Kosmos - Cakupan Alam Semesta

Kosmos - Cakupan Alam Semesta

Akan tiba masanya ketika penelitian yang telah ditekuni dalam jangka waktu panjang akan mengungkap hal-hal yang kini masih tersembunyi. Sepanjang hayat, meskipun seluruhnya dicurahkan untuk mengamati langit, tidak akan cukup untuk menyelidiki persoalan yang sedemikian luas. Pengetahuan ini baru akan terkuak setelah berabad-abad. Akan tiba masanya ketika keturunan kita terheran-heran mengapa kita tidak mengetahui hal-hal yang bagi mereka tampak jelas. Banyak penemuan yang masih mengunggu berabad-abad untuk muncul, ketika ingatan tentang kita terhapus. Alam semesta kita sungguh remeh apabila tidak memiliki sesuatu untuk diselidiki pada setiap zaman. – Seneca, Naturales Quaestiones.

galaksi andromeda


Kosmos adalah segala yang ada atau pernah ada atau akan ada. Ukuran dan umur Kosmos melampaui pemahaman manusia biasa. Tenggelam di antara keluasan dan keabadian, di situ lah planet kecil tempat tinggal kita. Dalam perspektif kosmik, sebagian besar urusan manusia terlihat tidak penting, bahkan remeh. Penjelajahan pikiran akan Kosmos membutuhkan daya khayal dan skeptisme. Daya khayal seringkali membawa manusia ke dunia yang tidak pernah ada, namun tanpa daya khayal, kita tidak akan pergi ke mana-mana. Skeptisme membuat membuat manusia bisa membedakan khayalan dari kenyataan untuk menguji spekulasi kita. Kosmos kaya bukan kepalang –dalam hal fakta-fakta elegan, hubungan-hubungan yang sangat menarik dan mekanisme yang rumit.

Permuakaan Bumi adalah tepi dari lautan kosmik. Dari situ manusia telah belajar sebagian besar dari apa yang kini manusia ketahui. Belakangan ini, manusia telah sedikit memasuki lautan itu, sekadar mencelupkan jemari atau menbasahi mata kaki. Airnya tampak mengundang. Lautan memanggil. Sebagian dari kita menyadari bahwa itulah tempat asal kita. Kita mendambakan untuk kembali pulang. Aspirasi ini tidaklah tak sopan, meski mungkin mengusik Tuhan mana pun.

Dimensi Kosmos sangatlah besar sehingga penggunaan satuan jarak yang lazim dipakai dalam kehidupan sehari-hari di Bumi, misalnya kilometer menjadi tidak praktis. Kita butuh satuan jarak dalam kecepatan cahaya. Dalam waktu satu detik, seberkas cahaya menempuh jarak hampir 300.000 kilometer, atau tujuh kali keliling Bumi. Dalam waktu delapan menit, cahaya menjalar dari Matahari ke Bumi. Dengan kata lain, jarak Matahari adalah delapan menit cahaya. Dalam setahun, cahaya melintasi jarak hampir sepuluh triliun kilometer. Satuan panajng tersebut, jarak yang ditempuh cahaya dalam waktu satu tahun, disebut satu tahun cahaya. Yang diukur bukan waktu, melainkan jarak, –jarak yang sangat jauh.

Bumi adalah suatu tempat, namun tidak berarti Bumi adalh satu-satunya tempat. Bahkan Bumi bukanlah tempat yang khas. Tidak ada planet atau bintang atau galaksi yang khas karena sebagian besar Kosmos merupakan ruang kosong. Satu-satunya tempat yang khas di ruang hampa di semesta yang luas dan dingin ini adalah malam abadi di ruang antargalaksi, tempat yang begitu asing dan sepi hingga planet-planet, bintang-bintang dan galaksi-galaksi tampak begitu langka dan indah. Seandainya secara acak dimasukkan ke dalam Kosmos, peluang kita berada di atas atau di dekat satu planet adalah di bawah satu per satu miliar triliun triliun ($10^{33}$), angka satu diikuti 33 angka nol). Dalam kehidupan sehari-hari, peluang sekecil itu membangkitkan ketakjuban. Dunia begitu berharga.

Dari posisi yang tepat di ruang antargalaksi, kita akan melihat gelungan-gelungan cahaya redup yang tak terhitung banyaknya, tersebar seperti buih-buih air laut di gelombang angkasa. Gelungan-gelungan cahaya itu adalah galaksi. Beberapa galaksi merupakan pengelana tunggal; sebagian besar galaksi menghuni gugus komunal (berkelompok), berkumpul bersama-sama, di kegelapan kosmik yang luas. Di hadapan kita adalah Kosmos dalam skala terbesar yang kita kenal. Kita berada di dunia nebula, delapan miliar tahun cahaya dari Bumi, setengah jalan menuju tepi alam semesta yang kita ketahui.

Galaksi terdiri atas gas dan debu serta bermiliar-miliar bintang. Setiap bintang bisa menjadi matahari bagi seseorang. Di dalam galaksi terdapat bintang-bintang dan planet-planet, dan barangkali ada banyak makhluk hidup, makhluk cerdas, dan peradaban yang menjelajahi antariksa. Kira-kira terdapat ratusan miliar ($10^{11}$) galaksi, masing-masinggalaksi rata-rata mengandung seratus miliar bintang. Di semua galaksi, jumlah planet barangkali sebanyak jumlah bintang, yaitu $10^{11}$ bintang/galaksi x $10^{11}$ galaksi, atau $10^{22}$, sepuluh miliar triliun buah bintang. Mengingat jumlah yang begitu besar tersebut, berapa kemungkinan satu bintang biasa, yaitu Matahari memiliki planet yang dihuni makhluk hidup? Mengapa kita, yang tersembunyi pada sudut Kosmos bisa begitu beruntung? Tampaknya mungkin alam semesta ini penuh dengan kehidupan, namun kita belum mengetahuinya? Jarak delapan miliar tahun cahaya, kita bakal kesulitan menemukan gugus tempat Galaksi Bimasakti tempat kita berada, apalagi menemukan Matahari dan Bumi yang serupa dengan tempat kita berada di tempat lain. Satu-satunya planet yang diyakini dihuni adalah setitik palent dari batuan dan logam, berswinar redup berkat pantulan cahaya Matahari, dan jarak sejauh itu tidaklah tampak sama sekali.


Terdapat istilah Grup Lokal galaksi, dengan diameter beberapa juta tahun cahaya, Grup Lokal beranggotakan sekitar dua puluh galaksi.

Bersambung
Selengkapnya »
Postulat Relativitas Khusus Einstein

Postulat Relativitas Khusus Einstein


Teori relativitas memeriksa bagaimana pengukuran kuantitas fisis bergantung pada pengamat seperti juga pada peristiwa yang diamati. Dari relativitas muncul mekanika baru yang menyiratkan kaitan yang sangat erat antara ruang dan waktu, massa dan energi, kelistrikan dan magnetisme—tanpa kaitan itu, kita tidak mungkin mengerti dunia fisika. Untuk keseluruhannya, banyak kesimpulan tentang relativitas dapat diperkaya hanya menerapkan matematika yang sederhana.
Semua gerak adalah relatif, kelajuan cahaya dalam ruang hampa sama bagi semua pengamat.
Ketika kuantitas seperti panjang, selang waktu, dan massa ditinjau dalam fisika pendahuluan, tidak terdapat pembahasan khusus bagaimana kuantitas diukur. Karena terdapat satuan baku untuk kuantitas semacam itu, seakan-akan tidak menjadi persoalan siapa yang menentukan kuantitas itu—setiap orang harus mendapatkan hasil yang sama. Jika kita berada dalam kapal udara, misalnya, kita dapat menjulurkan pita pengukur dari hidung pesawat hingga ekornya untuk mengukur panjangnya. Jika kita berada pada suatu jarak tertentu, kita memerlukan pita pengukur untuk melakukan perhitungan, tetapi kita akan mendapatkan panjang kapal yang sama.


Namun bagaimana jika kita berada di bumi dan kapal udaranya sedang terbang? Pengukurannya menjadi rumit dan lebih menarik karena cahaya tadi akan disalurkan ke peralatan kita yang bergerak pada kelajuan tak berhingga. Apa yang kita dapatkan ialah kapal udara bergerak akan kelihatan lebih pendek terhadap kita daripada terhadap orang yang berada dalam kapal udara itu sendiri, selang waktu dalam kapal udara yang bergerak kelihatan lebih panjang terhadap kita daripada terhadap orang dalam kapal udara. Untuk mengerti asal perbedaan itu, kita harus menganalisis proses pengukuran secara rinci.

Gerak hanya berarti terhadap kerangka acuan tertentu
Langkah pertama ialah penjelasan apa yang kita maksudkan dengan gerak. Jika kita katakan sesuatu bergerak, kita maksudkan kedudukannya berubah relatif terhadap sesuatu. Penumpang bergerak relatif terhadap kapal udara, kapal bergerak relatif terhadap bumi, bumi bergerak relatif terhadap galaksi bintang (Milky Way) dan sebagainya. Untuk mengatakan bahwa sesuatu bergerak selalu menyangkut kerangka khusus sebagai acuan. Setiap kerangka yang diambil mempunyai kesalahan yang sama, walaupun kerangka yang satu dapat lebih memudahkan kita daripada kerangka yang lain untuk suatu kasus tertentu.

Jika kita berada dalam laboratorium tertutup, kita tidak dapat menentukan apakah laboratoriumnya bergerak dengan kecepatan tetap atau dalam keadaan diam, karena tanpa kerangka acuan eksternal, konsep gerak tidak memiliki arti. Kita tidak bisa mendapatkan kerangka universal yang meliputi seluruh ruang; ini berarti terdapat “gerak absolut”.

Kerangka Acuan Inersial
Teori relativitas muncul sebagai analisis konsekuensi fisis yang tersirat oleh ketiadaan kerangka acuan universal. Teori relativitas khusus dikembangkan oleh Albert Einstein pada tahun 1905, mempersoalkan kerangka acuan inersial. Kerangka acuan ini bergerak dengan kecepatan tetap (yaitu, kecepatan tetap dan arah tetap) terhadap kerangka lainnya.


Teori relativitas umum diusulkan oleh Einstein sepuluh tahun kemudian, mempersoalkan kerangka yang dipercepat satu terhadap yang lainnya. Seorang pengamat dalam laboratorium yang terisolasi dapat mendeteksi percepatan. Setiap orang yang pernah naik elevator atau komedi putar dapat membuktikan pernyataan tersebut dari pengalamannya. Teori khusus mempunyai pengaruh besar pada setiap bidang fisika, dan kita akan memusatkan perhatian kita pada teori tersebut dengan sedikit tinjauan pada teori umum dalam penjelasan yang akan datang.

Prinsip relativitas
Teori relativitas khusus bersandar pada dua postulat. Postulat pertama, prinsip relativitas, menyatakan bahwa hukum fisika dapat dinyatakan dalam persamaan yang berbentuk sama dalam semua kerangka acuan yang bergerak dengan kecepatan tetap satu dengan lainnya. Postulat ini menyatakan ketiadaan kerangka acuan yang universal. Jika hukum fisika berbeda untuk pengamat yang berbeda dalam keadaan gerak relatif, maka kita dapat menentukan mana yang dalam keadaan “diam” dan mana yang “bergerak” dari perbedaan tersebut, tetapi karena tidak terdapat kerangka acuan universal, perbedaan itu tidak terdapat, sehingga muncul postulat di atas.

Postulat kedua menyatakan bahwa kepesatan cahaya dalam ruang hampa sama besar untuk semua pengamat, tidak bergantung dari keadaan gerak pengamat itu. Postulat ini timbul secara langsung dari hasil berbagai eksperimental. Kesan pertama, postulat ini kelihatannya sangat radikal. Sebenarnya postulat ini mengikuti hampir semua konsep intuitif mengenai waktu dan ruang yang kita bentuk berdasarkan pengalaman sehari-hari.

Sebelum perkembangan teori relativitas, timbul pertentangan antara mekanika Newton dan teori elektromagnetik Maxwell mengenai hubungan antara pengukuran suatu gejala yang dilakukan pada suatu kerangka acuan dengan yang dilakukan pada kerangka lain yang bergerak relatif terhadap yang pertama. Einstein menunjukkan bahwa teori Maxwell sesuai dengan relativitas khusus, sedangkan mekanika Newton tidak, dan modifikasi Einstein mengenai mekanika membawa kedua cabang fisika tersebut menuju persesuaian.

Terima kasih sudah ke sini untuk membaca dan belajar fisika. Jangan ragu untuk menyukai posting blog, berlangganan blog dan berkomentar untuk berinteraksi lebih dengan saya.

Selamat belajar ya. Thank you for coming here to read and study physics in this blog. Feel free to like, subscribe and comment. Have a nice learning.

Referensi [1]
Selengkapnya »

Ilmu Fisika on Youtube

Usaha Energi Daya

Listrik Magnet

Soal Jawab

Mekanika

Impuls Momentum

Universitas

Optik