Ruang dan Waktu I

Allah-lah yang menciptakan Langit Ruang Angkasa (Samāwāti) dan Bumi (Ard) dan segala apa yang ada diantara keduanya dalam enam masa, QS As-Sajdah 32:4.

Wahai Tuhan-ku!

Segala Puji Bagi-Mu, Engkau yang telah Menciptakan (Mendirikan) Langit dan Bumi dan diantara keduanya.

Dan Segala puji Bagi-Mu, yang telah Merajai (Memerintah) Langit dan Bumi dan diantara keduanya.

Dan Segala puji Bagi-Mu yang telah Memberikan Tenaga Hidup (Cahaya) Langit dan Bumi dan diantara keduanya.

PENGANTAR

M

emahami ’Ruang dan Waktu’ dalam kaitannya dengan surat ke-32 , As-Sajdah ayat ke-4 seperti tersebut diatas dimana penciptaan Langit Ruang Angkasa dan Bumi dan segala apa yang ada diantara keduanya dalam ”enam masa”. Nah ”enam masa” itu adalah ukuran ”Waktu” dan isi-nya terletak dalam ”Ruang” yaitu Langit Ruang Angkasa dengan segala isi-nya.

Dalam memahami apa itu ”Ruang dan Waktu” dan hubungan dengan tingkat-tingkat atau proses-proses penciptaan Alam Semesta dengan segala isinya, penulis hadirkan pakarnya, yaitu Dr. T. Djamaluddin. Dia adalah seorang Peneliti Bidang Matahari dan Lingkungan Antariksa, LAPAN Bandung. Bahasa dalam pembahasannya diungkapkan dengan ”dummies style”. Artinya orang awam pun diusahakan untuk dapat mengerti apa yang dimaksudkannya. Selamat menyimak. □ AFM

 

RUANG DAN WAKTU 1

S

ejarah ruang dan waktu tidak terlepas dari sejarah Alam Semesta. Ruang dan Waktu terbentuk bersamaan dengan pembentukan Alam Semesta. Tidak ada Ruang di luar Alam Semesta. Dan tidak ada Waktu sebelum ada Alam Semesta. Namun, dalam kajian fisika definisi Waktu telah disederhanakan, tidak tepat lagi dengan pemahamanan manusiawi. Kadang sulit difahami dengan nalar awam.

Dalam kehidupan sehari-hari, pengalaman manusiawi terbagi dalam dua kelompok: Hal-hal yang objektif yang dapat dikenali dengan pancaindera tersebar dalam Ruang. Sedangkan hal-hal subjektif (ide, pemikiran, kesadaran diri, emosi, dan sejenisnya) tersebar dalam Waktu. Tidak dapat digambarkan dalam dunia nyata, tetapi mengungkapkan Waktu masa lalu, sekarang, dan akan datang. Dalam fisika, Waktu disederhanakan hanya apa yang tampak pada arloji atau pengukur waktu lainnya (misalnya, detak jantung, jumlah ayunan bandul, rotasi bumi, atau getaran atom).

Artikel ringkas ini sekilas mengulas sejarah Alam Semesta yang juga sejarah Ruang dan Waktu. Dimulai dengan bahasa universal untuk memahami bagaimana alam bercerita tentang sejarah dirinya. Kemudian sekilas mengenal posisi kita – manusia – di Alam Semesta yang sebenarnya “secara fisik” tidak ada artinya dibandingkan dengan keluasan Alam Raya.

Upaya memahami sejarah lahirnya Alam Semesta beserta evolusinya diulas dengan hasil-hasil sains terbaru diungkapkan secara ringkas mulai dari Alam Semesta secara keseluruhan sampai tata surya dan bumi. Juga diulas evolusi Alam Semesta dalam persepsi Al-Qur’an. Walau tidak dibahas secara mendalam, ulasan tentang evolusi alam dimaksudkan juga untuk meluruskan antipati ummat terhadap sains karena kontroversi yang bersumber dari analisis yang keliru.

Evolusi (termasuk evolusi makhluk hidup) adalah keniscayaan di alam yang sering disalahartikan dan dirancukan banyak orang hingga banyak ditentang kaum “agamawan” yang tidak faham. Analisis sosiologis digunakan untuk membantah teori sains, suatu hal yang tidak tepat. Terakhir, untuk memaknai penjelajahan intelektualitas berbasis sains tersebut, diulas sekilas makna ikhlas dari pemahaman sejarah Ruang dan Waktu.

Bahasa Universal

D

alam astronomi, bahasa universal adalah “cahaya” atau lebih umumnya gelombang elektromagnetik (EM), termasuk sinar-X, sinar ultra violet, sinar infra merah, dan gelombang radio. Semua benda langit bercerita tentang dirinya dengan pancaran gelombang EM. Fisika dan matematika menjadi juru bahasanya.

Objek yang sangat panas, seperti pada peristiwa tumbukan materi yang sangat kuat akibat tarikan Lubang Hitam (Black Hole), bercerita tentang dirinya dengan pancaran sinar-X. Dengan fisika dapat ditafsirkan bahwa objek itu sangat panas dan dapat dikaji apa yang mungkin menyebabkannya. Objek-objek yang sangat dingin, seperti "embrio" bintang (protostar), bercerita banyak kepada astronom dengan pancaran sinar infra merah dan gelombang radio. Galaksi-galaksi yang sedang berlari menjauh memberikan pesan lewat spektrum cahayanya yang bergeser ke arah merah (red shift).

Sayangnya, sebagian besar materi di alam semesta tak memancarkan gelombang EM tersebut.  Itulah yang  dinamakan  "dark matter" (materi  gelap). ‘Materi gelap’ itu mencakup objek raksasa yang runtuh ke dalam intinya (misalnya Black Hole atau Lubang Hitam yang menyerap semua cahaya), objek  seperti bintang  namun bermassa kecil hingga tak mampu memantik reaksi nuklir di dalamnya (yaitu objek katai coklat), atau partikel‑partikel subelementer. Penemuan di penghujung abad 20 baru lalu bahkan lebih mengagetkan (karena tidak terduga sebelumnya) para pakar kosmologi sendiri: Ternyata hanya 4% isi alam semesta yang kita kenali materinya (materi barionik, terbuat dari proton dan netron). Selebihnya 23% ‘materi gelap’ (non-barionik) dan 73% berupa ‘energi gelap’ (dark energy, istilah baru dalam kosmologi modern).

‘Materi gelap’ ini ibarat orang bisu. Kita tak dapat mendengar kisah mereka tetapi kita yakin mereka ada dihadapan kita.  Kita hanya bisa menangkap isyarat‑isyarat yang diberikannya. Isyarat‑isyarat tak langsung itulah yang ditangkap oleh para astrofisikawan untuk mendengar kisah "materi gelap". Isyarat-isyarat itu bisa berupa pancaran sinar‑X dari bintang yang berpasangan dengan Black Hole atau dari efek gravitasi pada objek di dekatnya.

Sekedar contoh, inilah cara Black Hole bercerita bahwa dirinya ada. Pancaran sinar-X yang kuat bisa bercerita bahwa di sana ada obyek yang sangat panas. Dengan telaah fisika kemudian diketahui bahwa panas itu terjadi karena ada materi dari suatu bintang yang sedang disedot oleh benda yang kecil bermassa sangat besar yang menjadi pasangannya. Materi yang jatuh pada bidang yang sempit di sekitar benda penyedot itulah menimbulkan panas yang sangat tinggi yang akhirnya memancarkan sinar-X. Dari isyarat-isyarat lainnya disimpulkan bahwa penyebab perpindahan materi itu adalah sebuah Black Hole yang sedang menyedot materi dari bintang pasangannya, seperti teramati pada objek Cygnus X-1.

Kini di awal abad 21, ‘materi gelap’ makin gelap lagi. Observasi astronomi masih sulit mendeteksi keberadaannya, karena mulai bergeser ke pengertian yang lebih sempit sebagai materi non-barionik. Hanya fisika partikel yang kini diharapkan menjadi ‘juru bahasanya’ dari ungkapan-ungkapan abstrak matematis. Dari tiga jenis partikel anggota ‘materi gelap’, baru netrino yang sedikit dikenali. Selebihnya masih dianggap materi hipotetik: axion dan neutralino.

Evolusi Alam Semesta

N

aluri manusia selalu ingin mengetahui asal usul sesuatu, termasuk asal-usul alam semesta. Berbagai hasil pengamatan dianalisis dengan dukungan teori-teori fisika untuk mengungkapkan asal-usul alam semesta. Teori yang kini diyakini bukti-buktinya menyatakan bahwa alam semesta ini bermula dari ledakan besar (Big Bang) sekitar 13,7 milyar tahun yang lalu. Semua materi dan energi yang kini ada di alam terkumpul dalam satu titik tak berdimensi yang berkerapatan tak berhingga. Tetapi ini jangan dibayangkan seolah‑olah titik itu berada di suatu tempat di alam yang kita kenal sekarang ini. Yang benar, baik materi, energi, maupun ruang yang ditempatinya seluruhnya bervolume amat kecil, hanya satu titik tak berdimensi.

Tidak ada suatu titik pun di alam semesta yang dapat dianggap sebagai pusat ledakan. Dengan kata lain  ledakan  besar alam semesta  tidak seperti ledakan bom yang meledak  dari  satu titik ke segenap penjuru. Hal ini karena pada hakekatnya  seluruh alam turut serta dalam ledakan itu. Lebih tepatnya, seluruh alam semesta mengembang tiba‑tiba secara serentak. Ketika  itulah mulainya  terbentuk materi, ruang, dan waktu.

Materi alam semesta yang pertama terbentuk adalah hidrogen yang menjadi bahan dasar bintang dan galaksi generasi pertama. Dari reaksi fusi nuklir di dalam bintang terbentuklah unsur-unsur berat seperti karbon, oksigen, nitrogen, dan besi. Kandungan unsur-unsur berat dalam komposisi materi bintang merupakan salah satu "akte" lahir bintang. Bintang-bintang yang mengandung banyak unsur berat berarti bintang itu "generasi muda" yang memanfaatkan materi-materi sisa ledakan bintang-bintang tua. Materi pembentuk bumi pun diyakini berasal dari debu dan gas antar bintang yang berasal dari ledakan bintang di masa lalu. Jadi, seisi alam ini memang berasal dari satu kesatuan.

Bukti-bukti pengamatan menunjukkan bahwa alam semesta mengembang. Spektrum galaksi‑galaksi yang jauh sebagian besar menunjukkan bergeser ke arah merah yang dikenal sebagai red shift (panjang gelombangnya bertambah karena alam mengembang). Ini merupakan petunjuk bahwa galaksi‑galaksi itu saling menjauh. Sebenarnya yang terjadi adalah pengembangan ruang. Galaksi‑galaksi itu  (dalam ukuran alam semesta hanya  dianggap seperti  partikel‑partikel) dapat dikatakan  menempati kedudukan yang  tetap  dalam ruang,  dan ruang  itu sendiri  yang sedang berekspansi. Kita tidak mengenal adanya ruang di luar alam ini. Oleh karenanya kita tidak bisa menanyakan ada apa di luar semesta ini.

Secara  sederhana,  keadaan  awal  Alam  Semesta  dan  pengembangannya dapat diilustrasikan dengan pembuatan roti. Materi pembentuk roti itu semula terkumpul dalam gumpalan kecil. Kemudian mulai mengembang. Dengan kata lain “ruang” roti sedang mengembang. Butir‑butir partikel di dalam roti itu (analog dengan galaksi di alam semesta) saling menjauh sejalan dengan pengembangan roti itu (analog dengan alam).

Dalam ilustrasi tersebut, kita berada di salah satu partikel di dalam roti itu. Di luar roti, kita tidak mengenal adanya ruang lain, karena pengetahuan kita, yang berada di dalam roti itu, terbatas hanya pada ruang roti itu sendiri. Demikian pulalah, kita tidak mengenal alam fisik lain di luar dimensi “ruang‑waktu” yang kita kenal.

Bukti lain adanya pengembangan alam semesta di peroleh dari pengamatan radio astronomi. Radiasi yang terpancar pada saat awal pembentukan itu masih berupa cahaya. Namun karena alam semesta terus mengembang, panjang gelombang radiasi itu pun makin panjang, menjadi gelombang radio. Kini radiasi awal itu dikenal sebagai radiasi latar belakang kosmik (cosmic background radiation) yang dapat dideteksi dengan teleskop radio. □

Bersambung ke:  Ruang dan Waktu II.

Sumber:

https://tdjamaluddin2.wordpress.com/2006/09/05/ruang-waktu/ □□□