Gagasan Hawking tentang Big Bang

itu mungkin datang dari kotoran merpati yang bersarang di alat mereka, tapi ternyata aasal usul masalah mereka lebih menarik. 23 Gambaran awal dari tahap dini yang panas dari jagat raya ini dikemukakan oleh ilmuwan George Gamow pada tahun 1948 dalam sebuah makalah yang ditulis bersama muridnya, Ralph Alpher dan seorang ilmuwan nuklir Hans Bethe. 24 Dalam makalah ini mereka mengemukakan ramalan bahwa radiasi dalam bentuk foton dari tahap dini jagat raya yang sangat panas masih ada sampai sekarang, namun temperaturnya telah menurun menjadi hanya beberapa derajat di atas nol mutlak -273ºC karena pemuaian jagat raya. 25 Para ahli astronomi juga telah menemukan jejak-jejak lain yang mendukung gambaran alam semesta awal yang panas dan kecil setelah Ledakan Besar. Contohnya, pada sekitar satu menit pertama, alam semesta kiranya lebih panas daripada pusat bintang biasa. Sepanjang masa itu keseluruhan alam semesta kiranya bertindak sebagai reaktor fusi nuklir. Reaksi-reaksinya kiranya ketika alam semesta sudah cukup mengembang dan mendingin, dan teori memprediksi bahwa masa itu akan menghasilkan alam semesta yang tersusun atas sebagian besar hidrogen dan 23 persen helium dan segelintir lithium semua unsur yang lebih berat terbentuk sesudahnya, di dalam bintang-bintang. 26 23 Stephen Hawking, Leonard Mlodinow. The Grand Design, terj. Zia Ansor. Jakarta: Gramedia Pustaka, 2010 h. 137 24 Denga n demikian penulis makalah itu menjadi “Alpher, Bethe, Gamow” yang mirip dengan tiga huruf pertama Yunani; alfa, beta dan gama. 25 Ini merupakan penjelasan radiasi latar gelombang mikro yang ditemukan Penzias dan Wilson pada tahun 1965. Stephen Hawking, A Brief History....hlm. 125 26 Stephen Hawking, Leonard Mlodinow. The Grand Design, terj. Zia Ansor. Jakarta: Gramedia Pustaka, 2010 h. 138 Pada Ledakan Besar, alam semesta dianggap berukuran nol, dan luar biasa panas. Tapi selagi alam semesta mengembang, suhu radiasinya berkurang. Satu detik sesudah Ledakan Besar, suhu alam semesta turun menjadi sepuluh miliar derajat. Pada waktu itu alam semesta itu alam semesta berisi sebagian besar foton, elektron, dan neutrino 27 berikut antizarahnya, juga beberapa proton dan neutron. Kemudian energi diubah menjadi partikel dalam unsur yang akan menjadi bahan dasar pembentukan bintang, planet dan galaksi. 28 Sekitar seratus detik sesudah Ledakan Besar, suhu alam semesta kiranya turun sampai satu miliar derajat, suhu di dalam bintang-bintang terpanas. Pada suhu setinggi itu, proton dan neutron bakal tak lagi punya cukup energi untuk lepas dari tarikan gaya nuklir kuat, dan mulai bergabung membentuk inti atom deutrerium hidrogen berat yang mengandung satu proton dan satu neutron. Inti deuterium kemudian bergabung dengan makin banyak proton dan neutron untuk membentuk inti helium, yang mengandung dua proton dan dua neutron, juga sejumlah kecil unsur-unsur lebih berat, lithium dan beryllium. Bisa dihitung bahwa dalam model Ledakan Besar panas, sekitar seperempat proton dan neutron menjadi inti helium, bersama sejumlah kecil hidrogen berat dan unsur- unsur lain. Sisa neutron meluruh menjadi proton, yang merupakan inti atom hidrogen biasa. 29 27 Zarah sangat ringan yang hanya diperlukan oleh gaya nuklir lemah dan gravitasi. 28 Stephen Hawking. A Brief History of Time. Terj. Zia Anshor Jakarta: PT. Gramedia, 2013 h. 115 29 Stephen Hawking. A Brief History of Time. Terj. Zia Anshor Jakarta: PT. Gramedia, 2013 h. 116 Pengukuran kelimpahan helium dan CMBR menyediakan bukti meyakinkan yang mendukung gambaran awal alam semesta menurut teori Ledakan Besar, tapi walau gambaran Ledakan Besar bisa dianggap penjabaran yang shahih atas awal alam semesta; teori Einstein menganggap Ledakan Besar yang memberi gambaran sejati asal-usul alam semesta adalah hal yang keliru. Alasannya, relativitas umum memprediksi ada suatu saat ketika suhu, kerapatan, dan kelengkungan alam semesta semuanya bernilai tak terhingga, situasi yang oleh ahli matematika disebut singularitas singularity. Bagi ahli fisika, hal itu berarti bahwa teori Einstein buyar pada titik itu, dan karena itu tak bisa digunakan untuk memprediksi bagaimana alam semesta berawal, sebaliknya hanya bisa dipakai untuk memprediksi bagaimana alam semesta berkembang sesudahnya. Jadi walau kita bisa menggunakan persamaan-persamaan relativitas umum dan pengamatan kita atas alam semesta untuk mempelajari alam semesta pada umur sangat muda, gambaran Ledakan Besar tak boleh dipegang terus sampai awal. 30 Untuk meramalkan bagaimana jagat raya itu seharusnya bermula, diperlukan hukum-hukum yang berlaku pada awal waktu. Jika teori klasik relativitas umum itu benar, teorema singularitas 31 yang dibuktikan Hawking dan Roger Penrose menunjukan bahwa awal waktu itu merupakan titik rapatan tak terhingga dan kelengkungan ruang-waktu yang tak terhingga 30 Stephen Hawking, Leonard Mlodinow. The Grand Design, terj. Zia Ansor. Jakarta: Gramedia Pustaka, 2010 h. 138 31 Teorema singularitas itu adalah kondisi batas jagat raya, bahwa jagat raya itu tidak mempunyai tapal batas. Jika jagat raya dalam keadaan tanpa tapal batas n0-boundary-state, hukum-hukum sains secara murni menentukan kemungkinan-kemungkinan setiap sejarah yang mungkin terjadi, dan pada prinsipnya kita dapat menentukan dengan pasti bagaimana jagat raya semestinya berperilaku, hingga batas-batas yang diperbolehkan oleh asas ketidakpastian. Stephen Hawking, Lubang Hitam...hlm. 93 besarnya. Semua hukum sains yang dikenal akan runtuh pada titik semacam itu. Sebenarnya, apa yang dinyatakan oleh teorema singularitas adalah bahwa medan gravitasi menjadi begitu kuat sehingga efek gravitasi kuantum menjadi penting: teori klasik tidak lagi merupakan pemerian yang baik mengenai jagat raya. Jadi harus digunakan suatu teori kuantum gravitasi untuk membahas tahapan-tahapan saat awal dari jagat raya. Sebagaimana dalam teori kuantum, 32 hukum-hukum sains dapat dimungkinkan berlaku dimana-mana, termasuk pada awal waktu: tidak perlu untuk mempostulatkan hukum-hukum baru untuk singularitas, karena dalam teori kuantum tidak diperlukan singularitas apapun. 33 Sebenarnya Big Bang tidak sesederhana itu. Jagat raya mulai mengembang dalam rangkaian sangat teratur dengan sekelompok konstanta dan hukum matematis yang mengatur perkembangan berikutnya, menjadi jagat raya yang kita lihat sekarang. Di dalamnya sudah ada rangkaian hukum-hukum kuantum yang sangat kompleks, yang mengatur berbagai kemungkinan interaksi partikel-partikel elementer, dan jagat raya dibentuk oleh hukum- hukum tersebut. Terdapat kemungkinan untuk mencapai “teori segala sesuatu” theory of everything, yang merupakan hukum-hukum umum yang mencakup seluruh proses fisis. Namun seandainya memang mungkin, maka hukum itu akan mencakup ratusan hukum turunannya, mengatur gerakan zarah elementer yang mungkin ada dipelbagai tahapan dalam perkembangan kosmos. 32 Teori Kuantum kuantum theory adalah teori yang menyatakan benda tak punya sejarah tunggal. 33 Stephen Haking, Abrief History...hlm. 141 Hukum-hukum itu meliputi seluruh kemungkinan dalam seluruh partikularitasnya yang sangat kompleks. Dan hukum itu benar-benar ada pada titik awal waktu semesta, maka seseorang akan mendapat hipotesis yang sama rumitnya bahwa hukum-hukum itu mengada dalam waktu, namun seluruhnya terpadu secara menakjubkan untuk menghasilkan jagat raya yang koheren. 34

C. Teori Segalanya

Hawking mulai bekerja secara serius tentang alam semesta awal, masalah yang terus digelutinya hingga kini. Dalam makalah yang disajikan di Vatican, dia memperkenalkan Model Tanpa Ujung, gagasan terakhirnya dan paling radikal. Inilah upaya untuk menerapkan mekanika kuantum 35 dalam persoalan singularitas pada permulaan alam semesta. Dalam model dentuman besar alam semesta, teori relativitas umum memberikan gambaran meyakinkan tentang evolusi alam semesta dari beberapa saat setelah t=0 hingga hari ini. Namun, Hawking bisa menunjukan bahwa pada titik mula itu relativitas umum meramalkan suatu titik singularitas dan di titik itu teori relativitas umum menjadi runtuh. Ini merupakan teori klasik. Ruang dan waktu tidak dapat digambarkan lagi dengan persamaan Einstein ketika materi runtuh dengan kerapatan tak berhingga. Bagaimana mungkin fisika dapat meramalkan alam semesta jika 34 Hukum-hukum itu merupakan ide dasar pembentukan sistem yang saling mengandalkan, sehingga jika hukum-hukum itu dilepaskan hubungannya satu dari yang lain, tidak mempunyai makna Riswanto, Sistem-sistem Metafisika Barat Dari Aristoteles Sampai Derrida, Yogyakarta: Pustaka Pelajar, 1998, hlm. 149 35 Mekanika Kuantum adalah cabang fisika yang sesuai dengan fenomena sub mikroskopik seperti gerak partikel tunggal dalam foton, William J Kaufirmann, Universe, thirh edition, New York: Freemen and Company, 1991, hlm. 576-577 semua hukum fisika runtuh pada saat dentuman besar? Teori kuantum harus diterapkan. 36 Berpijak dari persoalan ini, Hawking dan rekannya, Jim Hartle dari Universitas California menggunakan Model Tanpa Ujung untuk membangun suatu gagasan baru dalam Kosmologi Kuantum. Berbeda dengan pendekatan terdahulu, Hawking dan Hartle menggunakan variable waktu imajiner 37 untuk mempelajari singularitas dentuman besar. Pada saat lahir, seluruh alam semesta dalam keadaan kuantum. Jadi Hawking dan Hartle memperlakukan alam semesta sebagai suatu sistem kuantum tunggal untuk menentukan fungsi gelombangnya. Dengan kata lain, mereka menerapkan prinsip mekanika kuantum standar pada seluruh alam semesta “sebelum” dentuman besar terjadi. Pencarian ini disebut gravitasi kuantum atau TOE, theory of everything. 38 Sehingga muncul gagasan teori-M sebagai calon teori segalanya, yang baru digagas dengan Leonard Mlodinow, dalam bukunya “The Grand Design”. Yang akan menjadi pembahasan utama di sini. Di awal pembahasan terkait Teori segalanya, Hawking memulai dengan pernyataan sekaligus pertanyaan bahwa alam semesta dapat dimengerti karena diatur hukum-hukum sains; artinya, perilakunya dapat digambarkan dengan model. Tapi apa sebenarnya hukum atau model? 36 J.P McEvoy dan Oscar Zarate. Mengenal Hawking For Beginners. Terj. Ahmad Baiquni Bandung: Mizan, Cet. 2, 1999 h. 152-153 37 Waktu dibagi menjadi dua komponen terpisah: waktu imajiner dan waktu real. Berbeda dengan waktu real, waktu imajiner tidak hilang ketika dentuman besar terjadi. Dengan demikian, teori ini bisa diterapkan di titik singularitas. J.P McEvoy dan Oscar Zarate. Mengenal Hawking For Beginners. Terj. Ahmad Baiquni Bandung: Mizan, Cet. 2, 1999 h. 157 38 J.P McEvoy dan Oscar Zarate. Mengenal Hawking For Beginners. Terj. Ahmad Baiquni Bandung: Mizan, Cet. 2, 1999 h. 154