Makalah Teori Bigbang dan Teori Pembentukan Alam Semesta

BAB I
PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang Masalah

Masalah yang melatar belakangi Penulis adalah bahwasanya teori-teori tentang terbentuknya alam semesta ini. Pada hakekatnya teori pembentkan alam semesta ini adalah teori-teori yang menguraikan sejarah tentang pembentukan alam semestasta lasat teori yang dikemukakan .yaitu dengan Berdasarkan Hipotesis Fowler, galaksi berawal dari suatu kabut gas pijar dengan massa yang sangat besar. Kabut ini kemudian mengadakan kontraksi dan kondensasi sambil terus berputar pada sumbunya. Ada massa yang tertinggal, yakni pada bagian luar dari kabut pijar tadi. Massa itu juga mengadakan kontraksi dan kondensasi maka terbentuklah gumpalan gas pijar yaitu bintang-bintang.

Oleh karena kita harus mengetahui asal mula terbentuknya alam semesta ini dengan makalah ini kita dapat mengetahui labih mendalam bagaimana alam semesta ini terbentuk.

1.2 Tujuan Penulisan

Tujuan dari penulisan Makalah ini adalah disusun sebagai pemenuhan tugas  Mata Kuliah Kealaman Dasar ,dan selain itu juga ada poin –poin yang menjadi tujuan kami membuat makalah ini adalah :

1.      Mengetahui apa itu teori bigbang.

2.      Mengetahui tentang teori - teori pembentukan alam semesta.

3.      Meningkatkan dan menambah wawasan tentang pembuatan makalah ini

BAB II
PEMBAHASAN

2.1 Teori Bigbang

A. Pengertian Teori Big Bang

Big Bang atau  Dentuman Besar adalah salah satu model kosmologi ilmiah mengenai bentuk awal dan perkembangan alam semesta. Teori ini menyatakan bahwa alam semesta berasal dari kondisi super padat dan panas, yang kemudian mengembang sekitar 13,7 milyar tahun lalu (pengukuran terbaik pada tahun 2009 memperkirakan hal ini terjadi sekitar 13,3 – 13,8 milyar tahun yang lalu dan terus mengembang sampai sekarang.

Adalah Georges Lemaître, seorang biarawan Katolik Romawi Belgia, yang mengajukan teori dentuman besar mengenai asal usul alam semesta, walaupun ia menyebutnya sebagai “hipotesis atom purba”. Kerangka model teori ini bergantung pada relativitas umum Einstein dan beberapa asumsi-asumsi sederhana, seperti homogenitas dan isotropi ruang. Persamaan yang mendeksripsikan teori dentuman besar dirumuskan oleh Alexander Friedmann.

Teori dentuman besar dikembangkan berdasarkan pengamatan pada stuktur alam semesta beserta pertimbangan teoritisnya. Pada tahun 1912, Vesto Slipher berhasil mengukur geseran Doppler “nebula spiral” untuk pertama kalinya (nebula spiral merupakan istilah lama untuk galaksi spiral). Dengan cepat ia menermukan bahwa hampir semua nebula-nebula itu menjauhi bumi. Ia tidak berpikir lebih jauh lagi mengenai implikasi fakta ini. Dan sebenarnya pada saat itu, terdapat kontroversi apakah nebula-nebula ini adalah “pulau semesta” yang berada di luar galaksi Bima Sakti kita.

Sepuluh tahun kemudian, Alexander Friedmann, seorang kosmologis dan matematikawan rusia, menurunkan persamaan Friedmann dari persamaan relativitas umum Albert Einstein. Persamaan ini menunjukkan bahwa alam semesta mungkin mengembang dan berlawanan dengan model alam semesta yang statis seperti yang diadvokasikan oleh Einstein pada saat itu.^[14] Pada tahun 1924, pengukuran Edwin Hubble akan jarak nebula spiral terdekat menunjukkan bahwa ia sebenarnya merupakan galaksi lain. Georges Lemaître kemudian secara independen menurunkan persamaan Friedmann pada tahun 1927 dan mengajukan bahwa resesi nebula yang disiratkan oleh persamaan tersebut diakibatkan oleh alam semesta yang mengembang.

Pada tahun 1931 Lemaître lebih jauh lagi mengajukan bahwa pengembangan alam semesta seiring dengan berjalannya waktu memerlukan syarat bahwa alam semesta mengerut seiring berbaliknya waktu sampai pada suatu titik di mana seluruh massa alam semesta berpusat pada satu titik, yaitu “atom purba” di mana waktu dan ruang bermula. Mulai dari tahun 1924, Hubble mengembangkan sederet indikator jarak yang merupakan cikal bakal tangga jarak kosmis menggunakan teleskop Hooker 100-inci (2.500 mm) di Observatorium Mount Wilson. Hal ini mengijinkannya memperkirakan jarak galaksi-galaksi yang geseran merahnya telah diukur. Pada tahun 1929, Hubble menemukan korelasi antara jarak dan kecepatan resesi, yang sekarang dikenal sebagai hukum Hubble.

Setelah Edwin Hubble pada tahun 1929 menemukan bahwa jarak bumi dengan galaksi yang sangat jauh umumnya berbanding lurus dengan geseran merahnya, sebagaimana yang disugesti oleh Lemaître pada tahun 1927, pengamatan ini dianggap mengindikasikan bahwa semua galaksi dan gugus bintang yang sangat jauh memiliki kecepatan tampak yang secara langsung menjauhi titik pandang kita: semakin jauh, semakin cepat kecepatan tampaknya. Jika jarak antar gugus-gugus galaksi terus meningkat seperti yang terpantau sekarang, semuanya haruslah pernah berdekatan di masa lalu.

Gagasan ini kemudian mengarahkan kita pada suatu kondisi alam semesta yang sangat padat dan bersuhu sangat tinggi di masa lalu. Berbagai pemercepat partikel raksasa telah dibangun untuk bereksperimen dan menguji kondisi tersebut. Hasil percobaan dari pemercepat partikel mengonfirmasi teori tersebut, namun pemercepat-pemercepat ini memiliki kemampuan yang terbatas untuk menyelidiki kondisi berenergi tinggi. Tanpa adanya bukti yang diasosiasikan dengan pengembangan terawal alam semesta, teori dentuman besar tidak dan tidak dapat memberikan penjelasan apapun mengenai kondisi awal tersebut. Namun, teori dentuman besar mendeskripsikan dan menjelaskan evolusi umum alam semesta sejak pengembangan awal tersebut.

Kelimpahan unsur-unsur ringan yang terpantau di seluruh kosmos sesuai dengan prediksi kalkulasi pembentukan unsur-unsur ringan melalui proses nuklir di dalam kondisi alam semesta yang mengembang dan mendingin pada awal beberapa menit kemunculan alam semesta sebagaimana yang diuraikan secara terperinci dan logis oleh nukleosintesis dentuman besar. Fred Hoyle mencetuskan istilah Big Bang pada sebuah siaran radio tahun 1949. Dilaporkan secara luas bahwa, Hoyle yang mendukung model kosmologis alternatif “keadaan tetap” bermaksud menggunakan istilah ini secara peyoratif, namun Hoyle secara eksplisit membantah hal ini dan mengatakan bahwa istilah ini hanyalah digunakan untuk menekankan perbedaan antara dua model kosmologis ini.

Hoyle kemudian memberikan sumbangsih yang besar dalam usaha para fisikawan untuk memahami nukleosintesis bintang yang merupakan lintasan pembentukan unsur-unsur berat dari unsur-unsur ringan secara reaksi nuklir. Setelah penemuan radiasi latar mikrogelombang kosmis pada tahun 1964, kebanyakan ilmuwan mulai menerima bahwa beberapa skenario teori dentuman besar haruslah pernah terjadi.

Semasa tahun 1930-an, gagasan-gagasan lain diajukan sebagai kosmologi non-standar untuk menjelaskan pengamatan Hubble, termasuk pula model Milne, alam semesta berayun (awalnya diajukan oleh Friedmann, namun diadvokasikan oleh Albert Einstein dan Richard Tolman) dan hipotesis cahaya lelah (tired light) Fritz Zwicky.

Setelah Perang Dunia II, terdapat dua model kosmologis yang memungkinkan. Satunya adalah model keadaan tetap Fred Hoyle, yang mengajukan bahwa materi-materi baru tercipta ketika alam semesta tampak mengembang. Dalam model ini, alam semesta hampirlah sama di titik waktu manapun. Model lainnya adalah teori dentuman besar Lemaître, yang diadvokasikan dan dikembangkan oleh George Gamow, yang kemudian memperkenalkan nukleosintesis dentuman besar (Big Bang Nucleosynthesis, BBN).^[22] Ironisnya, justru adalah Hoyle yang mencetuskan istilah big bang untuk merujuk pada teori Lemaître dalam suatu siaran radio BBC pada bulan Maret 1949.

B. Proses Terbentuknya Big Bang

Ekstrapolasi pengembangan alam semesta seiring mundurnya waktu menggunakan relativitas umum menghasilkan kondisi rapatan dan suhu alam semesta yang tak terhingga pada suatu waktu di masa lalu. Singularitas ini mensinyalkan runtuhnya keberlakuan relativitas umum pada kondisi tersebut. Sedekat mana kita dapat berekstrapolasi menuju singularitas diperdebatkan, namun tidaklah lebih awal daripada masa Planck. Fase awal yang panas dan padat itu sendiri dirujuk sebagai “the Big Bang”, dan dianggap sebagai “kelahiran” alam semesta kita.

Didasarkan pada pengukuran pengembangan menggunakan Supernova Tipe Ia, pengukuran fluktuasi temperatur pada latar belakang mikrogelombang kosmis, dan pengukuran fungsi korelasi galaksi, alam semesta memiliki usia 13,73 ± 0.12 milyar tahun.^[28] Kecocokan hasil ketiga pengukuran independen ini dengan kuat mendukung model ΛCDM yang mendeskripsikan secara mendetail kandungan alam semesta.

Fase terawal dentuman besar penuh dengan spekulasi. Model yang paling umumnya digunakan mengatakan bahwa alam semesta terisi secara homogen dan isotropis dengan rapatan energi yang sangat tinggi, tekanan dan temperatur yang sangat besar, dan dengan cepat mengembang dan mendingin. Kira-kira 10⁻³⁷ detik setelah pengembangan, transisi fase menyebabkan inflasi kosmis, yang sewaktu itu alam semesta mengembang secara eksponensial. Setelah inflasi berhenti, alam semesta terdiri dari plasma kuark-gluon berserta partikel-partikel elementer lainnya.

Temperatur pada saat itu sangat tinggi sehingganya kecepatan gerak partikel mencapai kecepatan relativitas, dan produksi pasangan segala jenis partikel terus menerus diciptakan dan dihancurkan. Sampai dengan suatu waktu, reaksi yang tak diketahui yang disebut bariogenesis melanggar kekekalan jumlah barion dan menyebabkan jumlah kuark dan lepton lebih banyak daripada antikuark dan antilepton sebesar satu per 30 juta. Ini menyebabkan dominasi materi melebihi antimateri pada alam semesta.

Ukuran alam semesta terus membesar dan temperatur alam semesta terus menurun, sehingga energi tiap-tiap partikel terus menurun. Transisi fase perusakan simetri membuat gaya-gaya dasar fisika dan parameter-parameter partikel elementer berada dalam kondisi yang sama seperti sekarang. Setelah kira-kira 10⁻¹¹ detik, gambaran dentuman besar menjadi lebih jelas oleh karena energi partikel telah menurun mencapai energi yang bisa dicapai oleh eksperimen fisika partikel. Pada sekitar 10⁻⁶ detik, kuark dan gluon bergabung membentuk barion seperti proton dan neutron.

Kuark yang sedikit lebih banyak daripada antikuark membuat barion sedikit lebih banyak daripada antibarion. Temperatur pada saat ini tidak lagi cukup tinggi untuk menghasilkan pasangan proton-antiproton, sehingga yang selanjutnya terjadi adalah pemusnahan massal, menyisakan hanya satu dari 10¹⁰ proton dan neutron terdahulu. Setelah pemusnahan ini, proton, neutron, dan elektron yang tersisa tidak lagi bergerak secara relativistik dan rapatan energi alam semesta didominasi oleh foton (dengan sebagian kecil berasal dari neutrino).

Beberapa menit semasa pengembangan, ketika temperatur sekitar satu milyar kelvin dan rapatan alam semesta sama dengan rapatan udara, neutron bergabung dengan proton dan membentuk inti atom deuterium dan helium dalam suatu proses yang dikenal sebagai [[nukleosintesis dentuman besar. Kebanyakan proton masih tidak terikat sebagai inti hidrogen. Seiring dengan mendinginnya alam semesta, rapatan energi massa rihat materi secara gravitasional mendominasi. Setelah 379.000 tahun, elektron dan inti atom bergabung menjadi atom (kebanyakan berupa hidrogen) dan radiasi materi mulai berhenti. Sisa-sisa radiasi ini yang terus bergerak melewati ruang semesta dikenal sebagai radiasi latar berlakang mikrogelombang kosmis (Cosmic microwave background radiation).

Medan Ultra Dalam Hubble memperlihatkan galaksi-galaksi dari zaman dahulu ketika alam semesta masih muda, lebih padat, dan lebih hangat menurut teori dentuman besar.

Selama periode yang sangat panjang, daerah-daerah alam semesta yang sedikit lebih rapat mulai menarik materi-materi sekitarnya secara gravitasional, membentuk awan gas, bintang, galaksi, dan objek-objek astronomi lainnya yang terpantau sekarang. Detail proses ini bergantung pada banyaknya dan jenis materi alam semesta. Terdapat tiga jenis materi yang memungkinkan, yakni materi gelap dingin, materi gelap panas, dan materi barionik. Pengukuran terbaik yang didapatkan dari WMAP menunjukkan bahwa bentuk materi yang dominan dalam alam semesta ini adalah materi gelap dingin. Dua jenis materi lainnya hanya menduduki kurang dari 18% materi alam semesta.

Bukti-bukti independen yang berasal dari supernova tipe Ia dan radiasi latar belakang mikrogelombang kosmis menyiratkan bahwa alam semesta sekarang didominasi oleh sejenis bentuk energi misterius yang disebut sebagai energi gelap, yang tampaknya menembus semua ruang. Pengamatan ini mensugestikan bahwa 72% total rapatan energi alam semesta sekarang berbentuk energi gelap. Ketika alam semesta masih sangat muda, kemungkinan besar ia telah disusupi oleh energi gelap, namun dalam ruang yang sempit dan saling berdekatan. Pada saat itu, gravitasi mendominasi dan secara perlahan memperlambat pengembangan alam semesta. Namun, pada akhirnya, setelah beberapa milyar tahun pengembangan, energi gelap yang semakin berlimpah menyebabkan pengembangan alam semesta mulai secara perlahan semakin cepat.

Segala evolusi kosmis yang terjadi setelah periode inflasioner ini dapat secara ketat dideskripsikan dan dimodelkan oleh model ΛCDM model, yang menggunakan kerangka mekanika kuantum dan relativitas umum Einstein yang independen. Sebagaimana yang telah disebutkan, tiada model yang dapat menjelaskan kejadian sebelum 10⁻¹⁵ detik setelah kejadian dentuman besar. Teori kuantum gravitasi diperlukan untuk mengatasi batasan ini.

C. Tahapan terjadinya Dentuman Besar

“ Seluruh materi dan energi dalam alam semesta pernah bersatu membentuk sebuah bola raksasa. Kemudian bola raksasa ini meledak sehingga seluruh materi mengembang karena pengaruh energi ledakan yang sangat besar.”

1) Segera setelah terjadi dentuman besar, alam semesta mengembang dengan cepat hingga kira-kira 2000 kali matahari.

2) Sebelum berusia satu detik, semua partikel hadir dalam keseimbangan. Satu detik setelah dentuman, alam semesta membentuk partikel-partikel dasar, yaitu elektron, proton, neutron, dan neutrino pada suhu 10 miliar kelvin.

3) Kira-kira 500 ribu tahun setelah terjadi ledakan, lambat laun alam semesta menjadi dingin hingga mencapai suhu 3000K. Partikel-partikel dasar membentuk benih kehidupan alam semesta.

4) Gas hidrogen dan helium membentuk kelompok-kelompok gas rapat yang tak teratur. Dalam kelompok-kelompok tersebut mulai terbentuk protogalaksi.

5) Antar satu dan dua miliar tahun setelah terjadinya dentuman besar, protogalaksi-protogalaksi melahirkan bintang-bintang yang lambat laun berkembang menjadi raksasa merah dan supernova yang merupakan bahan baku kelahiran bintang-bintang baru dalam galaksi.

6) Satu di antara miliaran galaksi ytang terbentuk adalah galaksi Bimasakti. Di dalam galaksi ini terdapat tata surya kita, dengan matahri adalah bintang yang terdekat dengan bumi.

2.2 Teori Terbentuknya Alam Semesta

Bagaimana sejarah alam semesta ini dimulai? Para ilmuwan sepakat bahwa yang memulainya adalah peristiwa Big-Bang, namun teori tersebut tidak menjelaskan bagian yang paling penting, yaitu mengapa dentuman tersebut harus terjadi, bagaimana kondisi alam semesta sebelum itu, dan beberapa hal lain yang sampai saat ini belum bisa dimengerti.

Gambaran tentang alam semesta yang diusulkan oleh para ahli kosmologi ternyata dianggap masih kurang lengkap. Pertama-tama mereka mencoba membuat asumsi keadaan awal dari big-bang. Selanjutnya akan digunakan untuk mengungkap misteri bagaimana alam semesta bisa terbentuk menjadi suatu keadaan yang sangat rapi dan teratur  bila dentuman yang sangat kacaulah yang memulainya.

Beberapa model telah diusulkan untuk menyelesaikan masalah di atas. Ada yang mengusulkan bahwa alam semesta bermula dari lautan lubang hitam yang sangat rapat. Yang lain mengatakan bahwa big-bang terjadi akibat tumbukan dua membran yang mengapung dalam ruang dimensional yang lebih tinggi. Ada juga yang mengatakan bahwa alam semesta telah terpecah-pecah dari suatu kesatuan yang utuh menjadi tak terhitung alam semesta yang lebih kecil. Semua skenario-skenario yang diusulkan di atas memang layak uji. Oleh karena itu pengamatan di waktu mendatanglah yang bisa menyaring skenario mana yang paling benar.

Untuk memodelkan asal mula alam semesta diambil hukum fisika dan mengekstrapolasinya ke masa lalu. Sesuai pengamatan yang dilakukan mundur ke tahun 1920an diketahui bahwa galaksi-galaksi bergerak saling menjauh satu sama lain, yang saat ini disadari sebagai pengembangan alam semesta. Dengan mengacu pada proses pengembangan alam semesta tersebut, para peneliti menyimpulkan bahwa 13,7 milyar tahun yang lalu alam semesta berada dalam keadaan yang masih sangat kecil, sangat rapat, dan sangat panas. Teori big-bang pertama kali diusulkan tahun 1927 oleh Georges Lemaitre, yang kemudian dikuatkan pada tahun 1964 atas penemuan cosmic microwave background, radias pengisi alam semesta yang diduga merupakan relik dari big-bang.

Pada tahun 1981 Alan Guth dari Massachusetts Institut of Tecnology dan beberapa orang lainnya menemukan bahwa pengembangan alam semesta terjadi lebih cepat dari yang diduga sebelumnya, teori ini dimanakan inflasi kosmis (cosmis inflation) yang menyatakan bahwa alam semesta berkembang secara eksponensial dari sesuatu yang sangat kecil. Sayangnya teori ini belum bisa menjelaskan asal mula alam semesta.

Inflasi terjadi dalam selang waktu 10^-35 dan 10^-32 detik setelah big-bang terjadi. Hukum kedua termodinamika mengindikasi bahwa entropi alam semesta sangat rendah beberapa saat setelah big-bang. Dari sini Thomas Banks dari Universitas California dan Willy Fischler dari Universitas Texas Austin menyatakan bahwa pada mulanya alam semesta kita merupakan lautan lubang hitam yang rapat. Mereka menyebutnya sebagai skenario

“ holographic cosmology”

Gagasan ini dilandasi oleh prinsip hologram yang ditemukan oleh Gerard’t Hooft of Utrecth University di Belanda dan dikembangkan oleh Leonard Susskind dari Stanford University di California. Meskipun teori ini belum terbukti namun beberapa fisikawan yakin bahwa prinsip ini benar;semua informasi tentang ruang volume dapat direpresentasikan oleh hukum fisika. Entropi dapat menjelaskan suatu informasi, karena semakin tidak teraturnya sebuah sistem, maka akan semakin banyak informasi yang bisa menjelaskannya.

Sekarang mari kita bayangkan saat big-bang terjadi. Saat itu energi dan materi menyatu lebih rapat pada setiap daerah hingga mencapai suatu batas kerapatan entropi, dengan kata lain mengisinya dengan lautan lubang hitam mikroskopik.

Menurut Banks dan Fischler, alam semesta bermula dari suatu fluida lubang hitam. Selanjutnya lubang hitam akan mengisi seluruh ruang sekitarnya, dengan tingkat kerapatan lubang hitam bergantung pada prinsip ketidakpastian mekanika kuantum. Fluktuasi yang mengarah pada kerapatan yang lebih rendah mengimplikasikan bahwa lubang hitam yang mengisi suatu volume kerapatannya tidak merata, namun saling renggang satu sama lain sehingga memungkinkan untuk diisi oleh radiasi.

Kondisi ini yang mengawali pembentukan alam semesta kita. Jika lubang hitam berada pada suatu ruang yang terbuka dalam kerapatan tertentu dan bergerak dengan sangat cepat, maka tumbukan dan merging antar lubang hitam akan menyebar hingga mengisi seluruh ruang, dan menariknya kembali dalam fluida lubang hitam. Namun jika antar lubang hitam terpisah cukup jauh dan bergerak dengan lambat, merging tidak akan terjadi dengan cepat. Suatu ruang pada daerah tertentu terisi oleh radiasi panas yang mengembang dengan sangat cepat, mendorong lubang hitam pada jarak yang jauh.

Sekitar 10^-35 detik setelah big-bang terjadi inflasi alam semesta dengan kecepatan satu kilometer per milisekon. Partikel-partikel terkondensasi membentuk bintang-bintang, galaksi-galaksi, planet-planet, dan kehidupan.

Lalu bagaimana Banks dan Fischler menjelaskan rendahnya entropi alam semesta? Beberapa gelembung ruang yang berasal dari fluida lubang hitam telah menyatu, agar tidak runtuh menjadi fluida lagi diperlukan entropi yang rendah. Karena entropi yang tinggi akan menyebabkan pergerakan lubang hitam yang lebih cepat  yang akan memicu tumbukan dan merging. Sehingga kehidupan di alam semesta tidak mungkin terbentuk.

Ilmuwan-ilmuwan lainnya masih memperdebatkan peran dari ‘holographic cosmology’. Teori lain dikemukakan oleh Steinhadt dan Turok model. Model yang mereka usulkan termotivasi oleh teori string. Mereka menggambarkan alam semesta dalam bentuk 3 dimensi berupa membran/brane yang mengapung dalam ruang 4 dimensi. Masing-masing brane saling bertumbukan satu sama lain yang menyebabkan temperatur alam semesta 10²³ kelvin dan mengembang, dengan beberapa energi terkondensasi menjadi materi. Model ini menyerupai teori big-bang, bedanya alam semesta telah ada sebelumnya.

Setelah tumbukan terjadi stretching dan pemisahan antar brane yang menyebabkan alam semesta mengembang dipercepat. Hal ini bersesuaian dengan hasil pengamatan saat ini melalui deskripsi energi gelap. Tumbukan antar brane suatu saat akan melambat dan berhenti, namun setelah itu proses awal akan diulang lagi (cycle). Tumbukan yang terjadi berikutnya akan menyuplai materi dan radiasi ke dalam brane.

Masalah yang muncul adalah energi yang diubah dalam bentuk materi melalui mekanisme tersebut terlalu kecil sehingga akan mengarah pada bentuk alam semesta yang benar-benar berbeda dengan yang kita punyai saat ini. Steinhardt dan Turok memberikan argumentasi bahwa energi gelap akan menguat ketika suatu brane mendekati brane lain, yang akan mengatasi fluktuasi-flukuasi kecil dan mejaga alam semesta tetap smooth.

Model di atas memang sangat berbeda dengan model yang diusulkan oleh Banks dan Fischler. Namun pada dasarnya kedua model memiliki landasan dasar yang sama. Lubang hitam akan terbentuk melalui suatu mekanisme tumbukan brane yang ekstrim.

Penjelasan mengenai rendahnya nilai entropi alam semesata oleh kedua model memang sangat berbeda. Hukum kedua termodinamika membuat kosmologi cycle bisa terbentuk dalam kondisi entropi yang rendah. Skenario brane menyelesaikan masalah ini. Stretching masing-masing brane melemahkan materi, radiasi dan entropi sebelum tumbukan terjadi. Saat big-bangi keseluruhan entropi akan sangat rendah. Dan untuk mendapatkan cukup pelemahan maka alam semesta haruslah menjauh selama triliunan tahun ketika tumbukan.

Salah satu model yang merupakan hasil penyatuan dengan yang lain mengusulkan bahwa mulanya alam semesta berasal dari suatu induk alam semesta yang kemudian dipecah-pecah oleh energi gelap menjadi bagian-bagian yang lebih kecil yang tak terhitung jumlahnya. Model ini dikembangkan oleh Lauris Baum dan Paul Frampton, keduanya berasal dari Universitas of North Carolina in Chapel Hill, skenario yang disulkan akan menjawab masalah akumulasi entropi alam semesta.

Model tersebut dimulai dari asumsi bahwa energi gelap akan meningkat ketika alam semesta mengembang. Peningkatan kerapatan secara perlahan  akan menghasilkan gaya repulsif untuk menghancurkan galaksi-galaksi, bintang-bintang dan bahkan atom-atom, yang terkumpul dalam suatu bencana yang irreversible yang disebut ‘big rip’ dimana kecepatan pengembangan alam semesta menuju tak terbatas. Baum dan Frampton mendesain sebuah model energi gelap yang memilki gaya yang atraktif dengan terlebih dahulu mengabaikan keberadaan bintang-bintang yang pada akhirnya akan dibuat mengembang dengan cepat, aspek repulsif sangat dominan ketika alam semesta masih berukuran kecil dan muda.

Berdasarkan skenario mereka, pengembangan alam semesta semakin lama semakin cepat, yang melemahkan materi dan radiasi dalam jumlah yang besar. Bahkan kecepatan pengembangan tersebut lebih cepat dari kecepatan cahaya. Hal ini tidak bertentangan dengan batas kecepatan yang diharuskan oleh relativitas, selama pengembangannyalah yang melebihi kecepatan cahaya, bukan pergerakan materi yang mengisi alam semesta. Selama tidak ada partikel dan gaya yang bergerak melebihi kecepatan cahaya, masing-masing bagian akan terpisah satu sama lain menjadi pulau-pulau alam semesta.

Proses ini akan mengarah pada akhir alam semesta, 10^-27 detik sebelum big-rip, aspek atraktif dari energi gelap akan mengambil alih bagian repulsif yang akan menyebabkan kepulauan alam semesta berkontraksi. Dalam hal ini model di atas bersesuaian dengan skenario standart inflasi, dan materi mengumpul membentuk bintang dan galaksi yang ada disekitar kita.

Nah, bagaimana dengan pertanyaan entropi yang rendah? Sebagaimana dalam model cyclic brane,  fragmentasi alam semesta mencegah agar tidak timpang dengan mengakumulasikan entropi from cycle to cycle. Di akhir setiap cycle, entropi yang telah dihasilkan selanjutnya dibagi-bagi ke sejumlah besar alam semesta baru terbentuk.

Jauh dikemudian hari, keseluruhan proses akan mengulang dengan sendirinya, membentuk alam semesta baru yang tak terhitung jumlahnya dari alam semesta yang kita miliki sekarang. Hal ini mengisyaratkan dulunya hanya sedikit alam semesta yang terbentuk. Dari sini muncul pertanyaan, jika kita jauh mundur ke belakang adakah suatu permulaan alam semesta? Dengan kata lain, apakah waktu masih tetap memiliki suatu permulaan? Frampton menjawabnya tidak.

Dark Prediction

Dua model yang telah diusulkan di atas mengharuskan ilmuwan untuk memilih salah satu yang benar. Kedua ide tentang energi gelap muncul di kedua model namun dengan kelakuan yang berbeda. Agar terjadi fragmentasi energi gelap harus terus-menerus meningkat yang berakibat pada pengembangan alam semesta. Fisikawan melambangkan perbedaan kelakuan energi gelap dengan lambing w, yang mendeskripsikan variasi energi gelap sebagai fungsi dari waktu.

Dark energi yang menyebabkan pengembangan alam semesta memiliki nilai w=-,kadang disebut sebagai konstanta kosmologi. Sedangakan energi gelap yang berhubugan dengan fragmentasi alam semesta memilki nilai w yang lebih negative, misalnya -1,05. Sebaliknya, dalam model cyclic brane dark energi berasal dari energi potensial dari dua brane, yang berkorelasi dengan jarak masing-masing brane. Ketika masing-masing brane menjauh satu sama lain,seperti yang terjadi saat ini, menyebabkan kekuatan energi gelap menurun. Yang menunjukkan nilai w yang lebih besar dari -1, misalnya -0,95.

Selama energi gelap mempengaruhi pengembangan alam semesta, ilmuwan dapat meneliti perubahan kekuatannya dengan mengamati pengembangan alam semesta pada waktu yang berbeda-beda. Astronom melakukannya melalui ledakan supernova, yang memungkinkan mereka untuk menghitung gerak saling menjauhnya antar galaksi pada titik-titik berbeda pada suatu waktu. Tentunya metode ini hanya bisa menjelaskan energi gelap setelah bintang-bintang terbentuk, namun kekuatan cosmic microwave background bisa diplot masa awal pembentukan alam semesta, 380.000 tahun setelah big-bang. Melihat 13,7 milyar tahun yang lau kita akan melihat gas panas mengisi alam semesta ini. Dari radiasinya ilmuwan bisa mengukur pengurangan kecepatan gas tersebut yang bisa menjelaskan kepada kita seberapa cepat pengembangan alam semesta pada waktu itu.

Menggabungkan kedua metode didapati bahwa energi gelap mendekati konstan, dengan nilai w yang mendekati -1. Dari sinilah pengukuran baru dimulai. The European Space Agency (ESA) Planck satelit, yang meluncur pada tahun 2008, akan mengukur microwave background dengan ketelitian tanggal yang lebih besar, bila nilai w tidak tepat -1 maka salah satu dari dua model di atas adalah benar, namun bila nialinya sangat dekat dengan -1 maka kedua model akan jatuh.

Menguji holographic cosmology dan lautan black hole-nya ternyata jauh lebih rumit. Untuk itu harus ditemukan lubang hitam yang telah ada sejak pembentukan alam semesta. Lubang hitam primordial juga muncul dalam skenario cyclic brane, namun dengan ukuran yang sangat kecil dan telah mengalami evaporasi melalui mekanisme yang dinamakan radiasi Hawking.

Lubang hitam terbesar dari model holographic cosmology, kurang dari 100 gram, bisa bertahan hingga saat ini karena propertinya yang unik, yaitu memiliki satu kutub medan magnet , sedangkan medan magnet yang saat ini biasa teramati berasal dari dua kutub, fisikawan menyebutnya sebagai monopole, parikel magnetik dengan satu kutub, yang telah terbentuk pada masa awal alam semesta.

Pada gambar standart big-bang, gelombang graviatasional tergenerasi selama inflasi dari tumbukan kumpulan-kumpulan materi. Beberapa gelombang ini mungkin bisa diamati dengan menggunakan detektor yang disponsori oleh ESA dan NASA, Laser Interferometer Space Antena, yang akan diluncurkan tahun 2015, atau melalui pengamatan cosmic microwave background. Dalam model tumbukan brane, tidak pernah terjadi inflasi, yang berarti gelombang gravitasi primordial tidak akan pernah dihasilkan. Sehingga pengamatan terhadap hal tersebut akan menjatuhkan skenario brane dan mengunggulkan skenario lautan lubang hitam dan fragmentasi alam semesta.

Teori-teori tentang terbentuknya alam semesta ialah Teori Keadaan (Steady State Theory) dan Teori Ledakan Besar (Big-Bang Theory). Teori Keadaan Tetap, menyatakan bahwa tiap-tiap galaksi yang terbentuk tumbuh menjadi tua dan akhirnya mati. Jadi teori ini beranggapan bahwa alam semesta itu tak terhingga besarnya dan juga tak terhingga tuanya (tanpa awal dan akhir). Sedangkan Teori Ledakan Besar ialah meledaknya massa yang sangat besar dengan dahsyat, karena adanya reaksi inti.

Berdasarkan Hipotesis Fowler, galaksi berawal dari suatu kabut gas pijar dengan massa yang sangat besar. Kabut ini kemudian mengadakan kontraksi dan kondensasi sambil terus berputar pada sumbunya. Ada massa yang tertinggal, yakni pada bagian luar dari kabut pijar tadi. Massa itu juga mengadakan kontraksi dan kondensasi maka terbentuklah gumpalan gas pijar yaitu bintang-bintang. Bagi yang bermassa besar masih berupa kabut bintang. Dengan cara yang sama, bagian luar bintang yang tertinggal juga mengadakan kondensasi sehingga terbentuklah planet. Demikian juga bagian planet membentuk satelit bulan.

Bima Sakti atau Milky Way, berbentuk seperti kue cucur. Matahari kita terletak kira-kira pada jarak 2/3, dihitung dari pusat galaksi itu sampai ke tepiannya.  Tata surya terdiri dari matahari sebagai pusat, benda-benda lain seperti planet, satelit, meteor-meteor, komet-komet, debu dan gas antarplanet beredar mengelilinginya.

Teori-teori yang mendukung terbentuknya tata surya, antara lain Hipotesis Nebular, Hipotesis Planettesimal, Teori Tidal, Teori Bintang Kembar, Teori Creatio Continua dan Teori G.P. Kuiper.

Tata surya adalah benda-benda langit dan matahari sebagi intinya, benda-benda langit itu seperti planet, bintang,meteor, dan asteroid. Kita semua percaya bahwa seluruh tata surya ini di ciptakan oleh tuhan .

Ada banyak hipotesis tentang asal usul tata surya telah dikemukakan para ahli, diantaranya adalah sebagai berikut ini :

1. Hipotesis Nebula

Hipotesis nebula pertama kali dikemukakan oleh Immanuel Kant (1724-1804) pada tahun 1775. Kemudian hipotesis ini disempurnakan oleh Pierre Marquis de Laplace pada tahun 1796. Oleh karena itu, hipotesis ini lebih dikenal dengan Hipotesis nebula Kant-Laplace. Pada tahap awal tata surya masih berupa kabut raksasa. Kabut ini terbentuk dari debu, es, dan gas yang disebut nebula. Unsur gas sebagian besar berupa hidrogen. Karena gaya gravitasi yang dimilikinya, kabut itu menyusut dan berputar dengan arah tertentu. Akibatnya, suhu kabut memanas dan akhirnya menjadi bintang raksasa yang disebut matahari. Matahari raksasa terus menyusut dan perputarannya semakin cepat. Selanjutnya cincin-cincin gas dan es terlontar ke sekelilingmatahari. Akibat gaya gravitasi, gas-gas tersebut memadat seiring dengan penurunan suhunya dan membentuk planet dalam. Dengan cara yangsama, planet luar juga terbentuk.

2. Hipotesis Planetisimal

Hipotesis planetisimal pertama kali dikemukakan oleh Thomas C. Chamberlain dan Forest R. Moulton pada tahun 1900. Hipotesis planetisimal mengatakan bahwa tata surya kita terbentuk akibat adanya bintang lain yang hampir menabrak matahari. Seabad sesudah teori kabut tersebut, muncul Teori Planetesimal yang dikemukakan oleh Chamberlin dan Moulton. Teori ini mengungkapkan bahwa pada mulanya telah terdapat matahari asal. Pada suatu ketika, matahari asal ini didekati oleh sebuah bintang besar, yang menyebabkan terjadinya penarikan pada bagian matahari. Akibat tenaga penarikan matahari asal tadi, terjadilah ledakan-ledakan yang hebat. Gas yang meledak ini keluar dari atmosfer matahari, kemudian mengembun dan membeku sebagai benda-benda yang padat, dan disebut planetesimal. Planetesimal ini dalam perkembangannya menjadi planet-planet, dan salah satunya adalah planet Bumi kita.

3. Hipotesis Pasang Surut Bintang

Hipotesis pasang surut bintang pertama kali dikemukakan oleh James Jean dan Herold Jaffries pada tahun 1917. Hipotesis pasang surut bintang sangat mirip dengan hipotesis planetisimal. Namun perbedaannya terletak pada jumlah awalnya matahari, yakni bahwa sebuah bintang besar mendekati matahari dalam jarak pendek, sehingga menyebabkan terjadinya pasang surut pada tubuh matahari, saat matahari itu masih berada dalam keadaan gas. Terjadinya pasang surut air laut yang kita kenal di Bumi, ukuranya sangat kecil. Penyebabnya adalah kecilnya massa bulan dan jauhnya jarak bulan ke Bumi (60 kali radius orbit Bumi). Tetapi, jika  sebuah bintang yang bermassa hampir sama besar dengan matahari mendekati matahari, maka akan terbentuk semacam gunung-gunung gelombang raksasa pada tubuh matahari, yang disebabkan oleh gaya tarik bintang tadi. Gunung-guung tersebut akan mencapai tinggi yang luar biasa dan membentuk semacam lidah pijar yang besar sekali, menjulur dari massa matahari tadi dan merentang kea rah bintang besar itu.

Dalam lidah yang panas ini terjadi perapatan gas-gas dan akhirnya kolom-kolom ini akan pecah, lalu berpisah menjadi benda-benda tersendiri, yaitu planet-planet. Bintang besar yang menyebabkan penarikan pada bagian-bagian tubuh matahari tadi, melanjutkan perjalanan di jagat raya, sehingga lambat laun akan hilang pengaruhnya terhadap-planet yang berbentuk tadi. Planet-planet itu akan berputar mengelilingi matahari dan mengalami proses pendinginan. Proses pendinginan ini berjalan dengan lambat pada planet-planet  besar, seperti Yupiter dan Saturnus, sedangkan pada planet-planet kecil seperti Bumi kita, pendinginan berjalan relatif lebih cepat.

Sementara pendinginan berlangsung, planet-planet itu masih mengelilingi matahari pada orbit berbentuk elips, sehingga besar kemungkinan pada suatu ketika meraka akan mendekati matahari dalam jarak yang pendek. Akibat kekuatan penarikan matahari, maka akan terjadi pasang surut pada tubuh-tubuh planet yang baru lahir itu. Matahari akan menarik kolom-kolom materi dari planet-planet, sehingga lahirlah bulan-bulan (satelit-satelit) yang berputar mengelilingi planet-planet. peranan yang dipegang matahari dalam membentuk bulan-bulan ini pada prinsipnya sama dengan peranan bintang besar dalam membentuk planet-planet, seperti telah dibicarakan di atas.

4. Hipotesis Kondensasi

Hipotesis kondensasi mulanya dikemukakan oleh astronom Belanda yang bernama G.P. Kuiper (1905-1973) pada tahun 1950. Hipotesis kondensasi menjelaskan bahwa tata surya terbentuk dari bola kabut raksasa yang berputar membentuk cakram raksasa.

5. Hipotesis Bintang Kembar

Hipotesis bintang kembar awalnya dikemukakan oleh Fred Hoyle (1915-2001) pada tahun 1956. Hipotesis mengemukakan bahwa dahulunya tata surya kita berupa dua bintang yang hampir sama ukurannya dan berdekatan yang salah satunya meledak meninggalkan serpihan-serpihan kecil.

6. Hipotesis Big Bang

Big Bang merupakan salah satu teori tentang awal pembentukan jagat raya. Teori ini menyatakan bahwa jagat raya dimulai dari satu ledakan besar dari materi yang densitasnya luar biasa besar. Impilikasinya jagat raya punya awal dan akhir. Teori ini terus- menerus dibuktikan kebenarannya melalui sejumlah penemuan, dan diterima oleh sebagian besar astrofisikawan masa kini. Sejarah Terbentuknya Sistem Tata Surya.

BAB III

KESIMPULAN

Berdasarkan pemaparan dan rumusan masalah yang telah dijawab dalam pembahasan ini, maka disebutkan beberapa kesimpulan di bawah ini:

1.      Teori Big bang menyatakan bahwa alam semesta berasal dari kondisi super padat dan panas, yang kemudian mengembang sekitar 13,7 milyar tahun lalu pengukuran terbaik pada tahun 2009 memperkirakan hal ini terjadi sekitar 13,3 – 13,8 milyar tahun yang lalu dan terus mengembang sampai sekarang. Alam semesta yang awalnya dahulu ialah suatu kesatuan terpisahkan dan terpecah belah menjadi seperti sekarang ini. Sebuah dentuman yang sudah diteliti secara ilmiyah terbukti menjadi cikal bakal dari kelahiran alam semsesta.

2.      Secara prosedural dari proses terbentuknya Big Bang, alam semesta terisi secara homogen dan isotropis dengan rapatan energi yang sangat tinggi, tekanan dan temperatur yang sangat besar, dan dengan cepat mengembang dan mendingin. Kira-kira 10⁻³⁷ detik setelah pengembangan, transisi fase menyebabkan inflasi kosmis, yang sewaktu itu alam semesta mengembang secara eksponensial. Setelah inflasi berhenti, alam semesta terdiri dari plasma kuark-gluon berserta partikel-partikel elementer lainnya. Terus memanas yang akhirnya menimbulkan dentuman keras (big bang) dan lahirlah beberapa pecahan

3. Teori – Teori Pembentukan Alam semesta :

·         Hipotesis Nebula

·         Hipotesis Planetisimal

·         Hipotesis Pasang Surut Bintang

·         Hipotesis Kondensasi

·         Hipotesis Bintang Kembar

·          Hipotesis Big Bang