terkonsentrasi pada kerapatan yang luar biasa tinggi—semacam telur kosmik, mengingatkan pada mitos penciptaan dari banyak kebudayaan—mungkin bahkan menjadi suatu titik matematis tanpa dimensi sama sekali. Bukan berarti seluruh materi dan energi dipadatkan di suatu sudut kecil dari alam semesta yang ada sekarang; melainkan seluruh alam semesta itu sendiri, bersama materi, energi, dan ruang yang mereka isi, menempati volume yang sangat kecil. Hampir tidak ada ruang bagi peristiwa apa pun untuk terjadi.

Dalam ledakan kosmik yang dahsyat itu, alam semesta mulai mengembang, suatu proses yang tidak pernah berhenti hingga kini. Akan menyesatkan jika kita membayangkan pengembangan alam semesta seperti balon yang mengembang dan dilihat dari luar. Secara definisi, tidak ada sesuatu pun yang dapat kita ketahui berada di luar alam semesta. Lebih baik membayangkannya dari dalam: seolah-olah ada garis-garis kisi yang menempel pada jalinan ruang yang bergerak, semuanya mengembang seragam ke segala arah.

Ketika ruang meregang, materi dan energi di alam semesta ikut mengembang bersamanya dan dengan cepat mendingin. Radiasi dari bola api kosmik yang pada masa itu memenuhi seluruh alam semesta bergerak melalui spektrum: dari sinar gamma ke sinar-X, lalu ke cahaya ultraviolet; melewati warna-warna pelangi dari spektrum tampak; kemudian ke wilayah inframerah dan radio. Sisa-sisa bola api itu—radiasi latar kosmik—yang datang dari segala penjuru langit masih dapat dideteksi oleh teleskop radio hingga sekarang.

Pada masa awal alam semesta, ruang bercahaya sangat terang. Seiring berlalunya waktu, jalinan ruang terus mengembang, radiasi terus mendingin, dan untuk pertama kalinya dalam cahaya tampak biasa, ruang menjadi gelap, sebagaimana yang kita lihat sekarang.

Alam semesta awal dipenuhi oleh radiasi dan lautan materi, terutama hidrogen dan helium, yang terbentuk dari partikel-partikel elementer dalam bola api purba yang sangat padat. Tidak banyak yang dapat dilihat—andaikata saja pada waktu itu ada pengamat.

Kemudian kantong-kantong kecil gas, ketidakseragaman kecil dalam distribusi materi, mulai tumbuh. Benang-benang halus dari awan gas raksasa terbentuk—koloni benda-benda besar yang berputar lambat namun terus bertambah terang—masing-masing kelak akan berisi seratus miliar titik cahaya. Struktur terbesar yang dapat dikenali di alam semesta pun terbentuk. Kita melihatnya hari ini. Kita sendiri hidup di sudut kecil yang nyaris terlupakan dari salah satunya. Kita menyebutnya galaksi.

Sekitar satu miliar tahun setelah Big Bang, distribusi materi di alam semesta menjadi agak tidak merata—mungkin karena Big Bang itu sendiri tidak sepenuhnya seragam. Di tempat-tempat yang menggumpal ini, materi menjadi lebih padat daripada daerah sekitarnya. Gaya gravitasi menarik gas di sekitarnya, membentuk awan besar hidrogen dan helium yang akhirnya berkembang menjadi gugus galaksi. Ketidakseragaman kecil pada awalnya sudah cukup untuk menghasilkan penggumpalan materi yang besar di kemudian hari.

Ketika keruntuhan gravitasi terus berlangsung, galaksi-galaksi purba mulai berputar semakin cepat, karena hukum kekekalan momentum sudut. Sebagian di antaranya menjadi pipih, tertekan sepanjang sumbu rotasinya—tempat di mana gravitasi tidak sepenuhnya diimbangi oleh gaya sentrifugal. Galaksi-galaksi ini menjadi galaksi spiral pertama, kincir raksasa materi yang berputar di ruang terbuka.

Galaksi purba lain yang gravitasinya lebih lemah atau rotasi awalnya lebih kecil tidak banyak menjadi pipih dan berkembang menjadi galaksi elips pertama.

Kita menemukan galaksi-galaksi serupa di seluruh kosmos—seolah-olah dicetak dari cetakan yang sama—karena hukum-hukum alam yang sederhana ini berlaku di seluruh alam semesta: gravitasi dan kekekalan momentum sudut. Fisika yang sama yang mengatur benda jatuh dan gerakan seorang penari es yang berputar di Bumi juga membentuk galaksi-galaksi di alam semesta.

Di dalam galaksi-galaksi yang baru lahir itu, awan-awan gas yang jauh lebih kecil juga mengalami keruntuhan gravitasi. Suhu di bagian dalamnya meningkat sangat tinggi, reaksi termonuklir dimulai, dan bintang-bintang pertama menyala.

Bintang-bintang muda yang panas dan sangat masif berkembang dengan cepat—mereka seperti pemboros yang menghabiskan modal bahan bakar hidrogen dengan ceroboh. Tak lama kemudian hidup mereka berakhir dalam ledakan supernova yang cemerlang, mengembalikan abu termonuklir—helium, karbon, oksigen, dan unsur-unsur yang lebih berat—ke gas antarbintang, yang kemudian menjadi bahan bagi generasi bintang berikutnya.

Ledakan supernova dari bintang-bintang awal yang masif menghasilkan gelombang kejut yang saling bertumpang tindih dalam gas di sekitarnya. Gelombang ini memampatkan medium antargalaksi dan mempercepat pembentukan gugus-gugus galaksi.

Gravitasi bersifat oportunistik—ia memperbesar bahkan penggumpalan materi yang sangat kecil. Gelombang kejut supernova mungkin telah berperan dalam pengumpulan materi pada setiap skala.

Dengan demikian dimulailah epik evolusi kosmik: suatu hierarki penggumpalan materi dari gas Big Bang—gugus galaksi, galaksi, bintang, planet, dan akhirnya kehidupan serta kecerdasan yang mampu memahami sedikit dari proses elegan yang melahirkan dirinya sendiri.

Saat ini gugus-gugus galaksi memenuhi alam semesta. Beberapa tidak terlalu besar—sekadar kumpulan kecil beberapa puluh galaksi. Gugus yang secara akrab disebut “Kelompok Lokal” (Local Group) hanya memiliki dua galaksi besar yang penting, keduanya spiral: Bima Sakti dan M31 (Galaksi Andromeda). Gugus lain jauh lebih besar—gerombolan raksasa berisi ribuan galaksi yang saling terikat oleh gravitasi.

Ada pula petunjuk bahwa gugus Virgo mungkin mengandung puluhan ribu galaksi.

Pada skala terbesar, kita hidup di dalam alam semesta yang dipenuhi galaksi—mungkin sekitar seratus miliar contoh arsitektur kosmik yang menakjubkan sekaligus proses peluruhannya, dengan keteraturan dan kekacauan sama-sama tampak jelas: galaksi spiral biasa yang terlihat dari berbagai sudut pandang terhadap garis penglihatan kita di Bumi (jika dilihat dari atas kita melihat lengan spiralnya; jika dari samping kita melihat jalur gas dan debu di pusat tempat lengan-lengan itu terbentuk); spiral berpalang dengan aliran gas, debu, dan bintang yang melintas di pusatnya, menghubungkan lengan spiral di kedua sisi; galaksi elips raksasa yang megah, berisi lebih dari satu triliun bintang, yang menjadi begitu besar karena telah menelan dan bergabung dengan galaksi lain; berlimpah galaksi elips kerdil, nyaris seperti nyamuk galaksi, masing-masing hanya berisi beberapa juta matahari yang sederhana; beraneka ragam galaksi tak beraturan yang misterius—tanda bahwa di dunia galaksi ada tempat-tempat di mana sesuatu tampaknya telah berjalan dengan sangat tidak semestinya; dan juga galaksi-galaksi yang saling mengorbit begitu dekat sehingga tepinya terdistorsi oleh gravitasi pasangannya, bahkan dalam beberapa kasus terbentuk aliran panjang gas dan bintang yang tertarik secara gravitasi, menjadi semacam jembatan di antara galaksi-galaksi itu.

Beberapa gugus galaksi memiliki susunan yang jelas berbentuk hampir bulat; gugus-gugus ini terutama terdiri atas galaksi elips dan sering didominasi oleh satu galaksi elips raksasa—sejenis kanibal galaksi yang diduga telah menelan banyak tetangganya. Gugus lain memiliki geometri yang jauh lebih tidak teratur dan secara perbandingan mengandung lebih banyak galaksi spiral dan tak beraturan. Tabrakan galaksi dapat merusak bentuk gugus yang semula bulat dan mungkin juga berperan dalam terbentuknya galaksi spiral dan tak beraturan dari galaksi elips. Bentuk serta kelimpahan galaksi-galaksi ini menyimpan sebuah kisah tentang peristiwa-peristiwa purba pada skala terbesar yang mungkin terjadi—sebuah kisah yang baru mulai kita baca.

Perkembangan komputer berkecepatan tinggi memungkinkan dilakukannya eksperimen numerik tentang gerak kolektif ribuan atau puluhan ribu titik, masing-masing mewakili sebuah bintang, masing-masing berada di bawah pengaruh gravitasi semua titik lainnya. Dalam beberapa simulasi, lengan spiral dapat terbentuk dengan sendirinya dalam galaksi yang telah memipih menjadi cakram. Kadang-kadang sebuah lengan spiral muncul akibat pertemuan gravitasi yang sangat dekat antara dua galaksi—yang masing-masing tentu saja terdiri atas miliaran bintang. Gas dan debu yang tersebar di galaksi-galaksi itu akan saling bertabrakan dan memanas. Namun ketika dua galaksi bertabrakan, bintang-bintang mereka hampir tidak saling bertabrakan; mereka lewat begitu saja, seperti peluru yang menembus sekumpulan lebah, karena sebuah galaksi sebagian besar terdiri dari ruang kosong dan jarak antar bintangnya sangat luas.

Meskipun demikian, bentuk galaksi dapat berubah secara drastis. Tabrakan langsung antara dua galaksi dapat melemparkan bintang-bintang penyusunnya meluncur dan berpencar ke ruang antargalaksi—sebuah galaksi yang tercerai-berai. Jika sebuah galaksi kecil menabrak galaksi yang lebih besar secara tegak lurus, tabrakan itu dapat menghasilkan salah satu jenis galaksi tak beraturan yang paling indah dan langka: galaksi cincin, yang membentang ribuan tahun cahaya, melayang di atas beludru ruang antargalaksi. Ia seperti percikan air di kolam galaksi—sebuah konfigurasi sementara dari bintang-bintang yang terusik, galaksi dengan bagian pusat yang tercabik.

Gumpalan tak berstruktur dari galaksi tak beraturan, lengan-lengan galaksi spiral, dan cincin pada galaksi cincin hanyalah beberapa bingkai singkat dalam film kosmik sebelum akhirnya memudar—sering kali terbentuk kembali di kemudian hari. Pandangan kita tentang galaksi sebagai benda raksasa yang kaku dan tidak berubah ternyata keliru. Galaksi adalah struktur fluida dengan sekitar seratus miliar komponen bintang. Sebagaimana manusia—kumpulan sekitar seratus triliun sel—biasanya berada dalam keadaan keseimbangan antara pembentukan dan peluruhan serta lebih dari sekadar jumlah bagian-bagiannya, demikian pula halnya dengan galaksi.

Tingkat “bunuh diri” di antara galaksi cukup tinggi. Beberapa contoh yang relatif dekat—berjarak puluhan hingga ratusan juta tahun cahaya—merupakan sumber kuat sinar-X, radiasi inframerah, dan gelombang radio, memiliki inti yang sangat terang, dan berubah kecerlangannya dalam skala waktu beberapa minggu. Beberapa bahkan memperlihatkan semburan radiasi berupa pancaran panjang ribuan tahun cahaya, serta cakram debu yang berada dalam kekacauan besar. Galaksi-galaksi ini pada dasarnya sedang meledakkan dirinya sendiri.

Diduga terdapat lubang hitam dengan massa jutaan hingga miliaran kali massa Matahari di inti galaksi elips raksasa seperti NGC 6251 dan M87. Di dalam M87 terdapat sesuatu yang sangat masif, sangat padat, dan sangat kecil—berdenyut dan bergetar dari suatu wilayah yang lebih kecil daripada tata surya kita. Sebuah lubang hitam tampaknya menjadi penyebabnya.

Bahkan lebih jauh lagi—miliaran tahun cahaya dari kita—terdapat objek yang lebih bergolak lagi: kuasar, yang mungkin merupakan ledakan kolosal dari galaksi muda, peristiwa paling dahsyat dalam sejarah alam semesta sejak Big Bang itu sendiri.

Kata “quasar” merupakan akronim dari quasi-stellar radio source (“sumber radio yang mirip bintang”). Setelah diketahui bahwa tidak semuanya merupakan sumber radio yang kuat, objek-objek ini juga disebut QSO (quasi-stellar objects). Karena penampilannya seperti bintang, awalnya mereka dianggap sebagai bintang di dalam galaksi kita sendiri. Namun pengamatan spektroskopik terhadap pergeseran merah (red shift) menunjukkan bahwa mereka sebenarnya berada pada jarak yang sangat jauh. Mereka tampaknya ikut serta secara kuat dalam ekspansi alam semesta, bahkan beberapa menjauh dari kita dengan kecepatan lebih dari 90 persen kecepatan cahaya.

Jika mereka benar-benar berada sangat jauh, maka agar tetap terlihat dari jarak tersebut mereka harus memiliki kecerlangan intrinsik yang luar biasa besar; beberapa di antaranya seterang seribu supernova yang meledak sekaligus. Seperti halnya objek Cyg X-1, fluktuasi kecerlangan yang sangat cepat menunjukkan bahwa energi yang luar biasa besar itu berasal dari volume yang sangat kecil, bahkan lebih kecil dari tata surya kita.

Harus ada proses yang sangat luar biasa untuk menjelaskan curahan energi raksasa dari sebuah kuasar. Beberapa penjelasan yang pernah diajukan antara lain:

1. Kuasar adalah versi raksasa dari pulsar, dengan inti supermasif yang berputar cepat dan terhubung dengan medan magnet yang kuat.

2. Kuasar disebabkan oleh tabrakan banyak bintang yang sangat rapat di inti galaksi, sehingga lapisan luar bintang-bintang itu tercabik dan suhu interiornya yang mencapai miliaran derajat tersingkap.

3. Ide terkait: kuasar adalah galaksi yang bintang-bintangnya begitu rapat sehingga satu supernova dapat memicu supernova lain, menciptakan reaksi berantai kosmik.

4. Kuasar digerakkan oleh pemusnahan dahsyat antara materi dan antimateri yang entah bagaimana tersimpan di sana hingga sekarang.

   Baca Juga: Download Windows 7 SP1 AIO Incl Office 2016 September 2019

5. Kuasar adalah energi yang dilepaskan ketika gas, debu, dan bintang jatuh ke dalam lubang hitam raksasa di inti galaksi—mungkin lubang hitam yang terbentuk dari penggabungan banyak lubang hitam yang lebih kecil selama waktu yang sangat lama.

6. Kuasar adalah “lubang putih”, sisi lain dari lubang hitam—tempat materi yang masuk ke lubang hitam di bagian lain alam semesta (atau bahkan alam semesta lain) akhirnya muncul kembali.

Dalam mempelajari kuasar, kita berhadapan dengan misteri-misteri yang sangat mendalam. Apa pun penyebab ledakan kuasar, satu hal tampaknya jelas: peristiwa yang begitu dahsyat pasti menimbulkan kehancuran yang tak terhitung.

Dalam setiap ledakan kuasar, jutaan dunia—sebagian mungkin memiliki kehidupan dan kecerdasan yang mampu memahami apa yang terjadi—bisa saja hancur sepenuhnya.

Studi tentang galaksi memperlihatkan kepada kita keteraturan dan keindahan universal. Namun ia juga menunjukkan kekerasan kosmik yang kacau pada skala yang sebelumnya tak pernah kita bayangkan.

Bahwa kita hidup di alam semesta yang memungkinkan kehidupan adalah sesuatu yang luar biasa.
Bahwa kita hidup di alam semesta yang menghancurkan galaksi, bintang, dan dunia juga sama luar biasanya.

Alam semesta tampaknya tidak ramah dan tidak pula bermusuhan—ia hanya acuh tak acuh terhadap kepentingan makhluk sekecil kita.

Bahkan sebuah galaksi yang tampak begitu tenang dan tertib seperti Bima Sakti pun memiliki gejolak dan tarian kosmiknya sendiri. Pengamatan radio menunjukkan adanya dua awan raksasa gas hidrogen, cukup untuk membentuk jutaan Matahari, yang terlontar keluar dari inti galaksi—seolah-olah sesekali terjadi ledakan kecil di sana. Sebuah observatorium astronomi berenergi tinggi di orbit Bumi menemukan bahwa inti galaksi merupakan sumber kuat suatu garis spektral sinar gamma, yang sesuai dengan gagasan bahwa sebuah lubang hitam masif tersembunyi di sana.

Galaksi seperti Bima Sakti mungkin mewakili masa paruh baya yang tenang dalam suatu rangkaian evolusi galaksi yang berkesinambungan—sebuah rangkaian yang pada masa remajanya yang penuh gejolak mencakup kuasar dan galaksi yang meledak. Karena kuasar berada sangat jauh, kita melihatnya sebagaimana mereka di masa muda, miliaran tahun yang lalu.

Bintang-bintang di Bima Sakti bergerak dengan keanggunan yang teratur. Gugus bola melesat menembus bidang galaksi dan keluar ke sisi lainnya, kemudian melambat, berbalik arah, dan kembali meluncur menembusnya lagi. Jika kita dapat mengikuti gerakan bintang-bintang individual yang naik turun di sekitar bidang galaksi, mereka akan tampak seperti buih popcorn yang berloncatan.

Kita belum pernah melihat sebuah galaksi berubah bentuk secara mencolok hanya karena gerakannya memerlukan waktu yang sangat lama. Bima Sakti berputar satu kali setiap sekitar seperempat miliar tahun. Jika kita dapat mempercepat rotasinya, kita akan melihat bahwa galaksi sebenarnya merupakan entitas yang dinamis, hampir organik, dalam beberapa hal menyerupai organisme multiseluler. Setiap foto astronomi sebuah galaksi hanyalah cuplikan sesaat dari satu tahap dalam gerakan dan evolusinya yang lamban.

Wilayah dalam galaksi berputar seperti sebuah benda padat. Namun di luar itu—seperti planet-planet yang mengorbit Matahari mengikuti hukum ketiga Kepler—daerah yang lebih luar berputar semakin lambat. Lengan spiral cenderung melilit inti galaksi dalam spiral yang semakin rapat, sementara gas dan debu berkumpul dalam pola spiral dengan kerapatan lebih tinggi. Daerah-daerah inilah yang kemudian menjadi tempat lahirnya bintang-bintang muda yang panas dan terang, bintang-bintang yang menandai lengan spiral.

Bintang-bintang ini bersinar sekitar sepuluh juta tahun, hanya sekitar 5 persen dari satu putaran galaksi. Namun ketika bintang-bintang yang menandai suatu lengan spiral mati, bintang-bintang baru dan nebula baru terbentuk di belakangnya, sehingga pola spiral tetap bertahan. Bintang-bintang yang menandai lengan-lengan itu tidak bertahan bahkan selama satu putaran galaksi penuh; yang bertahan hanyalah pola spiralnya.

Kecepatan sebuah bintang mengelilingi pusat galaksi tidak selalu sama dengan kecepatan pola spiralnya. Matahari telah berkali-kali masuk dan keluar dari lengan spiral selama sekitar dua puluh kali ia mengitari Bima Sakti dengan kecepatan sekitar 200 kilometer per detik (sekitar setengah juta mil per jam).

Rata-rata, Matahari dan planet-planet menghabiskan sekitar:

• 40 juta tahun di dalam lengan spiral,

• 80 juta tahun di luar lengan spiral,

• kemudian 40 juta tahun di dalam lagi, dan seterusnya.

Lengan spiral menandai daerah tempat generasi terbaru bintang sedang terbentuk, tetapi tidak selalu merupakan tempat bintang-bintang paruh baya seperti Matahari berada. Pada zaman sekarang, kita berada di antara dua lengan spiral.

Perjalanan berkala tata surya melalui lengan spiral mungkin memiliki konsekuensi penting bagi Bumi. Sekitar sepuluh juta tahun yang lalu, Matahari keluar dari kompleks Sabuk Gould di Lengan Spiral Orion, yang kini berjarak sedikit kurang dari seribu tahun cahaya dari kita. (Di bagian dalam Lengan Orion terdapat Lengan Sagittarius, dan di luar Lengan Orion terdapat Lengan Perseus.)

Ketika Matahari melintasi lengan spiral, kemungkinan untuk:

• memasuki nebula gas,

• melewati awan debu antarbintang,

• bertemu objek bermassa subbintang,

menjadi lebih besar dibandingkan saat ini.

Ada gagasan bahwa zaman es besar di Bumi, yang terjadi kira-kira setiap seratus juta tahun, mungkin disebabkan oleh materi antarbintang yang menghalangi sebagian cahaya Matahari menuju Bumi.

Para astronom W. Napier dan S. Clube bahkan mengusulkan bahwa beberapa objek di tata surya—seperti:

• beberapa bulan,

• asteroid,

• komet,

  Baca Juga: [Buku Bahasa Indonesia stephen hawking] Grand Design

• dan cincin planet

dulunya mengembara bebas di ruang antarbintang sebelum akhirnya tertangkap gravitasi Matahari ketika Matahari melintasi lengan spiral Orion.

Ini adalah gagasan yang menarik, meskipun mungkin tidak terlalu mungkin. Namun gagasan ini dapat diuji secara ilmiah. Kita hanya perlu memperoleh sampel dari objek seperti Phobos (bulan Mars) atau sebuah komet, lalu memeriksa isotop magnesium di dalamnya.

Isotop magnesium memiliki jumlah proton yang sama, tetapi jumlah neutron yang berbeda. Perbandingan kelimpahan isotop magnesium bergantung pada urutan peristiwa nukleosintesis bintang yang menghasilkan unsur tersebut—termasuk waktu ledakan supernova di dekatnya.

Di bagian lain galaksi, urutan peristiwa tersebut akan berbeda, sehingga rasio isotop magnesium juga berbeda.

Efek Doppler dan Penemuan Alam Semesta Mengembang

Penemuan Big Bang dan menjauhnya galaksi-galaksi berasal dari sebuah fenomena alam yang sangat umum, yaitu Efek Doppler.

Kita mengenalnya dalam fisika bunyi. Bayangkan sebuah mobil melaju cepat melewati kita sambil membunyikan klaksonnya. Di dalam mobil, pengemudi mendengar suara klakson dengan nada tetap. Tetapi bagi kita yang berada di luar mobil, nada tersebut berubah.

Kita mendengar suara klakson bergeser dari nada tinggi ke nada rendah. Sebuah mobil balap yang melaju 200 km/jam bergerak sekitar seperlima kecepatan suara.

Bunyi merupakan gelombang di udara—puncak dan lembah gelombang yang berulang.

• Jika gelombang lebih rapat, frekuensinya lebih tinggi dan nadanya lebih tinggi.

  Baca Juga: [Buku Bahasa Indonesia] The Lean Startup - Eric Ries

• Jika gelombang lebih renggang, frekuensinya lebih rendah dan nadanya lebih rendah.

Jika mobil menjauh dari kita, gelombang bunyi tertarik memanjang, sehingga kita mendengar nada yang lebih rendah—suara yang akrab kita dengar ketika kendaraan melintas.

Jika mobil mendekati kita, gelombang bunyi tertekan lebih rapat, frekuensinya meningkat, dan kita mendengar nada tinggi yang melengking.

Jika kita mengetahui nada asli klakson ketika mobil diam, maka hanya dari perubahan nadanya kita dapat menghitung kecepatan mobil itu, bahkan tanpa melihatnya.

Efek Doppler. Sebuah sumber bunyi atau cahaya yang diam memancarkan serangkaian gelombang berbentuk bola. Jika sumber tersebut bergerak dari kanan ke kiri, ia akan memancarkan gelombang-gelombang bola yang secara berturut-turut berpusat pada titik 1 hingga 6, seperti yang ditunjukkan. Namun seorang pengamat di B melihat gelombang-gelombang itu meregang, sementara seorang pengamat di A melihatnya tertekan. Sumber yang menjauh akan tampak mengalami pergeseran merah (red shift), yakni panjang gelombangnya menjadi lebih panjang; sedangkan sumber yang mendekat akan tampak mengalami pergeseran biru (blue shift), yaitu panjang gelombangnya menjadi lebih pendek. Efek Doppler merupakan kunci bagi kosmologi.

Cahaya juga merupakan suatu gelombang. Berbeda dengan bunyi, cahaya dapat merambat dengan sempurna melalui ruang hampa. Efek Doppler juga berlaku di sini. Jika, alih-alih bunyi, mobil tadi entah mengapa memancarkan—ke arah depan dan belakang—seberkas cahaya kuning murni, maka frekuensi cahaya itu akan sedikit meningkat ketika mobil mendekat dan sedikit menurun ketika mobil menjauh. Pada kecepatan biasa, efek ini tidak akan terasa. Namun jika mobil tersebut bergerak pada sebagian besar dari kecepatan cahaya, kita akan dapat mengamati perubahan warna cahaya itu menuju frekuensi yang lebih tinggi—yakni menuju biru—ketika mobil mendekati kita; dan menuju frekuensi yang lebih rendah—yakni menuju merah—ketika mobil menjauh dari kita.

Sebuah objek yang mendekati kita dengan kecepatan sangat tinggi akan tampak memiliki garis spektrum yang bergeser ke arah biru. Sebaliknya, objek yang menjauh dengan kecepatan sangat tinggi akan memiliki garis spektrum yang bergeser ke arah merah. Pergeseran merah yang diamati pada garis spektral galaksi-galaksi jauh—dan ditafsirkan sebagai efek Doppler—merupakan kunci utama kosmologi.

Pada tahun-tahun awal abad ini, teleskop terbesar di dunia—yang kelak akan menemukan pergeseran merah galaksi-galaksi jauh—sedang dibangun di Mount Wilson, menghadap langit Los Angeles yang pada masa itu masih jernih. Potongan-potongan besar teleskop harus diangkut ke puncak gunung, sebuah pekerjaan yang dilakukan oleh tim bagal. Seorang penggembala bagal muda bernama Milton Humason membantu mengangkut peralatan mekanik dan optik, para ilmuwan, insinyur, serta tamu-tamu penting ke puncak gunung. Humason memimpin barisan bagal dengan menunggang kuda, sementara anjing terrier putihnya berdiri tepat di belakang pelana, dengan kedua kaki depannya bertumpu di bahu Humason.

Ia dikenal sebagai sosok kasar yang gemar mengunyah tembakau, penjudi ulung, pemain biliar hebat, dan pada masa itu disebut sebagai pria yang digemari wanita. Dalam pendidikan formalnya, ia bahkan tidak pernah melampaui kelas delapan. Namun ia cerdas, penuh rasa ingin tahu, dan secara alami tertarik pada peralatan yang telah ia angkut dengan susah payah ke ketinggian gunung itu.

Humason sedang menjalin hubungan dengan putri salah seorang insinyur observatorium—seorang ayah yang sebenarnya ragu melihat putrinya bergaul dengan pemuda yang tampaknya tidak memiliki ambisi lebih tinggi daripada menjadi penggembala bagal. Karena itu Humason mulai mengambil berbagai pekerjaan kecil di observatorium: asisten tukang listrik, petugas kebersihan, bahkan mengepel lantai teleskop yang dahulu ia bantu bangun.

Suatu malam, menurut cerita, asisten teleskop malam hari jatuh sakit, dan Humason diminta untuk menggantikannya. Ia menunjukkan ketelitian dan keterampilan luar biasa dalam mengoperasikan instrumen, sehingga tidak lama kemudian ia diangkat sebagai operator teleskop tetap sekaligus asisten pengamat.

Setelah Perang Dunia I, datanglah ke Mount Wilson seorang astronom yang kelak sangat terkenal, Edwin Hubble—cerdas, berwibawa, ramah di luar komunitas astronomi, dan berbicara dengan aksen Inggris yang ia peroleh setelah setahun belajar di Oxford sebagai penerima beasiswa Rhodes.

Hubble-lah yang memberikan bukti akhir bahwa nebula spiral sebenarnya adalah “alam semesta pulau”, yaitu kumpulan bintang yang sangat besar dan jauh, seperti galaksi Bima Sakti kita sendiri. Ia juga menemukan metode “lilin standar” bintang yang diperlukan untuk mengukur jarak galaksi.

Hubble dan Humason menjadi pasangan kerja yang sangat serasi—kombinasi yang mungkin tampak tidak lazim—namun mereka bekerja bersama dengan harmonis di teleskop. Mengikuti petunjuk astronom Vesto Melvin Slipher dari Lowell Observatory, mereka mulai mengukur spektrum galaksi-galaksi jauh.

Segera menjadi jelas bahwa Humason lebih mampu memperoleh spektrum galaksi jauh berkualitas tinggi dibandingkan astronom profesional mana pun di dunia. Ia kemudian menjadi anggota penuh staf Mount Wilson Observatory, mempelajari dasar-dasar ilmiah pekerjaannya, dan meninggal dunia dengan penghormatan besar dari komunitas astronomi.

Cahaya dari sebuah galaksi merupakan gabungan cahaya dari miliaran bintang di dalamnya. Ketika cahaya itu meninggalkan bintang-bintang tersebut, frekuensi atau warna tertentu diserap oleh atom-atom di lapisan terluar bintang. Garis-garis spektral yang dihasilkan memungkinkan kita mengetahui bahwa bintang-bintang jutaan tahun cahaya jauhnya mengandung unsur kimia yang sama dengan Matahari kita.

Humason dan Hubble menemukan—dengan penuh keheranan—bahwa spektrum semua galaksi jauh mengalami pergeseran merah. Lebih mengejutkan lagi, semakin jauh sebuah galaksi, semakin besar pula pergeseran merah garis spektralnya.

Penjelasan paling jelas adalah melalui efek Doppler: galaksi-galaksi tersebut menjauh dari kita, dan semakin jauh galaksinya, semakin besar kecepatan menjauhnya.

Namun mengapa galaksi-galaksi itu tampak melarikan diri dari kita? Apakah ada sesuatu yang istimewa tentang posisi kita di alam semesta, seolah-olah Bima Sakti melakukan suatu tindakan sosial yang menyinggung galaksi lain?

Penjelasan yang jauh lebih masuk akal adalah bahwa alam semesta itu sendiri sedang mengembang, dan pengembangan ini membawa galaksi-galaksi menjauh satu sama lain. Dengan demikian, Humason dan Hubble pada akhirnya menemukan bukti tentang Big Bang—jika bukan asal mula alam semesta, setidaknya fase terbaru dari keberadaannya.

Hampir seluruh kosmologi modern—terutama gagasan tentang alam semesta yang mengembang dan Big Bang—didasarkan pada anggapan bahwa pergeseran merah galaksi jauh merupakan efek Doppler akibat kecepatan mereka menjauh.

Namun di alam juga terdapat jenis pergeseran merah lainnya. Salah satunya adalah pergeseran merah gravitasi. Dalam fenomena ini, cahaya yang keluar dari medan gravitasi yang sangat kuat harus melakukan begitu banyak kerja untuk melepaskan diri sehingga kehilangan energi selama perjalanan, yang bagi pengamat jauh tampak sebagai pergeseran menuju panjang gelombang yang lebih panjang dan warna yang lebih merah.

Karena kita menduga bahwa lubang hitam masif mungkin berada di pusat beberapa galaksi, hal ini tampak sebagai penjelasan yang mungkin bagi pergeseran merah tersebut. Namun garis spektral yang diamati sering kali berasal dari gas yang sangat tipis dan menyebar, bukan dari lingkungan dengan kepadatan luar biasa tinggi yang seharusnya terdapat di sekitar lubang hitam.

Kemungkinan lain adalah bahwa pergeseran merah tersebut merupakan efek Doppler yang bukan berasal dari pengembangan alam semesta, melainkan dari ledakan galaksi lokal. Namun jika demikian, kita seharusnya melihat jumlah objek yang bergerak mendekat sama banyaknya dengan yang menjauh—yakni jumlah pergeseran biru yang sama banyaknya dengan pergeseran merah.

Faktanya, yang kita amati hampir selalu pergeseran merah, hampir ke arah mana pun teleskop kita diarahkan pada objek di luar Kelompok Lokal.

Namun demikian, masih ada keraguan yang mengganggu di kalangan sebagian astronom bahwa kesimpulan—dari pergeseran merah galaksi melalui efek Doppler—bahwa alam semesta mengembang mungkin tidak sepenuhnya tepat.

Astronom Halton Arp menemukan beberapa kasus membingungkan di mana sebuah galaksi dan sebuah kuasar, atau sepasang galaksi, yang tampaknya berhubungan secara fisik memiliki pergeseran merah yang sangat berbeda. Kadang-kadang bahkan tampak jembatan gas, debu, dan bintang yang menghubungkan keduanya.

Jika pergeseran merah disebabkan oleh pengembangan alam semesta, maka pergeseran merah yang sangat berbeda berarti jarak yang sangat berbeda. Namun dua galaksi yang terhubung secara fisik tidak mungkin sekaligus terpisah miliaran tahun cahaya.

Para skeptis berpendapat bahwa hubungan itu hanyalah kebetulan statistik: misalnya sebuah galaksi terang yang relatif dekat dan sebuah kuasar yang jauh kebetulan segaris dalam garis pandang kita, tanpa hubungan fisik apa pun.

Perdebatan ini berpusat pada pertanyaan: apakah jumlah kebetulan seperti itu lebih banyak daripada yang seharusnya terjadi secara acak?

Arp juga menunjukkan kasus lain di mana sebuah galaksi dengan pergeseran merah kecil diapit oleh dua kuasar dengan pergeseran merah besar yang hampir identik. Ia berpendapat bahwa kuasar-kuasar itu tidak berada pada jarak kosmologis, melainkan terlempar keluar dari galaksi di depannya, dan bahwa pergeseran merahnya berasal dari mekanisme yang belum kita pahami.

Para skeptis tetap berpegang pada penjelasan kebetulan geometris serta interpretasi konvensional Hubble–Humason terhadap pergeseran merah.

Jika Arp benar, maka berbagai mekanisme eksotis yang diusulkan untuk menjelaskan sumber energi kuasar jauh—seperti rantai ledakan supernova atau lubang hitam supermasif—tidak lagi diperlukan. Kuasar tidak harus berada pada jarak yang sangat jauh. Namun dalam hal itu, mekanisme eksotis lain harus ditemukan untuk menjelaskan pergeseran merahnya.

Bagaimanapun juga, sesuatu yang sangat aneh sedang terjadi di kedalaman ruang angkasa.

 

Kemunduran tampak galaksi-galaksi, dengan pergeseran merah yang ditafsirkan melalui efek Doppler, bukanlah satu-satunya bukti bagi Big Bang. Bukti lain yang independen dan sangat meyakinkan berasal dari radiasi latar belakang benda-hitam kosmik, yakni desis samar gelombang radio yang datang hampir merata dari segala arah di kosmos, dengan intensitas yang tepat seperti yang diharapkan pada zaman kita dari radiasi Big Bang yang kini telah jauh mendingin.

Namun di sini pun terdapat sesuatu yang membingungkan. Pengamatan menggunakan antena radio yang sangat peka, yang dibawa mendekati puncak atmosfer Bumi dengan pesawat Lockheed U?2, menunjukkan bahwa radiasi latar belakang tersebut—pada pendekatan pertama—memiliki intensitas hampir sama dari semua arah. Hal ini seolah-olah menunjukkan bahwa bola api Big Bang mengembang sangat seragam, sebuah asal-usul alam semesta dengan simetri yang amat presisi.

Tetapi ketika radiasi latar belakang itu diperiksa dengan ketelitian yang lebih tinggi, ternyata simetrinya tidak sepenuhnya sempurna. Ada suatu efek sistematis kecil yang dapat dipahami jika seluruh Milky Way (dan mungkin anggota lain dari Local Group) sedang melaju menuju Virgo Cluster dengan kecepatan lebih dari satu juta mil per jam (sekitar 600 kilometer per detik).

Dengan kecepatan seperti itu, kita akan mencapainya dalam waktu sekitar sepuluh miliar tahun, dan astronomi ekstragalaksi pada saat itu tentu akan menjadi jauh lebih mudah. Gugus Virgo sendiri sudah merupakan kumpulan galaksi terkaya yang dikenal—penuh dengan galaksi spiral, eliptik, dan tak beraturan—sebuah kotak permata di langit.

Namun mengapa kita bergerak menuju ke sana?

George Smoot dan rekan-rekannya, yang melakukan pengamatan di ketinggian ini, mengusulkan bahwa Bima Sakti sedang ditarik secara gravitasi menuju pusat Gugus Virgo. Mereka juga menyarankan bahwa gugus tersebut mungkin memiliki jauh lebih banyak galaksi daripada yang selama ini terdeteksi dan—yang lebih mengejutkan—bahwa gugus ini mungkin memiliki ukuran yang sangat besar, membentang hingga satu atau dua miliar tahun cahaya.

Padahal alam semesta yang dapat diamati sendiri hanya berdiameter beberapa puluh miliar tahun cahaya. Jika memang terdapat supergugus raksasa di wilayah Virgo, mungkin ada supergugus-supergugus lain pada jarak yang jauh lebih besar yang lebih sulit dideteksi.

Masalahnya, dalam umur alam semesta yang ada sekarang tampaknya tidak cukup waktu bagi ketidakseragaman gravitasi awal untuk mengumpulkan massa sebesar yang tampaknya terdapat dalam supergugus Virgo. Karena itu Smoot tergoda untuk menyimpulkan bahwa Big Bang mungkin jauh kurang seragam daripada yang disiratkan oleh pengamatan lain—bahwa distribusi awal materi di alam semesta sangat bergumpal.

Sedikit ketidakseragaman memang diharapkan—bahkan diperlukan—untuk menjelaskan pembentukan galaksi. Tetapi ketidakseragaman sebesar ini merupakan kejutan. Mungkin paradoks ini dapat diatasi dengan membayangkan dua atau lebih Big Bang yang hampir terjadi secara bersamaan.

Pertanyaan-Pertanyaan Lebih Dalam Tentang Asal Usul Alam Semesta

Jika gambaran umum tentang alam semesta yang mengembang dan Big Bang benar, kita masih harus menghadapi pertanyaan yang jauh lebih sulit:

• Bagaimana keadaan alam semesta pada saat Big Bang?

• Apa yang terjadi sebelumnya?

• Apakah pernah ada alam semesta kecil tanpa materi, lalu materi tiba-tiba muncul dari ketiadaan?

• Bagaimana hal itu bisa terjadi?

Dalam banyak kebudayaan, jawaban yang biasa diberikan adalah bahwa Tuhan menciptakan alam semesta dari ketiadaan. Tetapi ini sebenarnya hanya penundaan jawaban. Jika kita ingin benar-benar menelusuri pertanyaan ini secara berani, maka kita tentu harus bertanya selanjutnya: dari mana Tuhan berasal?

Jika pertanyaan itu dianggap tak terjawab, mengapa tidak langsung menyimpulkan bahwa asal-usul alam semesta juga merupakan pertanyaan yang tak terjawab? Atau jika kita mengatakan bahwa Tuhan selalu ada, mengapa tidak langsung mengatakan bahwa alam semesta selalu ada?

Mitos Penciptaan dalam Berbagai Budaya

Setiap kebudayaan memiliki mitos tentang keadaan dunia sebelum penciptaan dan tentang penciptaan dunia itu sendiri, sering kali melalui perkawinan para dewa atau penetasan telur kosmik. Alam semesta biasanya dibayangkan mengikuti analogi kehidupan manusia atau hewan.

Berikut beberapa kutipan kecil dari mitos penciptaan di kawasan Pasifik:

Mitos Aranda (Australia Tengah)

Pada permulaan segala sesuatu berada dalam kegelapan abadi: malam menindih semuanya seperti semak yang tak tertembus.

Baca Juga: Buku Bahasa Indonesia The-Twelfth-Planet atau planet ke 12 Zecharia Sitchin

Popol Vuh (Maya Quiché)

Segala sesuatu berada dalam keadaan tertahan, tenang, sunyi; tak bergerak dan diam; dan bentangan langit kosong.

Mitos dari Maiana, Kepulauan Gilbert

Na Arean duduk sendirian di ruang angkasa seperti awan yang melayang di kehampaan. Ia tidak tidur, karena belum ada tidur; ia tidak lapar, karena belum ada rasa lapar. Hingga akhirnya suatu pikiran muncul: “Aku akan membuat sesuatu.”

Mitos Pangu (Tiongkok)

Pada awalnya ada telur kosmik besar. Di dalamnya terdapat kekacauan, dan di dalam kekacauan itu mengapung P’an Ku, embrio ilahi. Ketika ia keluar dari telur itu—empat kali lebih besar dari manusia mana pun—ia membentuk dunia dengan palu dan pahatnya.

Huainanzi (Tiongkok, abad ke-1 SM)

Sebelum langit dan bumi terbentuk, segala sesuatu samar dan tak berbentuk… Yang ringan dan jernih naik menjadi langit; yang berat dan keruh mengeras menjadi bumi… Dari Kesatuan Besar itu semua hal muncul, lalu menjadi berbeda-beda.

Mitos-mitos ini adalah penghormatan terhadap keberanian imajinasi manusia. Perbedaan utama antara kisah-kisah ini dan kisah ilmiah modern tentang Big Bang adalah bahwa sains selalu mempertanyakan dirinya sendiri dan memungkinkan kita melakukan pengamatan serta eksperimen untuk menguji gagasan. Namun kisah-kisah penciptaan kuno tersebut tetap layak dihormati dengan mendalam.

Kosmos yang Bersiklus

Setiap kebudayaan merayakan fakta bahwa alam dipenuhi siklus. Namun bagaimana siklus-siklus itu terjadi? Dahulu orang berpikir bahwa hal itu hanya mungkin jika para dewa menghendakinya.

Jika ada siklus dalam kehidupan manusia, mungkinkah ada siklus dalam zaman para dewa?

Agama Hindu adalah satu-satunya agama besar dunia yang sepenuhnya mengabdikan diri pada gagasan bahwa kosmos mengalami kematian dan kelahiran kembali dalam jumlah yang sangat besar—bahkan tak terhingga. Skala waktunya bahkan secara kebetulan mendekati skala waktu kosmologi ilmiah modern.

Dalam kosmologi Hindu terdapat:

• siklus hari dan malam biasa,

• hingga satu hari dan malam Brahma, yang berlangsung sekitar 8,64 miliar tahun.

  Baca Juga: [Buku Bahasa Indonesia]Guyton And Hall Textbook of Medical Physiology 1-11

Ini lebih lama daripada umur Bumi atau Matahari, dan sekitar setengah dari waktu sejak Big Bang. Bahkan masih ada skala waktu yang jauh lebih besar lagi.

Ada pula gagasan yang sangat puitis bahwa alam semesta hanyalah mimpi seorang dewa. Setelah seratus tahun Brahma, sang dewa larut dalam tidur tanpa mimpi. Alam semesta pun ikut larut bersamanya—hingga setelah satu abad Brahma berikutnya ia terbangun, menyusun kembali dirinya, dan memulai lagi mimpi kosmik yang agung.

Sementara itu, di tempat lain terdapat jumlah alam semesta yang tak terhingga, masing-masing dengan dewanya sendiri yang sedang memimpikan kosmosnya.

Namun gagasan besar ini diseimbangkan oleh pemikiran lain yang mungkin lebih besar lagi:
bukan manusia yang menjadi mimpi para dewa, melainkan para dewa yang merupakan mimpi manusia.

Tarian Kosmik Shiva

Di India terdapat banyak dewa, dan setiap dewa memiliki banyak manifestasi. Patung perunggu Dinasti Chola dari abad ke-11 menggambarkan berbagai inkarnasi dewa Shiva.

Yang paling anggun dan agung adalah gambaran penciptaan alam semesta pada awal setiap siklus kosmik, motif yang dikenal sebagai tarian kosmik Shiva.

Dalam manifestasi ini ia disebut Nataraja, Sang Raja Penari.

• Ia memiliki empat tangan.

• Di tangan kanan atas terdapat gendang, yang bunyinya melambangkan suara penciptaan.

• Di tangan kiri atas terdapat lidah api, pengingat bahwa alam semesta yang baru diciptakan ini suatu hari, miliaran tahun kemudian, akan hancur sepenuhnya.

  Baca Juga: [Buku Bahasa Indonesia] Essentials of Nerve Conduction

Teleskop radio modern memiliki kepekaan yang luar biasa tinggi. Sebuah kuasar yang jauh begitu redup sehingga radiasi yang terdeteksi darinya mungkin hanya sekitar sepersejuta miliar watt. Jumlah total energi dari luar tata surya yang pernah diterima oleh semua teleskop radio di planet Bumi bahkan lebih kecil daripada energi yang dihasilkan oleh satu kepingan salju ketika menyentuh tanah. Dalam mendeteksi radiasi latar belakang kosmik, menghitung kuasar, atau mencari sinyal cerdas dari ruang angkasa, para astronom radio bekerja dengan jumlah energi yang nyaris tidak ada sama sekali.

Sebagian materi—terutama materi yang terdapat di dalam bintang-bintang—memancarkan cahaya tampak sehingga mudah terlihat. Materi lainnya, misalnya gas dan debu di pinggiran galaksi, tidak begitu mudah dideteksi. Materi ini tidak memancarkan cahaya tampak, meskipun tampaknya memancarkan gelombang radio. Inilah salah satu alasan mengapa untuk membuka misteri kosmologi kita harus menggunakan instrumen yang tidak biasa serta panjang gelombang selain cahaya tampak yang dapat ditangkap oleh mata manusia.

Observatorium yang berada di orbit Bumi menemukan adanya cahaya sinar-X yang kuat di antara galaksi-galaksi. Pada awalnya cahaya ini diduga berasal dari hidrogen antargalaksi yang sangat panas, dalam jumlah luar biasa besar yang sebelumnya tidak pernah terlihat—mungkin cukup banyak untuk “menutup” kosmos, sehingga menjamin bahwa kita hidup dalam alam semesta berosilasi (mengembang dan kemudian menyusut kembali).

Namun pengamatan yang lebih baru oleh Riccardo Giacconi mungkin telah memecahkan misteri cahaya sinar-X itu menjadi titik-titik individual, yang kemungkinan merupakan gerombolan besar kuasar yang sangat jauh. Mereka juga menyumbangkan massa tambahan yang sebelumnya tidak diketahui ke dalam alam semesta.

Ketika suatu hari inventaris kosmik selesai dibuat—dan massa dari semua galaksi, kuasar, lubang hitam, hidrogen antargalaksi, gelombang gravitasi, serta penghuni ruang angkasa yang bahkan lebih eksotis dijumlahkan—kita akhirnya akan mengetahui jenis alam semesta seperti apa yang kita huni.

Struktur Besar Alam Semesta

Ketika membahas struktur kosmos dalam skala besar, para astronom sering mengatakan bahwa:

• ruang angkasa itu melengkung,

• tidak ada pusat kosmos,

• atau bahwa alam semesta terbatas tetapi tidak berbatas.

Apa sebenarnya yang mereka maksud?

Mari kita bayangkan sebuah negeri aneh di mana semua penghuninya benar-benar datar. Mengikuti gagasan Edwin Abbott Abbott, seorang sarjana Shakespeare dari Inggris era Victoria, kita menyebut negeri ini Flatland: A Romance of Many Dimensions.

Di negeri itu:

• sebagian dari kita berbentuk persegi,

• sebagian segitiga,

• sebagian lagi memiliki bentuk yang lebih rumit.

Kita bergegas ke sana kemari, masuk dan keluar dari bangunan datar, sibuk dengan urusan datar dan hubungan sosial datar kita.

Semua orang di Flatland memiliki panjang dan lebar, tetapi tidak memiliki tinggi sama sekali.

Kita mengenal:

• kiri–kanan

• depan–belakang

tetapi kita tidak memiliki konsep naik–turun, kecuali bagi para matematikawan datar.

Para matematikawan berkata:

“Dengarkan, ini sebenarnya sangat mudah. Bayangkan kiri–kanan.
Bayangkan depan–belakang.
Sekarang bayangkan dimensi lain yang tegak lurus terhadap keduanya.”

Namun kita menjawab:

“Apa maksudmu ‘tegak lurus terhadap keduanya’?
Hanya ada dua dimensi!
Tunjukkan dimensi ketiga itu! Di mana letaknya?”

Para matematikawan pun berjalan pergi dengan putus asa. Tak seorang pun mendengarkan matematikawan.

Pertemuan dengan Dimensi Ketiga

Setiap makhluk persegi di Flatland melihat persegi lain hanya sebagai sebuah garis pendek—yakni sisi persegi yang paling dekat dengannya. Ia hanya dapat melihat sisi lain dengan berjalan mengelilinginya.

Namun bagian dalam sebuah persegi tetap menjadi misteri selamanya, kecuali jika terjadi kecelakaan mengerikan atau pembedahan yang membuka sisi-sisinya.

Suatu hari, makhluk tiga dimensi—misalnya berbentuk apel—melintas di atas Flatland.

Ketika ia melihat sebuah persegi yang tampak ramah memasuki rumah datarnya, apel itu memutuskan untuk menyapa.

“Apa kabar?” kata pengunjung dari dimensi ketiga.
“Aku seorang pengunjung dari dimensi ketiga.”

Persegi yang malang itu melihat ke sekeliling rumahnya yang tertutup dan tidak melihat siapa pun.

Lebih buruk lagi, karena suara itu datang dari atas, baginya suara tersebut tampak berasal dari dalam tubuhnya sendiri.

Ia mungkin berpikir dengan tabah:

“Sedikit kegilaan memang ada dalam keluarga kami.”

Kesal karena dianggap sebagai gejala psikologis, apel itu turun ke Flatland.

Namun makhluk tiga dimensi hanya dapat muncul di Flatland sebagian saja—yang terlihat hanyalah irisan penampangnya.

Jika sebuah apel melewati Flatland, yang terlihat pertama kali hanyalah sebuah titik, kemudian lingkaran kecil, lalu lingkaran yang makin besar.

Persegi itu melihat titik muncul di ruang tertutup, lalu perlahan membesar menjadi hampir lingkaran.

Sebuah makhluk dengan bentuk aneh yang terus berubah telah muncul dari ketiadaan.

Melihat Dunia dari Atas

Karena tidak dipercaya, apel itu akhirnya menabrak persegi tersebut dan melemparkannya ke atas—ke dimensi ketiga yang misterius.

Pada awalnya persegi itu tidak dapat memahami apa yang terjadi, karena pengalaman itu sepenuhnya di luar pengalamannya.

Namun akhirnya ia menyadari bahwa ia melihat Flatland dari atas.

Kini ia dapat:

• melihat ke dalam ruangan tertutup,

• melihat bagian dalam tubuh makhluk datar lainnya,

• melihat seluruh dunianya dari perspektif baru.

Perjalanan melalui dimensi lain memberi efek samping yang menarik: penglihatan seperti sinar-X.

Akhirnya, seperti daun yang jatuh, persegi itu perlahan kembali ke permukaan Flatland.

Bagi teman-temannya, ia tampak menghilang dari ruangan tertutup, lalu muncul kembali dari ketiadaan.

Mereka bertanya:

“Demi langit, apa yang terjadi padamu?”

Ia menjawab:

“Aku rasa… aku berada ‘di atas’.”

Teman-temannya menepuk sisi-sisinya dan menenangkannya.

“Khayalan memang selalu ada dalam keluarganya.”

Dimensi Lebih Tinggi

Dalam renungan tentang dimensi seperti ini, kita tidak harus berhenti pada dua dimensi.

Kita bahkan dapat membayangkan:

• dunia satu dimensi, tempat semua makhluk hanyalah segmen garis,

• atau dunia nol dimensi, tempat semua makhluk hanyalah titik.

Namun pertanyaan yang lebih menarik adalah:

Apakah mungkin ada dimensi fisik keempat?

Dari Kubus ke Hiperkubus

Kita dapat membayangkan membentuk kubus dengan cara berikut:

1. Ambil sebuah garis.

2. Geser garis itu tegak lurus sepanjang panjangnya → terbentuk persegi.

3. Geser persegi itu tegak lurus lagi → terbentuk kubus.

Kubus ini dapat menghasilkan bayangan dua dimensi, yang biasanya digambar sebagai dua persegi dengan titik-titik sudutnya dihubungkan garis.

Namun bayangan tersebut tidak sempurna:

• tidak semua garis tampak sama panjang

• tidak semua sudut tampak siku-siku

Ini adalah harga yang harus dibayar ketika suatu dimensi hilang dalam proyeksi geometris.

Sekarang bayangkan kita mengambil kubus tiga dimensi dan menggerakkannya tegak lurus terhadap dirinya sendiri melalui dimensi keempat—bukan kiri–kanan, bukan depan–belakang, bukan atas–bawah, tetapi tegak lurus terhadap semuanya sekaligus.

Saya tidak dapat menunjukkan arah itu kepada Anda, tetapi kita dapat membayangkan keberadaannya.

Dengan cara itu kita akan menghasilkan hiperkubus empat dimensi, yang disebut Tesseract.

Kita tidak dapat melihat tesseract secara langsung karena kita terperangkap dalam tiga dimensi. Tetapi kita dapat melihat bayangannya dalam tiga dimensi.

Bayangan tersebut tampak seperti dua kubus yang saling bersarang, dengan semua titik sudutnya dihubungkan oleh garis.

Namun dalam tesseract yang sebenarnya—di empat dimensi—semua garis akan sama panjang, dan semua sudut akan siku-siku.

Bayangkan sebuah alam semesta yang sama seperti Flatland, kecuali bahwa tanpa diketahui oleh para penghuninya, alam semesta dua dimensi mereka melengkung melalui dimensi fisik ketiga. Ketika para penghuni Flatland melakukan perjalanan pendek, dunia mereka tampak cukup datar. Namun jika salah satu dari mereka berjalan cukup jauh sepanjang garis yang tampaknya benar-benar lurus, ia akan menemukan suatu misteri besar: meskipun ia tidak pernah mencapai penghalang dan tidak pernah berbalik arah, entah bagaimana ia kembali ke tempat semula. Alam semesta dua dimensinya pasti melengkung, tertekuk, atau terdistorsi melalui dimensi ketiga yang misterius. Ia tidak dapat membayangkan dimensi ketiga itu, tetapi ia dapat menyimpulkan keberadaannya.

Jika dalam kisah ini kita menambah satu dimensi pada setiap unsur, kita memperoleh situasi yang mungkin berlaku bagi kita.

Pusat Alam Semesta?

Di manakah pusat kosmos?
Apakah alam semesta memiliki tepi?
Apa yang berada di luar tepi itu?

Dalam alam semesta dua dimensi yang melengkung melalui dimensi ketiga, tidak ada pusat—setidaknya tidak pada permukaan bola. Pusat alam semesta semacam itu tidak berada di dalam alam semesta tersebut; ia terletak di dimensi ketiga, di bagian dalam bola, yang tidak dapat dijangkau oleh para penghuni dua dimensi.

Walaupun luas permukaan bola itu terbatas, alam semesta tersebut tidak memiliki tepi. Ia terbatas tetapi tidak berbatas. Dan pertanyaan tentang apa yang berada di luar menjadi tidak bermakna. Makhluk dua dimensi tidak dapat, dengan usahanya sendiri, keluar dari dimensi mereka.

Sekali lagi, jika kita menambah satu dimensi pada semua unsur dalam analogi ini, kita mendapatkan gambaran yang mungkin berlaku bagi kita: alam semesta sebagai hipersfera empat dimensi, tanpa pusat, tanpa tepi, dan tanpa sesuatu pun di luarnya.

Mengapa Semua Galaksi Menjauh?

Mengapa semua galaksi tampak menjauh dari kita?

Bayangkan hipersfera tersebut mengembang dari sebuah titik, seperti balon empat dimensi yang sedang ditiup. Setiap saat, proses ini menciptakan lebih banyak ruang di alam semesta.

Beberapa waktu setelah pengembangan dimulai, galaksi-galaksi terbentuk dan terbawa ke luar pada permukaan hipersfera. Di setiap galaksi terdapat astronom, dan cahaya yang mereka amati juga terperangkap pada permukaan melengkung hipersfera itu.

Ketika bola tersebut mengembang, seorang astronom di galaksi mana pun akan melihat bahwa semua galaksi lain menjauh darinya. Tidak ada kerangka acuan istimewa di alam semesta.

Semakin jauh sebuah galaksi, semakin cepat ia tampak menjauh. Galaksi-galaksi itu tertanam dalam ruang, dan jaringan ruang itu sendiri yang mengembang.

Dengan demikian, untuk pertanyaan:

“Di mana Big Bang terjadi di alam semesta sekarang?”

Jawabannya jelas:

Di mana-mana.

Alam Semesta Terbuka atau Tertutup

Jika tidak ada cukup materi untuk menghentikan pengembangan alam semesta, maka alam semesta harus memiliki bentuk terbuka, melengkung seperti pelana, dengan permukaan yang memanjang tanpa batas dalam analogi tiga dimensi kita.

Namun jika terdapat cukup materi, maka alam semesta memiliki bentuk tertutup, melengkung seperti permukaan bola dalam analogi tiga dimensi.

Jika alam semesta tertutup, cahaya akan terperangkap di dalamnya.

Pada tahun 1920-an, dalam arah berlawanan dengan galaksi Andromeda Galaxy, para pengamat menemukan sepasang galaksi spiral yang jauh. Mereka sempat bertanya-tanya: mungkinkah yang mereka lihat sebenarnya Bima Sakti dan Andromeda dari arah berlawanan—seperti melihat bagian belakang kepala sendiri dengan cahaya yang telah mengelilingi seluruh alam semesta?

Kini kita tahu bahwa alam semesta jauh lebih besar daripada yang dibayangkan pada tahun 1920-an. Cahaya membutuhkan waktu lebih lama daripada umur alam semesta untuk mengelilinginya. Selain itu, galaksi-galaksi sendiri lebih muda daripada alam semesta.

Namun jika kosmos benar-benar tertutup dan cahaya tidak dapat keluar darinya, maka mungkin tepat juga untuk menggambarkan alam semesta sebagai sebuah lubang hitam.

Jika Anda ingin mengetahui seperti apa bagian dalam lubang hitam, cukup lihatlah sekeliling Anda.

Lubang Cacing dan Alam Semesta Lain

Sebelumnya kita telah menyebut kemungkinan adanya lubang cacing (wormholes), jalur yang memungkinkan perjalanan dari satu tempat di alam semesta ke tempat lain tanpa menempuh jarak di antaranya, melalui lubang hitam.

Kita dapat membayangkan lubang cacing ini sebagai tabung yang menembus dimensi fisik keempat.

Kita tidak tahu apakah lubang cacing benar-benar ada. Namun jika memang ada, apakah mereka selalu menghubungkan dua tempat dalam alam semesta kita sendiri?

Ataukah mungkin mereka menghubungkan alam semesta yang berbeda—tempat-tempat yang seandainya tidak pernah dapat kita jangkau?

Sejauh yang kita ketahui, mungkin terdapat banyak alam semesta lain. Mungkin mereka bahkan bersarang satu di dalam yang lain.

Alam Semesta di Dalam Alam Semesta

Ada sebuah gagasan—aneh, menghantui, dan sangat menggugah—salah satu dugaan paling indah dalam sains maupun agama. Gagasan ini belum pernah dibuktikan dan mungkin tidak akan pernah dapat dibuktikan, tetapi ia menggugah imajinasi.

Menurut gagasan ini terdapat hierarki tak terbatas dari alam semesta.

Sebuah partikel elementer, misalnya Electron, jika dapat kita tembus, mungkin sebenarnya merupakan sebuah alam semesta tertutup.

Di dalamnya terdapat struktur yang setara dengan:

• galaksi

• sistem bintang

• dan struktur kosmik lain

yang terdiri dari partikel elementer yang jauh lebih kecil, yang masing-masing merupakan alam semesta pada tingkat berikutnya—dan seterusnya tanpa akhir.

Ada regresi tak terbatas ke bawah: alam semesta di dalam alam semesta.

Dan juga regresi tak terbatas ke atas. Alam semesta yang kita kenal—dengan galaksi, bintang, planet, dan manusia—mungkin hanyalah satu partikel elementer dalam alam semesta yang lebih besar.

Pertanyaan tentang Alam Semesta Lain

Gagasan ini bahkan melampaui konsep siklus alam semesta tanpa akhir dalam kosmologi Hindu.

Bagaimana alam semesta lain itu?

• Apakah mereka mengikuti hukum fisika yang berbeda?

• Apakah mereka memiliki bintang dan galaksi, atau sesuatu yang sama sekali berbeda?

• Apakah mereka mungkin dihuni oleh bentuk kehidupan yang tidak dapat kita bayangkan?

Untuk memasuki alam semesta semacam itu, kita mungkin harus menembus dimensi fisik keempat.

Itu jelas bukan tugas yang mudah. Namun mungkin saja sebuah lubang hitam dapat menyediakan jalan.

Mungkin ada lubang hitam kecil di sekitar tata surya kita.

Berdiri di tepi keabadian, kita mungkin akan melompat…