Ketika sampai pada asal usul kosmik kita, sejumlah teori telah dikemukakan sepanjang perjalanan sejarah. Secara harfiah setiap budaya yang pernah ada memiliki tradisi mitologisnya sendiri, yang secara alami termasuk kisah penciptaan. Dengan lahirnya tradisi ilmiah, para ilmuwan mulai memahami Semesta dalam hal hukum fisik yang dapat diuji dan dibuktikan.
Dengan dimulainya Zaman Antariksa, para ilmuwan mulai menguji teori kosmologis dalam hal fenomena yang dapat diamati. Dari semua ini, sejumlah teori muncul pada paruh kedua abad ke-20 yang berusaha menjelaskan bagaimana semua materi dan hukum fisika yang mengaturnya muncul. Dari semua ini, Teori Big Bang tetap yang paling diterima secara luas sementara Hipotesis Tunak-Negara secara historis menjadi penantang terbesarnya.
Model Steady-State menyatakan bahwa kepadatan materi di alam semesta yang mengembang tetap tidak berubah dari waktu ke waktu karena penciptaan materi yang berkelanjutan. Dengan kata lain, Alam Semesta yang dapat diamati pada dasarnya tetap sama terlepas dari waktu atau tempat. Ini sangat bertentangan dengan teori bahwa mayoritas materi diciptakan dalam satu peristiwa (Big Bang) dan telah berkembang sejak saat itu.
Asal
Sementara gagasan tentang Semesta yang stabil dan tidak berubah telah dianut sepanjang sejarah, baru pada periode modern awal para ilmuwan mulai menafsirkan ini dalam istilah astrofisika. Contoh jelas pertama dari ini sedang diperdebatkan dalam konteks astronomi dan kosmologi adalah di Isaac Newton Prinsip Matematika dari Filsafat Alam (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica) diterbitkan pada 1687.
Dalam magnum opus Newton, ia membuat konsep Semesta di luar Tata Surya sebagai ruang kosong yang terbentang seragam di semua arah hingga jarak yang tak terukur. Dia lebih lanjut menjelaskan melalui bukti dan pengamatan matematis bahwa semua gerak dan dinamika dalam sistem ini dijelaskan melalui prinsip tunggal gravitasi universal.
Namun, apa yang kemudian dikenal sebagai Hipotesa Steady State tidak muncul sampai awal abad ke-20. Model kosmologis ini diilhami oleh sejumlah penemuan, serta terobosan di bidang fisika teoretis. Ini termasuk Teori Relativitas Umum Albert Einstein dan pengamatan Edwin Hubble bahwa Semesta dalam keadaan ekspansi.
Einstein memformalkan teori ini pada tahun 1915 setelah memutuskan untuk memperluas teorinya tentang Relativitas Khusus untuk menggabungkan gravitasi. Pada akhirnya, teori ini menyatakan bahwa gaya gravitasi materi dan energi secara langsung mengubah lengkungan ruangwaktu di sekitarnya. Atau seperti fisikawan teoretis terkenal John Wheeler meringkasnya, “ruang-waktu memberi tahu bagaimana cara bergerak; materi memberi tahu ruang-waktu bagaimana melengkung. "
Pada tahun 1917, perhitungan teoritis berdasarkan persamaan bidang Einstein menunjukkan bahwa Semesta harus berada dalam kondisi ekspansi atau kontraksi. Pada tahun 1929, pengamatan yang dilakukan oleh George Lemaitre (yang mengusulkan Teori Big Bang) dan Edwin Hubble (menggunakan teleskop Hooker 100 inci di Mount Wilson Observatory) menunjukkan bahwa yang terakhir adalah kasusnya.
Berdasarkan wahyu-wahyu ini, perdebatan dimulai pada tahun 1930-an tentang kemungkinan asal usul dan sifat sejati Alam Semesta dimulai. Di satu sisi, ada orang-orang yang menyatakan bahwa Alam Semesta terbatas dalam usia dan berevolusi seiring berjalannya waktu melalui pendinginan, ekspansi, dan pembentukan struktur akibat keruntuhan gravitasi. Teori ini secara satir dinamai "Big Bang" oleh Fred Hoyle, dan namanya macet.
Sementara itu, sebagian besar astronom pada waktu itu berpegang pada teori bahwa sementara Alam Semesta yang diamati meluas, namun demikian tidak berubah dalam hal kepadatan materi. Singkatnya, para pendukung teori ini berpendapat bahwa Alam Semesta tidak memiliki awal, tanpa akhir, dan materi terus menerus diciptakan dari waktu ke waktu - dengan kecepatan satu atom hidrogen per meter kubik per 100 miliar tahun.
Teori ini juga memperluas Prinsip Kosmologis Einstein, alias. Constant Kosmologis (CC), yang diusulkan Einstein pada tahun 1931. Menurut Einstein, gaya ini bertanggung jawab untuk "menahan gravitasi" dan memastikan bahwa Semesta tetap stabil, homogen, dan isotropik dalam hal struktur berskala besar.
Memodifikasi prinsip ini dan memperluasnya, anggota aliran pemikiran Negeri Tunak berpendapat bahwa itu adalah penciptaan materi yang terus menerus yang memastikan bahwa struktur Semesta tetap sama sepanjang waktu. Ini sebaliknya dikenal sebagai prinsip kosmologis yang sempurna, yang melembutkan Hipotesis Keadaan Tunak.
Teori Steady State menjadi dikenal luas pada tahun 1948 dengan penerbitan dua makalah: "Sebuah Model Baru untuk Semesta yang Berkembang" oleh astronom Inggris Fred Hoyle, dan "The Steady-State Theory dan Expanding Universe" oleh ahli astrofisika Inggris-Austria dan tim kosmologis Hermann Bondi dan Thomas Gold.
Argumen dan Prediksi Utama
Argumen yang mendukung Steady State Hypothesis mencakup masalah skala waktu yang muncul oleh laju ekspansi kosmik yang diamati (alias. Konstanta Hubble atau hukum Hubble-Lemaitre). Berdasarkan pengamatan Hubble terhadap galaksi-galaksi di dekatnya, ia menghitung bahwa Alam Semesta mengembang dengan kecepatan yang meningkat secara sistematis seiring dengan jarak.
Ini memunculkan gagasan bahwa Semesta mulai mengembang dari volume ruang yang jauh lebih kecil. Dengan tidak adanya akselerasi / perlambatan - 500 km / s per Megaparsec (310 mps per Mpc) - Konstan Hubble berarti bahwa semua materi telah berkembang selama sekitar 2 miliar tahun - yang juga akan menjadi usia tertinggi Semesta.
Temuan ini bertentangan dengan penanggalan radioaktif, di mana para ilmuwan mengukur tingkat peluruhan deposit Uranium-238 dan Plutonium-205 dalam sampel batuan. Dengan menggunakan metode ini, sampel batuan tertua (yang berasal dari bulan), diperkirakan berumur 4,6 miliar tahun. Ketidakcocokan lain muncul sebagai akibat dari teori evolusi bintang.
Singkatnya, tingkat di mana hidrogen menyatu di bagian dalam bintang (untuk membuat helium) menghasilkan perkiraan usia atas 10 miliar tahun untuk gugus bola - bintang tertua di galaksi. Terlebih lagi, tidak ada evolusi dalam jarak yang jauh dapat terjadi dalam model ini - yang berarti sumber radio - alias. quasar atau Active Galactic Nuclei (AGNs) - akan seragam di seluruh Semesta.
Ini juga berarti bahwa Konstan Hubble (seperti yang dihitung pada awal abad ke-20) akan tetap konstan. Model Steady-State juga meramalkan bahwa penciptaan antimateri dan neutron yang mantap akan menghasilkan pemusnahan dan peluruhan neutron secara teratur, sehingga mengarah pada keberadaan latar belakang sinar gamma dan gas pemancar sinar-x panas di seluruh Semesta.
Big Bang For The Win
Namun, pengamatan yang sedang berlangsung selama tahun 1950-an dan 1960-an terus mengarah pada penumpukan bukti terhadap Steady State Hypothesis. Ini termasuk penemuan sumber radio yang cerah (alias. Quasar dan galaksi radio) yang ditemukan di galaksi yang jauh tetapi bukan yang terdekat dengan kita - menunjukkan bahwa banyak galaksi menjadi "radio-quiet" dari waktu ke waktu.
Pada 1961, survei sumber radio memungkinkan dilakukannya analisis statistik, yang mengesampingkan kemungkinan bahwa galaksi radio yang terang terdistribusi secara seragam. Argumen utama lainnya terhadap Steady State Hypothesis adalah penemuan Cosmic Microwave Background (CMB) pada tahun 1964, yang diprediksi oleh model Big Bang.
Dikombinasikan dengan tidak adanya latar belakang sinar gamma dan awan gas pemancar sinar-x yang meresap, model Big Bang menjadi diterima secara luas pada 1960-an. Pada 1990-an, pengamatan dengan Teleskop Luar Angkasa Hubble dan observatorium lain juga menemukan bahwa ekspansi kosmik tidak konsisten dari waktu ke waktu. Selama tiga miliar tahun terakhir, nyatanya, ini semakin cepat.
Ini telah menyebabkan beberapa penyempurnaan dari Konstan Hubble. Berdasarkan data yang dikumpulkan oleh Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), laju ekspansi kosmik saat ini diperkirakan antara 70 dan 73,8 km / s per Mpc (43,5 hingga 46 mps per Mpc) dengan margin kesalahan 3%. Nilai-nilai ini jauh lebih konsisten dengan pengamatan yang menempatkan usia Alam Semesta sekitar 13,8 miliar tahun.
Varian Modern
Mulai tahun 1993, Fred Hoyle dan astrofisikawan Geoffrey Burbidge dan Jayant V. Narlikar mulai menerbitkan serangkaian studi di mana mereka mengusulkan versi baru dari Hipotesis Steady State. Dikenal sebagai Quasi-Steady-State hipotesis (QSS), variasi ini berusaha menjelaskan fenomena kosmologis yang tidak dijelaskan oleh teori lama.
Model ini menunjukkan bahwa Semesta adalah hasil kantong penciptaan (alias poni mini) yang terjadi selama miliaran tahun. Model ini dimodifikasi sebagai respons terhadap data yang menunjukkan bagaimana laju ekspansi Semesta dipercepat. Terlepas dari modifikasi ini, komunitas astronomi masih menganggap Big Bang sebagai model terbaik untuk menjelaskan semua fenomena yang dapat diamati.
Saat ini, model ini dikenal sebagai model Lambda-Cold Dark Matter (LCDM), yang menggabungkan teori saat ini tentang Dark Matter dan Dark Energy dengan teori Big Bang. Terlepas dari itu, Hipotesis Keadaan Tunak (dan varian-varian darinya) masih diadvokasi oleh beberapa ahli astrofisika dan kosmolog. Dan itu bukan satu-satunya alternatif untuk Big Bang Kosmologi ...
Kami telah menulis banyak artikel tentang kosmologi di sini di Space Magazine. Inilah Apa Semesta, Teori Dentuman Besar: Evolusi Alam Semesta Kita, Apa Teori Semesta Berosilasi ?, Apa The Big Rip ?, Apa Teori Multiverse?, Apa Teori Superstring ?, Apa itu Latar Belakang Kosmik Microwave? , The Big Crunch: The End of Our Universe ?, Apakah Big Freeze ?, dan Kosmologi 101: The End.
Pemeran Astronomi juga beberapa episode menarik tentang subjek ini. Inilah Episode 5: The Big Bang dan Cosmic Microwave Background, Episode 6: Lebih Banyak Bukti untuk Big Bang, Episode 79: Seberapa Besar Semesta ?, Episode 187: Sejarah Astronomi, Bagian 5: Abad ke-20, dan Episode 499: Apa yang Diusulkan Hukum Hubble-Lemaitre ?.
Sumber:
- Wikipedia - Prinsip Kosmologis
- Wikipedia - Hipotesis Kondisi Tunak
- Gagasan Kosmologi - Big Bang atau Steady State?
- Encyclopedia Britannica - Steady-State Theory
- UBC Astronomi dan Astrofisika - Masalah Fundamental dalam Kosmologi
- "Model Baru untuk Alam Semesta yang Meluas," Hoyle, F. MNRAS, vol. 108, tidak. 372 (1948)
- "Negara-Kuasi-Stabil dan Model Kosmologis Terkait: Tinjauan Historis," Kragh. H. (2012)
- "Teori Stabil-Alam Semesta yang Berkembang," MNRAS, vol. 108, hlm. 252 (1948)
- "Teori steady-state Einstein: model kosmos yang ditinggalkan," The European Physical Journal H, vol. 39, hal. 353-367 (2014)
- "Model Kosmologis Keadaan Stabil dengan Penciptaan Materi," Hoyle, F .; Burbidge, G .; Narlikar, J. V., Jurnal Astrophysical v. 410, p. 437 (1993)
