Teori “Big Bang”

Teori ini membayangkan sebuah masa sekitar lima belas miliar tahun yang telah lewat ketika semua materi dan energi di dalam semesta ini telah dikonsentrasikan dalam suatu poin tunggal dari dimensi nol dan kepadatan tak terhingga. Dalam momen yang sangat tiba-tiba inti ini meledak dan mengeluarkan semua isinya dalam sekejap mata dan menjadi ruang dan menjadi ruang dan waktu sebagaimana kita mengenalnya sekarang. Selanjutnya alam semesta ini teru- menerus mengembang dan mendingin, membiarkan unsure-unsur dan objek lainnya terbentuk. Sejak saat itu Alam terus berkembang dan mendingin.
Logika Teori Big Bang ini bermula dari Albert Einstein, yang teori umumnya tentang relativitas (1916) mendesak bahwa alam semesta ini dalam keadaan mengembang atau mengerut (berkontraksi). Pada mulanya Einstein merasa malu dengan pendapatnya dimana semua pakar astronomi pada masanya telah beranggapan bahwa ukuran dan bentuk dari alam semesta ini telah baku atau stabil. Jadi, Einstein mencoba menambahkan teori-teori untuk mengukuhkan pendapatnya, sebuah lahkang yang kemudian ia sesali.

Setahun setelah Einstein mengemukakan teorinya tentang relativitas, seorang pakar astronomi Amerika, Vesto Slipher memublikasikan penemuannya yang luar biasa yang mendapatkan setiap obyek yang terpisah yang ia cermati tampak bergerak menjauh dari bumi. Bukti yang tersimpan dalam “redshift” dalam spectrum sinar yang dipancarkan oleh obyek-obyek itu sinar yang terlihat dari bumi lebih merah daripada sinar yang seharusnya dipancarkan oleh obyek-obyek ini. Redshift ini dapat dijelaskan dengan analogi suara sirine mobil ambulans. Semua orang tahu jika raungan dari sirine mobil ambulans terdengar lebih nyaring jika mobil sedang mendekat, sedangkan suara sirine akan lebih rendah ketika mobil menjauh.(Tinggi rendahnya nada atau Pitch ditentukan oleh frekuaensi dari suatu gelombang suara yaitu jumlah tempo perdetik yang mencapai intensitas yang terbesar). Hal ini disebut dengan Efek Doppler (Doppler Effect). Yang mengikuti fakta bahwa gelombang- gelombang suara itu “merentang” jika sumber suara bergerak menjauh. Hal yang sama berlaku juga bagi sinar: jika sinar bergerak menjauh dari orang yang memandang, maka sinar itu akan tampak lebih rendah frekuensinya, yaitu berwarna lebih merah, daripada seandainya sumber cahaya itu diam tak bergerak.
Slipher tidak cukup tahu apa yang harus dilakukan dengan penemuan ini, tetapi ia jauh menjadi lebih dipahami pada tahun 1929 ketika pakar astronomi Edwin Hubble mengumumkan suatu korelasi antara jarak (distance) suatu obyek dari bumi dengan kecepatan (speed) yang bergerak menjauhi kita. Demikian penemuan Hubble, dua kantitas ini ada dalam hubungan yang langsung: jika obyek B dua kali jauhnya dari obyek A maka obyek B bergerak menjauh dua kali lebih cepat.
Kesimpulan yang logis yang dapat ditarik adalah alam semesta ini terus menerus mengembang. Untuk sebuah gambaran sederhana, dapat kita bayangkan permukaan sebuah balon ketika kita meniupnya. Baik observasi maupun geometri menunjukan poin-poin ini pada permukaan balon bergerak menjauh lebih cepat jika ia berjarak lebih jauh. Dalam kenyataan, jika titik B satu inci jaraknya dari titik A, dan titik C berjarak dua inci dari A, maka C akan tampak “menjau” dari A duakali lebih cepat daripada yang dilakukan B.
Hal yang sama juga terjadi dengan alam semesta ini, kecuali dia bukan sebuah balon tiga dimensi, tetapi lebih berupa ruang-waktu kontinum empat-dimensi. Penemuan dari Einstein ini telah dikaitkan dengan observasi-observasi Slipher oleh seorang pendeta Belgia dan guru matematika yang bernama Georges LemaÎtre yang mencoba menelusuri dan merunut kebelakang tentang pengembangan kosmik. Ia menelusuri jejak mengembangnya alam semesta kebelakang menuju ke asal usul penciptanya.
Dengan tersedianya informasi tentang alam semesta yang terus mengembang sementara total energi tetap sama, semakin jauh kita merunut kebelakang menembus waktu-waktu, semakin padat alam semesta ini seharusnya. Baik materi dan energi harusnya terkonsentrasi dalam satu ruang yang lebih kecil. Semakin awal keadaan dari alam semesta ini, seharusnya semakin padat dan lebih panas, ketika panas mengukur rata-rata energi yang terkandung dalam suatu ruang yang tersedia. Dengan membawa proses ini kedalam kesimpulan logisnya, kita mendapati semua materi dan energi terkonsentrasi dalam sebuah titik yang sangat panas dan tunggal, yang oleh LemaÎtre disebut dengan “atom zaman purba” (primeval atom). Dia menyebut saat atom mulai mengembangkan “suara yang sangat gaduh”.
Hal ini tentu saja sulit, jika tidak mustahil, untuk membayangkan sebuah permulaan semacam ini, karena istilah-istilah seperti “kepadatan tak terbatas” dan “tiitik tunggal” menentang segala sesuatu yang kita alami. Dengan memcoba membayangkan suatu periode waktu sebelum waktu itu eksis tampaknya larut ke dalam paradoks-paradoks. Akan tetapi, mungkin ini membantu untuk memikiirkan kesimpulan Einstein dalam teori umum relativitasnya bahwa gravitasi adalam pembelokan dari kerangka ruang-waktu. Semakin padat sebuah obyek, semakin “melengkung” (curve) ruang disekitarnya, seperti halnya obyek-obyek yang lebih berat ketika dijatuhkan diatas permukaan karet yang ketat, lebih melentur permukaan karet ini daripada permukaan karet yang lebih ringan. Pada tahap yang paling awal, alam semesta yang terbungkus padat tidak “mengandung” semua ruang sebanyak ia membungkus ruang disekitarnya menjadi sebuah titik dari perlengkungan yang tak terbatas.
Tak satupun dari ini menjelaskan mengapa terdapat suatu dentuman besar (big bang); dentuman besar itu hanya menjelaskan mengapa hal itu harus terjadi. Apa yang terjadi beberapa detik setelah dentuman besar itu adalah murni spekulasi kosmologis, meskipun bukti-bukti semakin menumpuk semakin harinya. Dikembangkan dari gambar yang diajukan oleh pakar sains Rusia-Amerika, George Gamow di akhir 1940-an, deskripsikan standar dari dentuman akan berlangsung seperti ini:
Pada saat terjadi dentuman besar, hanya ada satu jenis materi, yang disebut dengan “partikel-partikel super” di alam semesta yang sangat kecil. Partikel-partikel ini saling berbenturan secara keras untuk selama kira-kira 10-43 detik setelah dentuman. Namun kali ini alam semesta telah mengembang dan oleh karena itu mendingin hingga pada titik yang partikel-partikel lain dapat menampakan diri dan menjadi cukup stabil untuk menolak benturan-benturan partikel yang kurang keras sekarang ini. Partikel-partikel baru ini adalah electron-elektron, foton-foton, dan quarks1 yang tidak menggumpal secara efektif. Diwaktu alam semesta ini mengalami perwujudan keduanya (second old), dan masih cukup panas (kira-kira 10.000.000.000 derajat Kelvin) beberapa pihak yang lain berpendapat lebih besar dari itu, partikel-partikel yang substansial sedang membentuk dan bertahan: neutrinos, proton-proton, dan neutron-neutron.
Kira-kira dalam 90 detik berikutnya, proton-proton dan neutron-neutron mulai membentuk nuclei atom, yang berkembang menjadi unsure-unsur yang paling awal deuterium pertama, kemudian helium, kemudian lithium dan beryllium. Dalam pergerakan mereka kedepan, semua unsur lain yang telah diketahui telah dibentuk, tetapi hal ini membutuhkan waktu sekitar satu juta tahun. Namun apa yang hilang dari gambaran adalah nasib dari neutrinos ini (dan yang disebut anti-neutrinos yang lahir bersama mereka) yang dihasilkan pertama kali dalam perwujudan alam semesta yang kedua ini. Berdasarkan pada teori ini, mereka seharusnya masih berada di suatu tempat dilatar belakang dari alam semesta ini, meskipun radiasi mereka akan menjadi dingin sekarang menuju temperature yang sangat rendah (kira-kira 2,7o Kelvin. Hal ini yang disebut dengan ‘radiasi latar belakang’ (background radiation) yang telah diprediksi oleh teori ini, dalam kenyattaan telah dideteksi pada tahun 1965 oleh dua peneliti dari Bell Telephone yakni Arno Penzias dan Robert Wilson.
Penemuan ini adalah konfirmasi eksperimental yang pertama dari teori big bang secara umum dan masih banyak teori lain yang menegaskan tentang hal ini yang melengkapinya dengan berbagai perincian. Misalnya, pada 1992, pakar sains Amerika, George Smoot dengan cara mengukur radiasi di Antartika, yang telah menunjukan bahwa “gumpalan” atau bentuk yang tak teratur dari alam semesta ini telah eksis dalam benih “benih” selama satu juta setengah tahun dari dentuman besar ini. Hal ini sulit untuk dimengerti tetapi cukuplah untuk mengatakan bahwa mereka mengizinkan kita untuk menjelaskan bentuk yang dihasilkan dari alam semesta sekarang ini dalam istilah tentang gravitasi dan mereka menunjukan bahwa teori big bang ini, jelasnya, berada pada jalan yang benar.