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