ILMU ALAM SEMESTA DAN TATA

ALAM SEMESTA
WAHDINI RAMLI
A. UTAMI PUSPA INDAH

KAJIAN TEORI
PENGERTIAN ALAM SEMESTA
AWAL ALAM SEMESTA
KRONOLOGI ALAM SEMESTA
STRUKTUR ALAM SEMESTA
UMUR ALAM SEMESTA
ALAM SEMESTA MENDATANG

PENGERTIAN ALAM SEMESTA
 Menurut KBBI kata “alam” memiliki arti segala yang ada di langit dan di bumi (seperti
bumi, bintang, kekuatan). Sedangkan kata “semesta” berarti seluruh; segenap;
semuanya: semua yang ada di alam – tidak dapat lepas dari takdirnya masing-masing;
(berlaku untuk) seluruh dunia, universal
 Alam semesta merupakan kumpulan materi berukuran tak hingga yang telah ada sejak
dulu kala dan akan terus ada selamanya
 Alam semesta atau jagad raya adalah kata yang digunakan untuk menjelaskan seluruh
ruang waktu dimana kita berada. dengan energi dan materi yang dimilikinya

 Alam semesta mencakup tentang mikrokosmos dan makrokosmos. Mikrokosmos adalah
benda-benda yang mempunyai ukuran sangat kecil, misalnya atom, elektron, sel, amuba,
dan sebagainya. Sedang makrokosmos adalah benda-benda yang mempunyai ukuran
yang sangat besar, misalnya bintang, planet, dan galaksi.
 Alam semesta adalah ruang dimana di dalamnya terdapat kehidupan biotik maupun
abiotik serta segala macam peristiwa alam yang dapat diungkapkan maupun yang belum
dapat diungkapkan oleh manusia. .

AWAL ALAM SEMEST

Teori Terbentuknya Alam Semesta
•
•
•
•

Teori Dentuman atau Teori Ledakan
Teori Big Bang
Teori Creatio Continua
Teori Ekspansi dan Kontraksi

 Teori Dentuman atau
Teori Ledakan

 Teori Big Bang

menyatakan bahwa ada
suatu massa yang sangat
besar yang terdapat di
jagad raya dan mempunyai
berat jenis yang sangat
besar,
karena
adanya
reaksi inti, massa tersebut
akhirnya meledak dengan
hebatnya.

alam semesta berupa sebuah primeval atom yang berisi materi dalam keadaan
yang sangat padat. Suatu ketika atom ini meledak dan seluruh materinya terlempar

ke ruang alam semesta. Timbul dua gaya saling bertentangan yang satu disebut
gaya gravitasi dan yang lainnya dinamakan gaya kosmis. Dari kedua gaya tersebut
gaya kosmis lebih dominan sehingga alam semesta masih akan ekspansi terusmenerus.

• Teori Creatio Continua
Teori ini menyatakan bahwa saat diciptakan alam semesta ini tidak ada.
Alam semesta ini selamanya ada dan akan tetap ada atau dengan kata
lain alam semesta tidak pernah bermula dan tidak akan berakhir.
• Teori Ekspansi dan Kontraksi
Teori ini berdasarkan adanya suatu siklus dari alam semesta yaitu massa
ekspansi dan massa kontraksi. Pada masa ekspansi terbentuklah galaksigalaksi serta bintang-bintangnya. Ekspansi tersebut didukung oleh
adanya tenaga-tenaga yang bersumber dari reaksi inti hidrogen yang
pada akhirnya akan membentuk berbagai unsur lain yang kompleks.
Pada masa kontraksi terjadi galaksi dan bintang-bintang yang terbentuk
meredup sehingga unsur-unsur yang terbentuk menyusut dengan
menimbulkan tenaga berupa panas yang sangat tinggi.

Penemuan CMB
• Memperkuat dukungan pada teori Big
Bang, suatu teori penciptaan alam semesta

melalui ledakan maha dahsyat dari titik
berukuran nol dengan kerapatan serta suhu
tak berhingga tingginya. Ledakan ini telah
menciptakan suatu kesetimbangan termal
benda hitam (black body) di masa lampau.
• CMB pertamakali pada tahun 1964 dalam
bentuk derau (noise) radio yang
merupakan radiasi gelombang mikro.
• Hubungan derau statik gelombang mikro
dengan
temperatur
alam
semesta
dijelaskan oleh hukum Wien dalam
termodinamika.

Untuk distribusi radiasi benda hitam perkalian
antara panjang gelombang radiasi berintensitas
maksimum dengan temperaturnya ekivalen dengan
bilangan 0,3.

•

Distribusi intensitas radiasi benda hitam dari radiasi CMB (Cosmic Microwave
Background) yang berhasil dikonfirmasi secara akurat oleh pengamatan (eksperimen).
Garis merah merupakan perhitungan teori untuk temperatur alam semesta rata-rata
ekivalen dengan 2,726 Kelvin. Data-data eksperimen diambil dari berbagai sumber.
Gambar diambil dari Particle Data Book 2000.

EKSPANSI ALAM SEMESTA

Friedmann meramalkan alam semesta memuai atau mengalami ekspansi.
Galaksi-galaksi juga bergerak kesamping tetapi dengan kecepatan rendah.
Ketika alam semesta mengerut tidak semua partikel bertabrakan, ada yang
bersimpangan jalan dan saling menjauhi, inilah yang dimaksud dengan jagat
raya memuai atau ekspansi alam semesta. Menurut perhitungan, pemuaian
alam semesta terjadi antara 5% – 10% dalam satu miliar tahun sekali
(Kaisnet, 2011).
Pembuktian bahwa jagat raya mengalami ekspansi bisa dilakukan dengan
menggunakan efek doppler. Frekwensi yang berbeda pada cahaya akan

mengasilkan warna yang berbeda pula, frekwensi rendah muncul pada ujung
merah, frekwensi tinggi pada ujung biru spektra. Jadi bintang yang
menjauhi kita, spektrumnya bergeser ke ujung spektra merah sedangkan
bintang yang mendekati kita menunjukkan pergeseran biru. Derajat
pergeseran ke sisi merah dan kesisi biru menunjukkan laju gerakannya. Para
astronom menemukan karakter bintang-bintang galaksi bima sakti bergeser
ke ujung merah ini menunjukkan galaksi menjauh dan berekspansi (Kaisnet,
2011).

KRONOLOGI ALAM SEMESTA

SETELAH 300.000 TAHUN
• Gas-gas Hidrogen dan Helium dalam galaksi pecah menjadi awan-awan yang
kecil
dan mengalami
proses
karena masing-masing
memiliki
• lebih
Dalam

beberapa
jam setelah
Bigkontraksi
Bang pembentukan
Helium serta
elemengaya
gravitasi
sendiri.
elemen
ringan
lainnya berhenti.
•• Tekanan
bertambah
dan
temperatur dan
terusmendingin,
meningkat yang
pada
akhirnya lokasi
Alam semesta

terus
berkembang
namun
dibeberapa
menyulut
reaksi nuklir
fusi yang
mengubah
menjadi
Heliumlain
yang memiliki
kerapatan
jauh lebih
besarHidrogen
dibandingkan
di tempat
•• terjadi
antara
gaya gravitasi
dengan

gaya
ledakan
Proseskeseimbangan
pengembangan
tersebut
agak lambat
akibat
gaya
tarik nuklir.
menarik
• Helium
kemudian
diubah
yang lebih berat
melalui
menjadi
gravitasi
yang relatif
lebih
besar.elemen-elemen

Bahkan di tempat-tempat
tertentu
di alam
proses
fusiproses
hinggapengembangan
menjadi Karbonberhenti
dan Oksigen.
semesta
sama sekali dan elemen-elemen
• bintang-bintang
di dalam
galaksi
sebagian meledak sambil melemparkan bahan
yang ada di tempat
itu mulai
merapat.
untuk
membentuk
bintang-bintang

generasi
baruHidrogen
termasuk dan
Matahari
• bakar
Karena
gaya
gravitasi semakin
bertambah,
gas-gas
Helium
• Sebagian
kecil pecahan
ledakan yang mengandung
element-elemen lebih berat
mulai berotasi
untuk mengimbangi
tarikan gravitasi.
relatif sudah stabil dan temperaturnya tidak cukup tinggi membentuk
• dan
Galaksi-galaksi
yang berputar dan memiliki berbagai macam bentuk seperti
planet-planet yang mengorbit bintang seperti bumi kita yang mengorbit
cakram dan elips, bergantung pada kecepatan rotasi serta gaya gravitasinya
matahari.

SETELAH 5 MILYAR
TAHUN

•

Pada saat bumi terbentuk temperaturnya sangat tinggi dan tidak memiliki
atmosfir.

•

Temperatur bumi menurun dan atmosfir mulai terbentuk karena adanya
emisi gas dari batu-batuan di atas permukaan bumi yang terdiri dari gasgas beracun seperti Hidrogen Sulfida.

•

Beberapa makhluk primitif yang ada saat itu membutuhkan gas-gas
tersebut untuk bernafas dan menghasilkan Oksigen sebagai gas buangan ke
permukaan bumi, sehingga permukaan bumi akhirnya dipenuhi oleh gas
Oksigen.

•

Karena gas Oksigen sendiri merupakan racun bagi makhluk primitif ini,
sebagian besar dari mereka akhirnya punah secara alami, sedangkan
sebagian lagi dapat menyesuaikan diri dengan mengkonsumsi Oksigen
sebagai kebutuhan hidupnya

STRUKTUR
ALAM
SEMESTA
• Alam Mikro
• Alam Makro
• Alam Supermakro

ALAM MIKRO
• Atom
• Molekul anorganik
(liposom, protein,
karbohidrat)
• Sel organik (protosel)
• Protoplasma (sel pembentuk
jaringan dari sistem organ)

ALAM MAKRO
• Ekosfer

• Ekosistem
• Komunitas, masyarakat makhluk hidup
• Populasi dan individu

ALAM SUPERMAKRO
• Nebula

• Galaksi

UMUR ALAM SEMESTA
HUKUM HUBBLE DAN KONSTANTA HUBBLE
Hubble merumuskan bahwa galaksi-galaksi bergerak menjauhi Bumi dengan
kecepatan berbanding lurus dengan jaraknya dan dengan satu konstanta
kosmik, sehingga makin jauh jaraknya makin besar kecepatannya. Rumus
inilah yang menjadi titik tolak Hukum Hubble (Hubble law ), dan konstanta
kosmik dalam rumus Hubble dinamakan konstanta Hubble (Hubble constant ).

Konstanta Hubble
H = v / s = c / rH
v=H.s
s=v/H
H, Hubble’s constant, konstanta Hubble,
konstanta kosmik Hubble, konstanta
semesta Hubble, dalam per sekon
v, velocity, kecepatan resesi galaksi, dalam
meter per sekon
s, space distance, jarak relativ galaksi,
dalam meter
c, konstanta kecepatan cahaya dalam ruang
hampa = 2,997.925.E+08 m/s
rH, radius semesta Hubble, radius semesta
bisa-diamati, dalam meter
tH, waktu ekspansi semesta Hubble, dalam
sekon
H, konstanta semesta Hubble, dalam per
sekon

= (50 → 100) km/s/megaparsec
= (50.000 → 100.000) m/s/1.000.000 parsec
= (0,5 → 1).E+05 m/s/E+06 parsec
= (0,5 → 1) m/s/10 parsec
= (0,5 → 1) m/s/10 x 3,085.674.E+16 m
= (0,5 → 1) / 3,085.674.E+17 /s
= (0,5 → 1) * 3,240.783.E–18 /s
= (1,620.291 → 3,240.783).E–18 /s
= (1,62 → 3,24).E–18 /s

WAKTU EKSPANSI SEJAK
DENTUMAN–BESAR | BIG–BANG
tH = 1 / H
tH, waktu ekspansi semesta Hubble, dalam sekon
= 1 / (1,62 → 3,24).E–18 sekon
= (0,312 → 0,617).E+18 sekon
= (0,312 → 0,617).E+18 tahun / 31.557.600
= (9,887 → 19,552).E+09 tahun = ±(10 → 20) bilyun tahun

Hubble memperoleh nilai bahwa peristiwa penciptaan semesta dari dentumanbesar | big-bang terjadi berkisar sekitar 10 s/d 20 milyar tahun silam, dengan
asumpsi bahwa:
semesta seragam dan homogen.
kecepatan pemuaian semesta tengah berlangsung dalam kadar tetap ( constant
rate ).
interval waktu-kosmik seragam dan kadar aliran waktu-kosmik ( cosmic-time
flow ) adalah tetap, dimana jika salah satu berubah, maka dibutuhkan koreksi
faktor waktu.
Asumpsi ini menjelaskan mengapa konstanta Hubble, radius semesta Hubble,
dan waktu ekspansi Hubble, terletak antara dua limit rangkum nilai.

• Mohamed Asadi dalam bukunya The Grand Unifying Theory of Everything
mengatakan bahwa umur alam semesta, berdasarkan penyelidikannya
terhadap bintang-bintang tertua, adalah antara 17 sampai 20 miliar tahun.
• Profesor Jean Claude Batelere dari College de France menyatakan bahwa
umur alam semesta kira-kira 18 miliar tahun.
• Dalam Al-Qur'an ada dua ayat yang mengindikasikan perhitungan alam
semesta selain makna relativitas waktu, yaitu Surat as-Sajdah (32:5) dan alMa'arij (70:4).

"Malaikat-malaikat dan Jibril naik (menghadap)
keyada Tuhan dalam sehari yang kadarnya lima
puluh ribu tahun" (al-Ma'arij 70 : 4)

Karena waktu ini adalah waktu relatif di suatu tempat di langit, di
mana satu hari sama dengan 1000 tahun waktu bumi. Hari relatif
tersebut merupakan umur alam semesta di mana sistem tata surya
manusia (kita) berada.

waktu relatif alam semesta:
50.000 x 365,2422 = 18.262.110
Satu hari relatif di "satu tempat" di alam semesta, di tempat malaikat
melaporkan urusannya, sama dengan 1000 tahun di bumi

Umur alam semesta:
18.262.110 x 1000 = 18.262.211.000
tahun atau 18,26 miliar tahun

ALAM SEMESTA
MENDATANG
 Jauh sebelum CMB terdeteksi oleh Penzias dan Wilson, seorang
ilmuwan Rusia bernama Alexander Friedmann mencatat
kekeliruan Einstein pada persamaan relativitas umumnya.
 Friedmann mengajukan dua asumsi sederhana tentang alam
semesta. Pertama: alam semesta terlihat sama ke arah mana pun
kita memandang. Kedua: hal tersebut benar dari mana pun kita
memandang alam semesta.
 Dari kedua asumsi tersebut Friedmann memperlihatkan bahwa
alam semesta haruslah berkembang.

Jika proses pengembangan alam
semesta tidak terlalu cepat namun
hanya cukup untuk mengeliminasi
gaya gravitasi, sehingga alam semesta
berkembang menuju ukuran tertentu
dan kecepatan pengembangannya
berkurang sedikit demi sedikit menuju
nol. Pada kasus ini alam semesta
dikatakan bersifat flat

Alam semesta bersifat tertutup (closed
universe). Kemungkinan ini terjadi jika gaya
gravitasi yang dihimpun oleh semua galaksi
relatif sangat kuat, sehingga mampu untuk
menekuk ruang (space) menjadi bentuk seperti
permukaan sebuah bola jika kita bayangkan
alam semesta hanya terdiri dari dua dimensi.
Alam semesta akan berhenti berkembang pada
suatu masa dan gaya gravitasi akan kembali
menyatukan semua galaksi menuju ke satu titik.
Apa yang terjadi kemudian adalah kehancuran
semesta yang dikenal dengan istilah Big Crunch
atau kebalikan dari Big Bang
Gaya gravitasi terlalu lemah untuk mengatasi
proses pengembangan alam semesta sehingga
alam semesta akan terus menerus berkembang
dengan cepat dan selamanya

Peluang untuk setiap model sangat bergantung
pada laju berkembangnya semesta serta besar
gaya gravitasi yang dimilikinya, maka informasi
tentang kerapatan rata-rata alam semesta sangat
menentukan.
Jika kerapatan rata-rata ini lebih
kecil dari suatu nilai kritis maka
alam
semesta
akan
terus
berkembang
untuk
selamanya.
Namun jika sebaliknya maka
kehancuran alam semesta akan
terjadi melalui proses Big Crunch

• Hingga saat ini hasil pengukuran dan perhitungan kebanyakan
mengarah pada nilai kritis yang berarti bahwa alam semesta
cenderung untuk bersifat flat.
• Meski alam semesta keesokan hari mulai mengkerut menuju
kehancuran, waktu yang dibutuhkan tentulah paling tidak 10 milyar
tahun lagi. Pada saat itu tentu saja seluruh manusia dan
peradabannya di permukaan bumi telah lama punah karena matahari
sudah kehabisan bahan bakar. Kecuali, seperti kata Stephen
Hawking dalam bukunya A Brief History of Time,
jika manusia sudah mengkoloni tatasurya atau galaksi-galaksi lain yang
masih memungkinkan berjalannya kehidupan. Jika kasus terakhir ini
terjadi maka manusia-manusia di akhir zaman akan dapat "menikmati"
perubahan warna langit menjadi merah lalu membara dan terang
benderang karena peningkatan temperatur menuju ke tak hingga

Apa yang akan terjadi setelah Big Crunch tidak ada yang tahu,
karena apa yang terjadi setelah keadaan singularitas tidak dapat
diprediksi dengan menggunakan pengetahuan manusia saat ini.
Namun jika alam semesta ini terus berkembang, maka ia akan
menuju ke temperatur nol absolut. Alam semesta akan terus
menerus mendingin dan mati karena tidak ada lagi proses transfer
energi yang merupakan prinsip dasar dari kehidupan