Tepat 100 tahun yang lalu, konsep kita tentang alam semesta sangat berbeda dengan saat ini. Orang-orang tahu tentang bintang-bintang di Bima Sakti dan tahu tentang jarak ke mereka, tetapi tidak ada yang tahu apa yang ada di belakang mereka. Alam semesta dianggap statis, spiral dan elips di langit dianggap sebagai objek galaksi kita sendiri. Gravitasi Newtonian belum dilampaui oleh teori baru Einstein, dan gagasan ilmiah seperti Big Bang, materi gelap, dan materi gelap belum terdengar. Tapi kemudian, secara harfiah setiap dekade, terobosan demi terobosan mulai terjadi, dan seterusnya hingga hari ini. Ini adalah kronik Medium.com Ethan Siegel tentang bagaimana pemahaman kita tentang alam semesta telah berubah selama seratus tahun terakhir.
Hasil ekspedisi Eddington tahun 1919 menunjukkan bahwa relativitas umum menggambarkan kelengkungan cahaya bintang di dekat benda masif.
1910-an: Teori Einstein dikonfirmasi. Relativitas umum menjadi terkenal karena memberikan prediksi yang tidak dapat diberikan oleh teori Newton: presesi orbit Merkurius mengelilingi Matahari. Tetapi teori ilmiah tidak cukup hanya menjelaskan sesuatu yang telah kami amati; dia harus memberikan prediksi tentang apa yang belum kami lihat. Meskipun ada banyak hal dalam seratus tahun terakhir - pelebaran waktu gravitasi, pelensaan yang kuat dan lemah, pergeseran merah gravitasi, dan seterusnya - yang pertama adalah kelengkungan cahaya bintang selama gerhana matahari total, yang diamati oleh Eddington dan rekan-rekannya pada tahun 1919. Laju kelengkungan cahaya di sekitar Matahari konsisten dengan prediksi Einstein dan tidak konsisten dengan teori Newton. Sejak itu, pemahaman kita tentang alam semesta berubah selamanya.
Penemuan Hubble tentang variabel Cepheid di galaksi Andromeda, M31, membuka alam semesta bagi kita
1920-an. Kami belum tahu ada alam semesta di luar Bima Sakti, tapi itu semua berubah pada 1920-an berkat karya Edwin Hubble. Dengan mengamati beberapa nebula spiral di langit, dia dapat menentukan bintang variabel individu dari jenis yang sama yang dikenal di Bima Sakti. Hanya kecerahannya yang begitu rendah sehingga secara langsung menunjukkan jutaan tahun cahaya di antara kita, menempatkannya jauh di luar batas galaksi kita. Hubble tidak berhenti sampai di situ. Dia mengukur laju resesi dan jarak ke lusinan galaksi, secara signifikan memperluas batas alam semesta yang diketahui.
Dua galaksi besar terang di tengah cluster Coma, NGC 4889 (kiri) dan NGC 4874 (kanan) yang sedikit lebih kecil, masing-masing berukuran lebih dari satu juta tahun cahaya. Halo materi gelap yang sangat besar diyakini mengalir melalui seluruh cluster.
1930-an. Telah lama diperkirakan bahwa jika Anda dapat mengukur semua massa yang terkandung dalam bintang, dan mungkin menambahkan gas dan debu, Anda dapat menghitung semua materi di alam semesta. Namun, dengan mengamati galaksi dalam gugus padat (seperti gugus Koma), Fritz Zwicky menunjukkan bahwa bintang dan apa yang disebut "materi biasa" (yaitu atom) tidak cukup untuk menjelaskan gerak internal gugus ini. Dia menyebut materi baru materi gelap (dunkle materie), dan pengamatannya sebagian besar diabaikan hingga tahun 1970-an. Kemudian mereka mempelajari materi biasa dengan lebih baik dan ternyata ada cukup banyak materi gelap di masing-masing galaksi yang berputar. Sekarang kita tahu bahwa materi gelap 5 kali lebih masif dari materi biasa.
1940-an. Meskipun sebagian besar sumber eksperimental dan pengamatan digunakan untuk satelit pengintai, rekayasa roket, dan pengembangan teknologi nuklir, fisikawan teoretis terus bekerja tanpa lelah. Pada tahun 1945, Georgy Gamow membuat ekstrapolasi lengkap dari alam semesta yang mengembang: jika alam semesta mengembang dan mendingin hari ini, ia seharusnya lebih padat dan lebih panas di masa lalu. Oleh karena itu, dahulu kala ada saat alam semesta terlalu panas dan atom netral tidak dapat terbentuk, dan sebelumnya inti atom tidak dapat terbentuk. Jika demikian, maka sebelum pembentukan bintang mana pun, materi Semesta dimulai dengan unsur-unsur paling ringan, dan di zaman kita ini, Anda dapat mengamati sisa cahaya suhu itu ke segala arah - hanya beberapa derajat di atas nol mutlak. Saat ini teori ini dikenal sebagai teori Big Bang.dan di tahun 1940-an mereka bahkan tidak tahu betapa cantiknya dia.
Video promosi:
1950-an. Ide saingan dengan hipotesis Big Bang adalah model diam alam semesta, yang dikemukakan oleh Fred Hoyle dan lainnya. Secara signifikan, kedua belah pihak berpendapat bahwa semua unsur berat yang ada di Bumi saat ini terbentuk di alam semesta awal. Hoyle dan rekan-rekannya berpendapat bahwa mereka tidak dibuat dalam keadaan awal, panas, dan padat, melainkan pada generasi bintang sebelumnya. Hoyle, bersama rekannya Willie Fowler dan Margaret Burbidge, menjelaskan secara rinci bagaimana unsur-unsur menyusun tabel periodik selama fusi nuklir di bintang. Yang cukup menarik, mereka meramalkan sintesis karbon dari helium dalam proses yang belum pernah kami lihat sebelumnya: proses alfa rangkap tiga yang membutuhkan keadaan karbon baru. Keadaan ini ditemukan oleh Fowler beberapa tahun setelah prediksi asli Hoyle dan sekarang dikenal sebagai keadaan karbon Hoyle. Jadi, kami menemukan bahwa semua elemen berat yang ada di Bumi berasal dari semua generasi bintang sebelumnya.
Jika kita bisa melihat cahaya gelombang mikro, langit malam akan terlihat seperti oval hijau dengan suhu 2,7 Kelvin, dengan “kebisingan” di tengahnya dari kontribusi panas dari bidang galaksi kita. Radiasi seragam dengan spektrum benda hitam ini menunjukkan pijar dari Big Bang: ini adalah latar belakang gelombang mikro kosmik.
1960-an. Setelah 20 tahun berdiskusi, sebuah observasi kunci yang akan menentukan sejarah alam semesta dibuat: penemuan prediksi pijar dari Big Bang, atau latar belakang gelombang mikro kosmik. Radiasi seragam dengan suhu 2,725 Kelvin ini ditemukan pada tahun 1965 oleh Arno Penzias dan Bob Wilson, yang keduanya tidak segera mengetahui apa yang mereka temukan. Hanya dengan berjalannya waktu spektrum benda hitam dari radiasi ini dan fluktuasinya diukur dan menunjukkan bahwa alam semesta kita dimulai dengan sebuah "ledakan".
Tahap paling awal dari Semesta, bahkan sebelum Big Bang, meletakkan semua kondisi asli untuk segala sesuatu yang kita lihat hari ini. Itu adalah ide besar Alan Guth: inflasi kosmik
1970-anPada akhir 1979, ilmuwan muda itu menetaskan idenya. Alan Guth sedang mencari cara untuk memecahkan beberapa masalah Big Bang yang tidak dapat dijelaskan - mengapa alam semesta begitu datar di ruang angkasa, mengapa suhunya sama di segala arah, dan mengapa tidak ada peninggalan energi tertinggi di dalamnya - dan muncul dengan ide inflasi kosmik. Menurut ide ini, sebelum alam semesta memasuki keadaan padat panas, ada keadaan ekspansi eksponensial, ketika semua energi melekat pada struktur ruang angkasa. Dibutuhkan beberapa penyempurnaan dari gagasan asli Guth untuk membentuk teori inflasi modern, tetapi pengamatan selanjutnya - termasuk fluktuasi dalam latar belakang gelombang mikro kosmik - telah mengkonfirmasi prediksinya. Alam semesta tidak hanya dimulai dengan ledakan, tetapi juga memiliki keadaan khusus lain bahkan sebelum Big Bang ini terjadi.
Sisa-sisa supernova 1987a terletak di Awan Magellan Besar yang berjarak 165.000 tahun cahaya. Selama lebih dari tiga ratus abad, itu adalah supernova terdekat yang diamati ke Bumi
1980-an. Tampaknya tidak ada yang serius yang terjadi, tetapi pada tahun 1987 supernova terdekat diamati dari Bumi. Ini terjadi sekali setiap seratus tahun. Itu juga merupakan supernova pertama yang terjadi ketika kami memiliki detektor yang mampu mendeteksi neutrino dari peristiwa semacam itu. Meskipun kami telah melihat banyak supernova di galaksi lain, kami tidak pernah mengamati mereka cukup dekat untuk menyaksikan neutrino dari mereka. 20 atau lebih neutrino ini menandai awal dari astronomi neutrino dan perkembangan selanjutnya yang menyebabkan osilasi neutrino, deteksi massa neutrino dan neutrino neutrino dari supernova yang terjadi di galaksi yang berjarak jutaan tahun cahaya. Jika detektor modern kita berfungsi pada waktu yang tepat, ledakan supernova berikutnya akan memungkinkan ratusan ribu neutrino ditangkap.
Empat kemungkinan takdir alam semesta, di mana yang terakhir paling cocok dengan datanya: Alam semesta dengan energi gelap. Ini pertama kali ditemukan berkat pengamatan supernova jauh
1990-an. Jika Anda mengira bahwa materi gelap dan penemuan awal alam semesta adalah penemuan besar, bayangkan kejutan di tahun 1998 ketika mereka menemukan bahwa alam semesta akan segera berakhir. Secara historis, kami telah membayangkan tiga kemungkinan takdir:
- Ekspansi Alam Semesta tidak akan cukup untuk mengatasi tarikan gravitasi dari segala sesuatu dan semua orang, dan Semesta akan berkontraksi lagi dalam Kompresi Besar
- Ekspansi alam semesta akan terlalu banyak, dan segala sesuatu yang disatukan oleh gravitasi akan menyebar, dan alam semesta akan membeku
- Entah kita akan menemukan diri kita berada di perbatasan kedua hasil ini dan laju ekspansi secara asimtotik cenderung nol, tetapi tidak pernah mencapainya: Critical Universe
Sebaliknya, bagaimanapun, supernova jauh telah menunjukkan bahwa perluasan alam semesta semakin cepat dan, seiring berjalannya waktu, galaksi-galaksi jauh bergerak menjauh satu sama lain semakin cepat. Alam semesta tidak hanya akan membeku, tetapi semua galaksi yang tidak terikat satu sama lain pada akhirnya akan menghilang di luar cakrawala kosmik kita. Selain galaksi dalam grup lokal kami, tidak ada galaksi yang akan bertemu dengan Bima Sakti, dan nasib kami akan dingin dan kesepian. Dalam 100 miliar tahun, kita tidak akan melihat galaksi lain selain galaksi kita.
2000-an. Pengukuran kami atas fluktuasi (atau ketidaksempurnaan) setelah ledakan dahsyat mengajari kami hal-hal yang luar biasa: kami belajar dengan tepat dari apa alam semesta dibuat. Data COBE menggantikan data WMAP, yang kemudian diperbaiki oleh Planck. Secara keseluruhan, data dari struktur skala besar dari survei galaksi besar (seperti 2dF dan SDSS) dan data dari supernova jauh telah memberi kita gambaran modern tentang alam semesta:
- 0,01% radiasi dalam bentuk foton, - 0,1% neutrino, yang berkontribusi ringan pada lingkaran cahaya gravitasi yang mengelilingi galaksi dan gugus, - 4,9% materi biasa, yang mencakup segala sesuatu yang terdiri dari partikel atom, - 27% materi gelap, atau partikel misterius, tidak berinteraksi (selain secara gravitasi) yang menyediakan struktur alam semesta yang kita amati, - 68% energi gelap, yang melekat di ruang itu sendiri.
2010. Dekade ini belum berakhir, tetapi kami telah menemukan planet pertama yang berpotensi layak huni di Bumi (meskipun jaraknya sangat jauh), di antara ribuan dan ribuan exoplanet baru yang ditemukan oleh misi Kepler NASA. Ini mungkin bukan penemuan terbesar dalam dekade ini, karena deteksi langsung gelombang gravitasi LIGO mengkonfirmasi gambar yang diambil Einstein pada tahun 1915. Lebih dari satu abad setelah teori Einstein pertama kali menantang Newton, relativitas umum telah melalui semua uji coba dan uji yang ditawarkan.
Sejarah ilmiah masih ditulis, dan masih banyak yang bisa ditemukan di alam semesta. Tetapi 11 langkah tersebut membawa kita keluar dari alam semesta yang tidak diketahui usianya, tidak lebih besar dari galaksi kita, yang sebagian besar terdiri dari bintang-bintang, menuju alam semesta yang mengembang dan mendingin yang diatur oleh materi gelap, energi gelap, dan materi biasa kita. Ia berisi banyak planet yang berpotensi dapat dihuni, usianya 13,8 miliar tahun, dan itu dimulai dengan Big Bang, yang dengan sendirinya mengalir keluar dari inflasi kosmik. Kami belajar tentang asal mula alam semesta, tentang takdirnya, tentang penampilan, struktur dan ukurannya - dan selama lebih dari 100 tahun. Mungkin 100 tahun mendatang akan penuh kejutan yang bahkan tidak bisa kita bayangkan.
Ilya Khel
