TEORI BIGBANG

Big Bang (terjemahan bebas: Ledakan Dahsyat atau Dentuman Besar) dalam kosmologi adalah salah satu teori ilmu pengetahuan yang menjelaskan perkembangan dan bentuk awal dari alam semesta. Berdasarkan pemodelan ledakan ini, alam semesta, awalnya dalam keadaan sangat panas dan padat, mengembang secara terus menerus hingga hari ini. Berdasarkan pengukuran terbaik tahun 2009, keadaan awal alam semesta bermula sekitar 13,7 miliar tahun lalu, yang kemudian selalu menjadi rujukan sebagai waktu terjadinya Big Bang tersebut. Teori ini telah memberikan penjelasan paling komprehensif dan akurat yang didukung oleh metode ilmiah beserta pengamatan.

Para ilmuwan juga percaya bawa Big Bang membentuk sistem tata surya. Ide sentral dari teori ini adalah bahwa teori relativitas umum dapat dikombinasikan dengan hasil pemantauan dalam skala besar pada pergerakan galaksi terhadap satu sama lain, dan meramalkan bahwa suatu saat alam semesta akan kembali atau terus. Konsekuensi alami dari Teori Big Bang yaitu pada masa lampau alam semesta punya suhu yang jauh lebih tinggi dan kerapatan yang jauh lebih tinggi.

Sejarah Teori Big Bang

Adalah Georges Lemaître, seorang biarawan Katolik Roma Belgia, yang mengajukan teori ledakan dahsyat mengenai asal usul alam semesta, walaupun ia menyebutnya sebagai "Hipotesis atom purba". Kerangka model teori ini bergantung pada relativitas umum Albert Einstein dan beberapa asumsi-asumsi sederhana, seperti homogenitas dan isotopi  ruang. Persamaan yang mendeksripsikan teori ledakan dahsyat dirumuskan oleh Alexander Friedmann. 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.

PENJELASAN

Pada tahun 1929, di observatorium Mount Wilson California, ahli astronomi Amerika, Edwin Hubble membuat salah satu penemuan terbesar di sepanjang sejarah astronomi. Ketika mengamati bintang-bintang dengan teleskop raksasa, ia menemukan bahwa mereka memancarkan cahaya merah sesuai dengan jaraknya. Hal ini berarti bahwa bintang-bintang ini “bergerak menjauhi” kita. Sebab, menurut hukum fisika yang diketahui, spektrum dari sumber cahaya yang sedang bergerak mendekati pengamat cenderung ke warna ungu, sedangkan yang menjauhi pengamat cenderung ke warna merah. Selama pengamatan oleh Hubble, cahaya dari bintang-bintang cenderung ke warna merah. Ini berarti bahwa bintang-bintang ini terus-menerus bergerak menjauhi kita.

Jauh sebelumnya, Hubble telah membuat penemuan penting lain. Bintang dan galaksi bergerak tak hanya menjauhi kita, tapi juga menjauhi satu sama lain. Satu-satunya yang dapat disimpulkan dari suatu alam semesta di mana segala sesuatunya bergerak menjauhi satu sama lain adalah bahwa ia terus-menerus “mengembang”.

Agar lebih mudah dipahami, alam semesta dapat diumpamakan sebagai permukaan balon yang sedang mengembang. Sebagaimana titik-titik di permukaan balon yang bergerak menjauhi satu sama lain ketika balon membesar, benda-benda di ruang angkasa juga bergerak menjauhi satu sama lain ketika alam semesta terus mengembang.

Sebenarnya, fakta ini secara teoritis telah ditemukan lebih awal. Albert Einstein, yang diakui sebagai ilmuwan terbesar abad 20, berdasarkan perhitungan yang ia buat dalam fisika teori, telah menyimpulkan bahwa alam semesta tidak mungkin statis. Tetapi, ia mendiamkan penemuannya ini, hanya agar tidak bertentangan dengan model alam semesta statis yang diakui luas waktu itu. Di kemudian hari, Einstein menyadari tindakannya ini sebagai ‘kesalahan terbesar dalam karirnya’.

Ledakan raksasa yang menandai permulaan alam semesta ini dinamakan ‘Big Bang’, dan teorinya dikenal dengan nama tersebut. Perlu dikemukakan bahwa ‘volume nol’ merupakan pernyataan teoritis yang digunakan untuk memudahkan pemahaman. Ilmu pengetahuan dapat mendefinisikan konsep ‘ketiadaan’, yang berada di luar batas pemahaman manusia, hanya dengan menyatakannya sebagai ‘titik bervolume nol’. Sebenarnya, ‘sebuah titik tak bervolume’ berarti ‘ketiadaan’. Demikianlah alam semesta muncul menjadi ada dari ketiadaan. Dengan kata lain, ia telah diciptakan. Fakta bahwa alam ini diciptakan, yang baru ditemukan fisika modern pada abad 20, telah dinyatakan dalam Alqur’an 14 abad lampau: “Dia Pencipta langit dan bumi” (QS. Al-An’aam, 6: 101)

Teori Big Bang menunjukkan bahwa semua benda di alam semesta pada awalnya adalah satu wujud, dan kemudian terpisah-pisah. Ini diartikan bahwa keseluruhan materi diciptakan melalui Big Bang atau ledakan raksasa dari satu titik tunggal, dan membentuk alam semesta kini dengan cara pemisahan satu dari yang lain.

Big Bang merupakan petunjuk nyata bahwa alam semesta telah ‘diciptakan dari ketiadaan’, dengan kata lain ia diciptakan oleh Allah. Karena alasan ini, para astronom yang meyakini paham materialis senantiasa menolak Big Bang dan mempertahankan gagasan alam semesta tak hingga. Alasan penolakan ini terungkap dalam perkataan Arthur Eddington, salah seorang fisikawan materialis terkenal yang mengatakan: “Secara filosofis, gagasan tentang permulaan tiba-tiba dari tatanan Alam yang ada saat ini sungguh menjijikkan bagi saya”.

Seorang materialis lain, astronom terkemuka asal Inggris, Sir Fred Hoyle adalah termasuk yang paling merasa terganggu oleh teori Big Bang. Di pertengahan abad 20, Hoyle mengemukakan suatu teori yang disebut steady-state yang mirip dengan teori ‘alam semesta tetap’ di abad 19. Teori steady-state menyatakan bahwa alam semesta berukuran tak hingga dan kekal sepanjang masa. Dengan tujuan mempertahankan paham materialis, teori ini sama sekali berseberangan dengan teori Big Bang, yang mengatakan bahwa alam semesta memiliki permulaan. Mereka yang mempertahankan teori steady-state telah lama menentang teori Big Bang. Namun, ilmu pengetahuan justru meruntuhkan pandangan mereka.

Pada tahun 1948, Gerge Gamov muncul dengan gagasan lain tentang Big Bang. Ia mengatakan bahwa setelah pembentukan alam semesta melalui ledakan raksasa, sisa radiasi yang ditinggalkan oleh ledakan ini haruslah ada di alam. Selain itu, radiasi ini haruslah tersebar merata di segenap penjuru alam semesta. Bukti yang ‘seharusnya ada’ ini pada akhirnya diketemukan. Pada tahun 1965, dua peneliti bernama Arno Penziaz dan Robert Wilson menemukan gelombang ini tanpa sengaja. Radiasi ini, yang disebut ‘radiasi latar kosmis’, tidak terlihat memancar dari satu sumber tertentu, akan tetapi meliputi keseluruhan ruang angkasa. Demikianlah, diketahui bahwa radiasi ini adalah sisa radiasi peninggalan dari tahapan awal peristiwa Big Bang. Penzias dan Wilson dianugerahi hadiah Nobel untuk penemuan mereka.

Pada tahun 1989, NASA mengirimkan satelit Cosmic Background Explorer. COBE ke ruang angkasa untuk melakukan penelitian tentang radiasi latar kosmis. Hanya perlu 8 menit bagi COBE untuk membuktikan perhitungan Penziaz dan Wilson. COBE telah menemukan sisa ledakan raksasa yang telah terjadi di awal pembentukan alam semesta. Dinyatakan sebagai penemuan astronomi terbesar sepanjang masa, penemuan ini dengan jelas membuktikan teori Big Bang.

Bukti penting lain bagi Big Bang adalah jumlah hidrogen dan helium di ruang angkasa. Dalam berbagai penelitian, diketahui bahwa konsentrasi hidrogen-helium di alam semesta bersesuaian dengan perhitungan teoritis konsentrasi hidrogen-helium sisa peninggalan peristiwa Big Bang. Jika alam semesta tak memiliki permulaan dan jika ia telah ada sejak dulu kala, maka unsur hidrogen ini seharusnya telah habis sama sekali dan berubah menjadi helium.

Segala bukti meyakinkan ini menyebabkan teori Big Bang diterima oleh masyarakat ilmiah. Model Big Bang adalah titik terakhir yang dicapai ilmu pengetahuan tentang asal muasal alam semesta. Begitulah, alam semesta ini telah diciptakan oleh Allah Yang Maha Perkasa dengan sempurna tanpa cacat:

Yang telah menciptakan tujuh langit berlapis-lapis. Kamu sekali-kali tidak melihat pada ciptaan Tuhan Yang Maha Pemurah sesuatu yang tidak seimbang. Maka lihtatlah berulang-ulang, adakah kamu lihat sesuatu yang tidak seimbang. (QS. Al-Mulk, 67:3)

                            

BIG BANG NUCLEOSYNTHESIS

Istilah nukleosintesis merujuk pada pembentukan elemen yang lebih berat, inti atom dengan lebih banyak proton dan neutron, dari fusi (penggabungan) elemen yang lebih ringan. Teori Big Bang(dentuman besar) memprediksi bahwa alam semesta di masa awal adalah tempat yang sangat panas. Satu detik setelah dentuman besar, temperatur alam semesta berkisar 10 miliar derajat Kelvin, dan sebagian besar tersusun atas neutron, proton, elektron, anti-elektron (positron), foton, dan neutrino. Saat alam semesta mendingin, neutron dapat meluruh kedalam proton dan elektron, atau bergabung bersama proton untuk membentuk deuterium (isotop hidrogen). Dalam tiga menit pertama usia alam semesta, sebagian besar deuterium bergabung untuk membentuk helium. Sejumlah lithium juga terbentuk pada waktu itu. Proses pembentukan elemen ringan pada masa awal terbentuknya alam semesta ini disebut “Big Bang nucleosynthesis” (BBN).

Terdapat dua karakteristik penting dari BBN:

§  BBN berlangsung hanya dalam waktu tiga menit (selama periode dari 100 hingga sekitar 300 detik dari awal Ekspansi Ruang); setelah itu, temperatur dan kerapatan alam semesta menurun hingga di bawah harga yang dibutuhkan untuk melangsungkan Fusi Nuklir. Peristiwa BBN yang singkat ini memainkan peranan penting dalam evolusi alam semesta karena mencegah terbentuknya elemen-elemen yang lebih berat daripada berilium dimana pada saat yang sama elemen ringan yang tidak ikut terbakar pada fusi nuklir awal, seperti deuterium, tetap eksis.

§  BBN berlangsung secara menyeluruh, mencakup seluruh alam semesta (saat itu).

                                                  

Sejarah nukleosintesis Big Bang

Sejarah nukleosintesis Big Bang dimulai dengan perhitungan dari Ralph Alpher dan George Gamow pada 1940an. Selama 1970an, terdapat masalah besar, yaitu kerapatan baryon, sebagaimana dihitung nukleosintesis Big Bang, kurang daripada massa yang teramati berdasarkan perhitungan laju ekspansi. Teka-teki ini dipecahkan melalui postulat adanya materi gelap.

Kelimpahan deuterium, helium, dan lithium yang diprediksi, bergantung pada kerapatan materi biasa di masa awal alam semesta, seperti ditunjukkan oleh gambar di sebelah kiri (klik untuk memperbesar). Dari sini terlihat bahwa produksi helium relatif kurang sensitif terhadap kelimpahan materi biasa, diatas ambang tertentu. Secara umum, diperkirakan bahwa sekitar 24% dari materi biasa di alam semesta terbentuk dari helium pada proses Big Bang. Angka ini sesuai dengan hasil observasi dan merupakan suatu pencapaian penting dari teori Big Bang.

Namun demikian, model dentuman besar dapat diuji lebih jauh. Untuk memprediksi pembentukan elemen ringan lainnya sesuai dengan hasil observasi, kerapatan rata-rata dari materi biasa semestinya sekitar 4% dari nilai kerapatan kritis. Satelit WMAP diluncurkan untuk melakukan pengukuran secara langsung terhadap kerapatan materi biasa di alam semesta, dan membandingkannya dengan prediksi nukleosintesis Big Bang. Hasil pengamatan ini nantinya sangat krusial terhadap model Big Bang. Apabila hasilnya tidak sesuai dengan prediksi, maka hal itu dapat disebabkan oleh: (1) Kesalahan (error) pada data, (2) Pemahaman yang kurang menyeluruh terhadap proses nukleosintesis Big Bang, (3) Kesalahan pengertian mengenai mekanisme yang menghasilkan fluktuasi radiasi latar kosmis, atau (4) Adanya masalah yang lebih fundamental pada teori Big Bang.

Elemen yang lebih berat dari lithium dihasilkan didalam bintang. Seperti sudah berkali-kali dibahas disini, pada tahapan akhir evolusi bintang, bintang yang masif membakar helium menjadi karbon, oksigen, silikon, sulfur, dan besi. Elemen yang lebih berat dari besi diproduksi dalam dua cara: dalam lapisan terluar yang melingkupi bintang super-raksasa, dan dari ledakan supernova. Segala bentuk kehidupan di muka Bumi yang berbasis karbon secara harafiah tersusun dari debu bintang.

TEORI BIG BANG ADA DI AL-QUR’AN

"Dan apakah orang-orang yang kafir tidak mengetahui bahwasanya langit dan bumi itu keduanya dahulu adalah suatu yang padu, kemudian Kami pisahkan antara keduanya. Dan dari air Kami jadikan segala sesuatu yang hidup. Maka mengapakah mereka tiada juga beriman?" (QS Al-Anbiya' : 30).

Kata "ratq" yang di sini diterjemahkan sebagai "suatu yang padu" digunakan untuk merujuk pada dua zat berbeda yang membentuk suatu kesatuan. Ungkapan "Kami pisahkan antara keduanya" adalah terjemahan kata Arab "fataqa", dan bermakna bahwa sesuatu muncul menjadi ada melalui peristiwa pemisahan atau pemecahan struktur dari "ratq". Perkecambahan biji dan munculnya tunas dari dalam tanah adalah salah satu peristiwa yang diungkapkan dengan menggunakan kata ini.

Marilah kita kaji ayat ini kembali berdasarkan pengetahuan ini. Dalam ayat tersebut, langit dan bumi adalah subyek dari kata sifat "fatq". Keduanya lalu terpisah ("fataqa") satu sama lain. Menariknya, ketika mengingat kembali tahap-tahap awal peristiwa Big Bang, kita pahami bahwa satu titik tunggal berisi seluruh materi di alam semesta. Dengan kata lain, segala sesuatu, termasuk "langit dan bumi" yang saat itu belumlah diciptakan, juga terkandung dalam titik tunggal yang masih berada pada keadaan "ratq" ini. Titik tunggal ini meledak sangat dahsyat, sehingga menyebabkan materi-materi yang dikandungnya untuk "fataqa" (terpisah), dan dalam rangkaian peristiwa tersebut, bangunan dan tatanan keseluruhan alam semesta terbentuk.

Ketika kita bandingkan penjelasan ayat tersebut dengan berbagai penemuan ilmiah, akan kita pahami bahwa keduanya benar-benar bersesuaian satu sama lain. Yang sungguh menarik lagi, penemuan-penemuan ini belumlah terjadi sebelum abad ke-20.