Me-reka Alam Semesta Lemaitre VS Eddhington1

Oleh:Yogie Pranowo

Pada tahun 1987 seorang pelukis dan seniman, Paul Gauguin mengorbitkan lukisannya yang mengajak kita untuk berfikir dan mencari jawaban atas eksistensi diri kita.2Karya tersebut3 menggambarkan siklus kelahiran, kehidupan, dan kematian—asal-usul, identitas, dan takdir tiap-tiap individu—dan persoalan personal. Kita dapat menelusuri silsilah kita menuju generasi-generasi ke belakang, menuju leluhur kita, menuju bentuk awal kehidupan dan protokehidupan, menuju unsur-unsur yang tersintesiskan di alam semesta purba,  menuju energi tak berbentuk yang tersimpan di ruang sebelum itu. Apakah pohon keluarga kita mengulur ke belakang seterusnya/selamanya? Ataukah akarnya memiliki ujung? Apakah kosmos sama tak permanennya dengan kita?Dengan kosmologi, kita semakin disadarkan akan kemampuan menalar kosmos.

Cogito ergo mundus talis estAku berfikir, dunia seperti ini

PROLOG

Makalah ini mencermati perdebatan yang terjadi antara pendukung alam semesta

mengembang dan alam semesta statis. Para pendukung alam semesta mengembang

mengemukakan bahwa alam semesta tidak mungkin statis dengan perhitungan - perhitungan

berdasarkan teori relativitas4 (yang mengantisipasi kesimpulan Friedman dan Lemaitre).

Terkejut oleh temuannya, Einstein menambahkan "konstanta kosmologis" pada

persamaannya agar muncul "jawaban yang benar", karena para ahli astronomi meyakinkan

dia bahwa alam semesta itu statis dan tidak ada cara lain untuk membuat persamaannya

sesuai dengan model seperti itu. Beberapa tahun kemudian, Einstein mengakui bahwa

konstanta kosmologis ini adalah kesalahan terbesar dalam karirnya. Pada saatnya nanti,

konstanta kosmologis Einstein akan disempurnakan penggunaannya oleh Lemaitre.

Sedangkan, bagi kaum pendukung alam semesta statis, lewat Georges Politzer5,

mengemukakan bahwa pandangan tentang alam semesta tanpa batas sangat sesuai dengan

1 Uraian singkat ini adalah sebuah tanggapan terhadap teks “Did the Expansion Start from the Beginning?” yang ditulis oleh Georges Eduoard Lemaitre. Dalam uraian ini akan dipaparkan perdebatan yang terjadi antara kaum pendukung alam semesta yang mengembang dan kaum pendukung alam semesta yang statis. Salah satu tokoh yang mendukung teori alam semesta mengembang adalah Georges Lemaitre (1894-1966), seorang matematikawan (atau fisikawan?) Belgia dan pastor Katolik. 2 D’ou venons-nous? Que sommes-nous? Ou allons-nous? Adalah pertanyaan yang menjadi cirri khas lukisannya. Dari mana kita? siapa kita? dan akan kemana kita?3 Diunduh dari http://www.gauguin.org/where-do-we-come-from-what-are-we.jsp tanggal 9 Juni 2013 pk. 14.05 WIB.4 Relativitas klasik mencakup transformasi sederhana dinatara benda yang bergerak dan seorang pengamat pada kerangka acuan lain yang diam.Jika A berjalan di dalam sebuah kereta yang bergerak, dan B diam diatas tanah di luar kereta memperhatikan A, maka kecepatan A relatif terhadap B adalah total dari kecepatan A bergerak relatif terhadap kereta dengan kecepatan kereta relatif terhadap B.5 Diadaptasi dari http://www.marxists.org/archive/politzer/works.htm tanggal 9 Juni 2013 pk. 15.00 WIB

1 | H a l a m a n

ateisme. Tidak sulit melihat alasannya. Untuk meyakini bahwa alam semesta mempunyai

permulaan, bisa berarti bahwa ia diciptakan dan itu berarti, tentu saja, memerlukan pencipta,

yaitu Tuhan. Jauh lebih mudah dan aman untuk menghindari isu ini dengan mengajukan

gagasan bahwa "alam semesta ada selamanya", meskipun tidak ada dasar ilmiah sekecil apa

pun untuk membuat klaim seperti itu. Selain Politzer, ada juga Eddhtington yang mendukung

teori alam semesta statis.

Makalah ini dibagi ke dalam tiga bagian. Bagian pertama akan disampaikan mengenai

sosok Lemaitre beserta latar belakang kehidupan akademisnya. Bagian kedua, penulis

mencoba untuk menguraikan perdebatan yang terjadi antara Lemaitre sebagai pendukung

teori alam semesta mengembang dan Eddhington sebagai pendukung teori alam semesta

statis. Pada bagian ketiga, penulis akan memberikan kesimpulan dari penulisan makalah ini.

Mengenal Sosok Lemaitre6

Lemaitre7 memulai karir ilmiahnya di College of Engineering di Leuven pada tahun

1913. Namun tahun berikutnya, ia terpaksa meninggalkannya dan mengikuti wajib militer

pada bagian artileri selama Perang Dunia I. Setelah perang berakhir, ia masuk seminari

Maison Saint Rambout milik Keuskupan Agung Malines. Selama di seminari, waktu

senggangnya ia habiskan untuk mempelajari matematika dan sains. Setelah ditahbiskan

menjadi pastor pada tahun 1923, Lemaitre mempelajari Matematika dan Sains di Universitas

Cambridge. Salah seorang dosennya adalah Arthur Eddington, yang memperkenalkan

kepadanya kosmologi modern, astronomi stellar dan analisis numeris. Tahun berikutnya ia

habiskan di Harvard College Observatory di Cambridge, Massachusetts – Amerika Serikat

dan di Massachussetts Institute of Technology (MIT) di mana ia mengambil doktor sainsnya.

Lemaitre kemudian kembali ke Belgia dan menjadi Profesor di Universitas Katolik Leuven.

Untuk tesis doktoralnya yang berjudul “The gravitational field in a fluid sphere of uniform

invariant density according to the theory of relativity”, Lemaitre mencoba mengamati

kembali teori Relativitas Einstein. Sebagaimana perhitungan Einstein sepuluh tahun

sebelumnya, perhitungan Lemaitre menunjukan bahwa alam semesta haruslah bersifat atau

mengembang atau mengecil. Namun berbeda dengan Einstein yang membayangkan adanya

6 Diadaptasi dari http://www.catholiceducation.org/articles/science/sc0022.html tanggal 11 Juni 2013 pk. 10.007 Dalam perdebatan mengenai berawal atau tidak berawalnya alam semesta, Lemiatre mengajukan gagasan bahwa alam semesta mempunyai awal, dan awal itu adalah suatu keadaan maha padat mirip inti radioaktif. Atom awal ini meledak, pecahan-pecahannya membentuk cikal bakal galaksi. Alam semesta ini mempunyai cirri alam semesta yang berevolusi, mempunyai awal, tumbuh, dan akan berakhir pada suatu ketika.

2 | H a l a m a n

suatu daya kosmos yang bersifat tetap – yang menjaga agar alam semesta tetap stabil,

Lemaitre berkeyakinan bahwa alam semesta bersifat mengembang. Kesimpulannya ini

didapat setelah mengamati sinar kemerah-merahan, yang dikenal dengan sebutan the red

shift8, yang meliputi obyek-obyek yang berada di luar galaksi Bima Sakti. Jika sinar atau

cahaya itu dipahami sebagai suatu efek Doppler9, maka fenomena red shift berarti bahwa

galaksi-galaksi lain sedang menjauh dari galaksi kita.

LEMAITRE VS EDDINGTON

8 Pergeseran Merah / redshift adalah gejala bahwa frekuensi cahaya kalau diamati, di bawah situasi tertentu, bisa lebih rendah daripada frekuensi cahaya ketika terpancar di sumber. Ini biasanya terjadi kalau sumber menjauh dari pengamat, seperti pada efek Doppler. Secara khusus, istilah pergeseran merah dipakai untuk menjelaskan pengamatan bahwa spektrum cahaya yang terpancar oleh galaksi jauh bergeser ke frekuensi yang lebih rendah (terhadap akhir merah spektrum, dan begitu pula namanya) kalau dibandingkan dengan spektrum bintang yang lebih dekat. Ini diambil sebagai bukti bahwa galaksi menjauh dari satu sama lain.

Secara umum, pergeseran merah (dan pergeseran biru, pengamatan cahaya frekuensi yang lebih tinggi) diukur dengan

z = (frekuensi terpancar - frekuensi teramati) / frekuensi teramati = (panjang gelombang teramati - panjang gelombang terpancar) / panjang gelombang terpancar.

Pergeseran merah bisa disebabkan oleh tiga sebab:1. Gerak-gerik sumber. Jika sumber cahaya menjauh dari pengamat, maka pergeseran merah (z > 0) terjadi; jika sumber mendekati pengamat, maka pergeseran biru (z < 0) terjadi. Hal ini berlaku untuk semua gelombang dan diterangkan oleh efek Doppler. Jika sumber bergerak menjauh dari pengamat dengan kecepatan v dan kecepatan ini jauh lebih kecil daripada kecepatan cahaya c, maka pergeseran merah dapat diperkirakan dengan

z ≈ v/c2. Perluasan ruang. Model yang sekarang dipakai oleh kosmologi menganggap benar perluasan ruang. Cahaya akan mengalami pergeseran merah jika ruang meluas. Dalam arti, memperluas angkasa dan perpindahan sumber adalah perspektif berbeda atas gejala itu juga: daripada sebuah sumber bergerak, seseorang dapat secara alternatif dan sepadan mengambil sebuah sumber diam dan ruang di antara sumber dan pengamat yang memuai.

3. Efek gravitasi. Teori relativitas umum memuat bahwa perpindahan cahaya itu lewat bidang gravitasi yang kuat akan mengalami pergeseran merah atau biru. ' Ini diketahui sebagai Pergeseran Einstein.

Efek ini sangat kecil tetapi dapat diukur di Bumi menggunakan efek Mossbauer. Namun efek ini cukup berarti di dekat lubang hitam dan sewaktu benda mendekat ke cakrawala, perubahan merah menjadi tak terhingga. Pergeseran Merah Gravitasi ditawarkan sebagai keterangan pergeseran merah dari quasars di 1960-an, walaupun ini secara luas tidak disetujui sekarang. (diadaptasi dari http://www.astronomi.us/2012/02/teori-penyebab-alam-semesta-mengembang.html tanggal 10 Juni 2013 pk. 12.00)9 Efek Dopler mengatakan bahwa jika kita berada semakin dekat dengan sumber bunyi (frekuensi) maka akan semakin jelas mendengar bunyi tersebut, sedangkan jika kita berada semakin jauh dari sumber bunyi (frekuensi) maka akan semakin tipis mendengar bunyi tersebut.

3 | H a l a m a n

Lemaitre mempublikasikan perhitungan dan argumennya tersebut dalam jurnal Belgia

Annales de la Societe scientifique de Bruxelles pada tahun 1927. Tidak banyak orang yang

menaruh perhatian karena publikasinya tidak dibaca secara luas oleh para astronom di luar

Belgia. Pada tahun 1929, observasi sistematis Edwin Hubble terhadap galaksi-galaksi lain

mengkonfimasikan the red shift. The Royal Astronomical Society di Inggris menyadari

adanya kontradiksi antara observasi visual dengan teori Relativitas. Sir Arthur Eddington

menawarkan diri untuk mencari solusinya. Ketika Lemaitre mendengar adanya usaha

Eddington tersebut, ia kemudian mengirimkan salinan tulisannya yang diterbitkan pada tahun

1927. Eddington kemudian sadar bahwa Lemaitre telah menjembatani jurang antara hasil

observasi dengan teori. Atas usul Eddington sendiri, the Royal Astronomical Society

kemudian menerbitkan tulisan Lemaitre dalam terjemahan bahasa Inggris dalam jurnal

bulanannya di bulan Maret 1931.

Banyak ilmuwan yang membaca tulisan Lemaitre kemudian mengakui bahwa alam

semesta bersifat mengembang. Namun pada saat itu, sulit bagi para ilmuwan tersebut

menerima kenyataan bahwa alam semesta sebenarnya memiliki permulaan sebagaimana teori

Lemaitre.

Eddington sendiri menulis dalam jurnal berbahasa Inggris “Nature” bahwa ide tentang

asal mula alam semesta tersebut merupakan sesuatu hal yang sulit diterima (menjijikkan).

Sir Arthur Eddingthon states that, philosophically, the notion of a beginning of the present order of nature is repugnant to him10

Lemaitre menanggapi Eddington melalui sebuah surat yang juga dimuat di “Nature”

pada edisi 9 Mei 1931. Lemaitre menyatakan bahwa alam semesta memiliki titik permulaan,

di mana seluruh materi dan energinya terkonsentrasi pada apa yang ia istilahkan sebagai

“primeval atom”.

Leimatre, in short reply in nature published only seven weeks after eddington’s article excerpted in the previous chapter, raises an issue that continues to stimulate interest today: the relationship between cosmogony and quantum physics. He does not take on Eddington’s whole argument; rather he uses edington’s distaste vis a vis a beginning (and his subsequent wrestling with classical physics’ blend of change and determinism) as an occasion for pointing towards a model which, as his metaphors indicate, Lemaitre considers more plausible and more exciting, as well he might.11

10 Lemaitre, hlm. 40711 Lemaitre, hlm. 407.

4 | H a l a m a n

Jika alam semesta dimulai dengan suatu kuantum tunggal, ide tentang ruang dan

waktu secara bersamaan tidak akan memiliki arti apa-apa pada awal mulanya;

If the world has begun with a single quantum, the notions of space and time would altogether fail to have any meaning at the beginning12

Ruang dan waktu hanya akan berarti apabila kuantum awal terbagi ke dalam beberapa

quanta yang cukup. Jika pendapat ini benar, maka awal mula alam semesta terjadi beberapa

saat sebelum terbentuk ruang dan waktu.

Meski ada begitu banyak penghargaan yang diterimanya, tetap ada beberapa

permasalahan berkaitan dengan teori Lemaitre. Salah satunya, perhitungan Lemaitre tentang

tingkat pengembangan alam semesta. Jika alam semesta mengembang dalam tingkatan yang

tetap, maka waktu yang dibutuhkannya untuk sampai ke radiusnya saat ini akan menjadi

terlalu singkat bagi pembentukan bintang dan planet. Lemaitre memecahkan masalah ini

dengan mengutip konstanta kosmologis Einstein. Konstanta kosmologis yang dimaksudkan

adalah ^ (lamda). Alasan Einstein menambahkan konstanta ini karena model alam semesta

yang dihasilkan tanpa lamda menghasilkan sifat dinamik yang belum terbayangkan

sebelumnya. Lemaitre menyadari kekeliruan Einstein dengan menggunakan konstanta

tersebut namun dengan “harga” berbeda sehingga tetap menghasilkan model yang dinamik.

Para pendukung teori alam semesta statis13 pada dasarnya senantiasa berpedoman

pada dua prinsip. (1) Prinsip kosmologis sempurna yang menyatakan bahwa pada skala besar,

alam semesta adalah homogeny dan isotrop dalam rentang ruang dan waktu. (2) mekanisme

penciptaan materi secara terus menerus dalam modus creation ex nihilo dengan konsekuensi

bahwa rata-rata kepadatan materi dalam alam semesta tidak berubah. Poin dua inilah yang

menimbulkan pelbagai kontroversi sebab bertentangan dengan salah satu hukum

termodinamika pertama. Teori alam semesta yang statis ini pun, telah menuai banyak kritik,

salah satunya dari Milton K. Munitz. Ia mengungkapkan bahwa teori alam semesta statis

memiliki kelemahan antara lain kelemahan observasional, kelemahan semantik, dan

kelemahan epistemik. 14

12 Lemaitre, hlm. 408.13 Teori ini diperkenalkan pertama kali oleh Fred Hoyle, Herman Bondi, dan Thomas Gold.14 Lih. Mark Aloysius, ‘Apakah Kosmologi itu Sains?: Implikasi Metodologis, Epistemik dan Ontik Teori Big Bang dan Teori Steady State’, dalam Jurnal Driyarkara Th. XXXIII no.1 (2012), 78-79.

5 | H a l a m a n

PENUTUP

Pilihan Eddington pada alam semesta tak berawal lebih didasarkan pada penolakan

pribadi terhadap model alam semesta berawal. Ia beranggapan bahwa alam semesta tidak

mempunyai awal, berada dalam keadaan statis untuk masa yang takhingga. Menurutnya,

gagasan adanya suatu permulaan untuk keteraturan alam semesta secara filosofis menjijikkan.

Dan setelah Einstein mengabaikan ^, alam semesta Eddington kehilangan popularitasnya,

sebetulnya justru karena model Lemaitre lah yang diterima. Lagipula bila Eddington sudah

mengetahui bahwa alam semesta Einstein mengandung ketakstabilan, bagaimana mungkin ia

dapat membangun konsep alam semesta statis selama waktu yang tak terhingga?

DAFTAR PUSTAKA

Aloysius, Mark. Jurnal Driyarkara Th. XXXIII no.1 (2012).

Danielson, Dennis Richard. 2000. The Book of The Cosmos: Imagining the Universe from Heraclitus to Hawking. Cambridge, Perseus Publishing.

Hetheringtton, Noriss.1993. Cosmology: Historical, Literary, Philosophical, Religious, and Scientific Perspective. New York & London: Garland Reference Library of Humanities.

Kragh, Helge. 2007. Conception of Cosmos from Myth to the Accelerating Universe: A History of Cosmology. New York: Oxford University Press.

Sumber Internet

http://www.astronomi.us/2012/02/teori-penyebab-alam-semesta-mengembang.htmlhttp://www.marxists.org/archive/politzer/works.htm http://www.catholiceducation.org/articles/science/sc0022.html http://www.gauguin.org/where-do-we-come-from-what-are-we.jsp

6 | H a l a m a n