Kosmologi – Kajian Kewujudan Alam Semesta



Kosmologi merujuk kepada bidang astronomi yang mengkaji asal usul, binaan skala besar dan evolusi alam semesta. Ahli astronomi membina model alam semesta menggunakan matematik dan membandingkannya dengan apa yang diketahui tentang alam semesta. Terdapat dua model terkenal yang cuba menjelaskan tentang alam semesta, iaitu Model Letupan Besar (Big Bang Model) dan Model Keadaan Mantap (Steady State Model). Model Letupan Besar mencadangkan kewujudan alam semesta tidak bermula dengan tiba-tiba sahaja, tetapi jirim yang baru terus diwujudkan meliputi ruang angkasa dan mengekalkan satu ketumpatan alam semesta yang malar apabila ia berkembang.

Asal usul alam semesta

Perkataan alam semesta adalah terjemahan daripada bahasa Latin iaitu ‘universe’. Dalam bahasa Latin, uni bermaksud satu dan versus bermaksud pusingan. Pada masa silam, perkataan universe digunakan untuk memberi maksud sfera cakerawala dan semua jasad yang terkandung di dalamnya. Kesemuanya kelihatan berputar mengelilingi bumi. Perkataan cosmos diambil daripada perkataan greek yang bermaksud tertib. Perkataan ini digunakan secara sinonim bagi alam semesta. Bagi orang Greek, sfera cakerawala ialah satu lambang ketertiban, dengan putaran harian dan berbagai kitaran lain bagi matahari, bulan dan planet. Anggapan tentang ketertiban alam semesta ialah asas kepada semua bidang sains.

[Baca; Memahami Supernova]

Satu lagi anggapan asas ialah hukum-hukum alam semulajadi yang berlaku di bumi juga berlaku di keseluruhan alam semesta. Oleh sebab seseorang itu tidak dapat menjelajah ke tempat paling jauh dalam alam semesta, segala maklumat hanya dapat ditafsirkan daripada sinaran elektromagnet yang diterima dari tempat tersebut. Jika cahaya dan pelbagai bentuk sinaran elektromagnet yang lain dianggap berkelakuan rambang dan tidak menentu, maka tiada asas bagi seseorang itu untuk memahami tempat yang jauh ini. Walaubagaimanapun, jika dianggap hukum semulajadi seperti yang difahami di bumi dapat digunakan di mana sahaja, maka secara teorinya dapatlah seseorang itu memahami tentang alam semesta pada tempat yang jauh itu.

Anggapan bahawa hukum-hukum semulajadi berlaku secara menyeluruh dikenal sebagai prinsip kosmologi. Anggapan ini mungkin tidak benar pada seseorang kerana ia tidak dapat disahkan dalam apa cara sekalipun. Namun begitu, setiap kali ahli sains berpeluang menggunakan hukum-hukum semulajadi pada bahagian lain alam semesta, tiada sebarang pemerhatian yang bercanggah dengan hukum hukum tersebut.

Sejarah kosmologi

Seorang ahli matematik Greek, Euclid telah mentakrifkan ruang dengan tiga dimensi, iaitu panjang, lebar dan tinggi. Kemudian Isaac Newton, ahli fizik dan matematik Inggeris menggunakan konsep ruang yang difahami Euclid untuk mentakrifkan ruang infinit dengan tiga dimensi tersebut

Walaubagaimanapun, terdapat sedikit kesulitan berkaitan ruang infinit (tidak terhingga) itu. Paradoks Olbers, dinamakan mengikut nama ahli astronomi Jerman, Wilhem Olbers (1758-1840) menyatakan jika bintang bintang bertaburan dengan seragam meliputi ruang infinit, akan terdapat satu bintang dalam sebarang arah yang dipandang oleh seseorang itu. Jika tidak ada sebarang halangan pada cahaya yang datang dari bintang-bintang yang jauh, maka seluruh permukaan langit akan mempunyai kecerahan seperti matahari, tetapi ini jelas tidak berlaku.

Kerelatifan Umum

Kesulitan dengan teori Newton akhirnya diselesaikan dalam tahun 1915 apabila Albert Einstein memperkenalkan teori kerelatifan umumnya. Einstein menunjukkan bahawa ruang dan jirim di dalamnya adalah finit (terhingga) tetapi tidak terbendung (bayangkan satu alam semesta dua dimensi dalam bentuk permukaan sfera. Ia adalah finit tetapi tidak mempunyai penghujung atau sempadan). Pengiraan Einstein juga menunjukkan bahawa alam semesta tidak statik tetapi mengembang atau mengecut.

Alam semesta mengembang

Idea alam semesta mengembang mendapat sokongan daripada satu pertemuan yang dibuat pada tahun 1929 oleh ahli astronomi Amerika, Edwin Hubble (1889-1953). Dia mendapati galaksi yang dapat diperhatikan dalam alam semesta bergerak menjauhi galaksi bumi, iaitu Bima Sakti. Dia juga mendapati, lagi jauh jarak galaksi itu, lagi besar kadar galaksi-galaksi lain bergerak menjauhi galaksi Bima Sakti. Beliau membuat kesimpulan, semua galaksi bergerak bukan sahaja menjauhi bumi, tetapi juga menjauhi antara satu sama lain. Nisbah halaju galaksi itu menjauhi jarak antara satu sama lain dikenali sebagai pemalar Hubble. Pada masa sekarang, gerakan itu dianggarkan pada kadar 50-100 km persaat per megaparsec (satu megaparsec bersamaan dengan 3.26 juta tahun cahaya).

Oleh sebab galaksi di luar daripada galaksi bumi bergerak menjauhi bumi, maka dapatlah dianggap bima sakti berada di pusat alam semesta. Walaubagaimanapun, anggapan ini salah. Jika seseorang itu membayangkan satu belon dengan bintik-bintik hitam yang sama jarak di atas permukaannya, maka apabila belon itu ditiup , semua bintik-bintik itu bergerak menjauhi antara satu sama lain, bukan sahaja di pusat belon itu. Malah mengikut teori Einstein, apabila seseorang mengembara dalam alam semesta ia masih akan melihat galaksi dalam semua arah, seolah-olah tiada penghujungnya.

Teori Keadaan Mantap

Pada tahun 1931, seorag ahli sains Belgium, Georges Lemaitre (1894-1966) telah memperkenalkan idea bahawa pengembangan alam semesta telah dimulakan oleh pemecahan satu atom purbakala (satu entiti tunggal yang mengandungi semua jirim dan tenaga dalam alam semesta). Walaubagaimanapun, ahli astronomi Inggeris, Fred Hoyle (1915) agak keberatan untuk menerima Teori Letupan Besar tersebut. Sebaliknya, dalam tahun 1948, dia memperkenalkan prinsip kosmologi sempurna yang menyatakan, alam semesta mesti kelihatan sama apabila dipandang dari mana-mana tempat dan pada bila-bila masa ia diperiksa. Dia mengatakan keadaan mantap ini telah dikekalkan oleh penciptaan jirim terus-menerus meliputi ruang untuk mengimbangi pengembangan alam semesta. Kadar penciptaan yang diperlukan bagi keseimbangan tersebut ialah lebih kurang satu atom hidrogen per liter setiap 20 tahun dan ini adalah terlalu perlahan untuk dilihat dalam makmal.

Model Letupan Besar

Dalam sekitar masa Fred Hoyle mencadangkan teori keadaan mantapnya, seorang ahli fizik Rusia-Amerika, George Gamow (1904-1968) telah mengubahsuai teori Lemaitre mengenai atom purbakala kepada model letupan besar dengan lebih sempurna. Dia mencadangkan , berbagai-bagai unsur kimia yang diperhatikan sekarang ini mungkin telah dihasilkan akibat daripada suhu yang sangat tinggi dan ketumpatan jirim yang telah meresap dalam masa satu letupan besar, dan suhu ini telah menyebabkan Alam Semesta mengembang dengan cepat.

Gamow telah membuat pengiraan, apabila Alam Semesta mengembang beberapa sinaran telah ditinggalkan oleh letupan besar itu, dan sekarang ini sinaran itu sepatutnya dapat dikesan sebagai sinaran yang panjang gelombangnya sangat panjang. Sinaran ini sampai kepada kita dari suatu jarak yang jauh dalam Alam Semesta, sebagai suatu sinaran yang berasal dari satu jasad pada suhu hanya 3 K. Ahli astronomi berpendapatpenemuana sinar kosmik pada tahun 1965 dapat mengesahkan teori letupan besar itu.

Usia Alam Semesta

Oleh sebab kadar semua galaksi dalam alam semesta bergerak menjauhi antara satu sama lain diketahui, sekurang-kurangnya secara kiraan hampiran, maka masa yang telah berlalu sejak berlakunya letupan besar dapat dianggarkan. Ini memberikan anggaran usia alam semesta. Pengiraan seperti ini perlu mengambil kira fakta bahawa kadar semasa pengembangan alam semesta mesti kurang daripada kadar sejurus setelah berlakunya letupan besar itu. Ini kerana tarikan graviti antara galaksi telah mengurangkan gerakan antara satu sama lain setelah berbilion tahun berlalu. Anggaran semasa usia alam semesta meliputi julat antara 15-20 bilion tahun.

[Baca; Teleskop Hubble, Melihat Jauh ke ruang Angkasa]

Teleskop moden seperti teleskop Hubble, membolehkan ahli astronomi memerhati galaksi yang jaraknya berbilion tahun cahaya. Oleh sebab cahaya dari galaksi tersebut mengambil masa berbilion tahun untuk sampai ke bumi, pemerhatian seperti itu sebenarnya merupakan rakaman tentang apa yang telah berlaku pada masa silam. Malah, semakin jauh objek itu dapat diperhatikan, ahli astronomi berupaya melihat lebih jauh sejarah Alam Semesta, sehingga pada ketika berlakunya letupan besar itu. Pemerhatian seperti itu telah banyak memperbaiki kefahaman ahli astronomi tentang cara bagaimana galaksi menjelma. Bentuk galaksi yang telah wujud 5 atau 10 bilion tahun yang lalu kelihatan agak berbeza daripada yang dapat diperhatikan sekarang ini.

Masa Depan Alam Semesta

Apa yang akan berlaku pada alam semesta tidak dapat diketahui. Menurut ahli astronomi, terdapat dua kemungkinan yang akan berlaku. Pertama, alam semesta akan terus mengembang sampai bila-bila. Kedua, pada suatu masa nanti ia akan berhenti mengembang dan mulai mengecut di bawah pengaruh graviti, dengan semua jirim di dalamnya mulai mendekati antara satu sama lain dalam satu kerkahan yang besar.

Faktor yang akan menentukan dua senario tersebut ialah purata ketumpatan Alam Semesta. Jika purata ketumpatannya melebihi satu nilai tertentu, maka daya-daya graviti antara jirim akan menyebabkan Alam Semesta berhenti daripada mengembang. Jika ini berlaku, ia akan mendorong kepada satu kerkahan besar. Sebaliknya, jika purata ketumpatannya di bawah satu nilai genting, alam semesta akan mengembang terus menerus.

Pengiraan purata ketumpatan alam semesta bukanlah suatu perkara yang mudah. Walaupun ahli kosmologi berupaya membuat anggaran berdasarkan amaun jirim yang boleh nampak (terutamanya bintang-bintang) dalam alam semesta, ini tidak mengambil kira sebarang jirim yang tidak kelihatan, atau yang dikenali sebagai jirim gelap. Jirim seperti ini akan meliputi lohong hitam dan awan gas. Pengiraan berdasarkan pengukuran jisim galaksi dan gugusan galaksi dengan memerhatikan gerakan dan menganggarkan bilangan galaksi tersebut telah menimbulkan satu ralat. Ini menunjukkan, terdapat banyak terdapat banyak jirim gelap dalam gugusan galaksi yang tidak kelihatan. Selagi sifat, kuantiti dan kedudukan jirim gelap tidak dapat ditentukan, masa depan alam semesta akan terus tidak dapat ditentukan.

Walau apapun pandangan ahli sains dan astronomi tentang masa depan Alam Semesta, seseorang yang beragama percaya bahawa suatu hari nanti semua ciptaan Tuhan ini akan hancur, bintang akan berguguran dna langit akan runtuh apabila telah tiba hari kiamata nanti.







0 ulasan:

Catat Ulasan

Setiap ulasan pengguna admin tidak akan bertanggung jawab.

Best Viewed With Firefox