DARK MATTER & DARK ENERGY

0

Apa itu Dark Matter ?

Sebelum saya membahas tentang dark matter & dark energy, saya ingin menekankan bahwa apa yang akan saya jabarkan di sini adalah simplifikasi dari konsep yang sebenarnya. Untuk mengetahui secara detail dan menyeluruh, Anda perlu membaca lebih lanjut jurnal ilmiah serta hasil penelitian terbaru berkaitan dengan substansi ini

Sebelum saya menjabarkan lebih jauh, saya ingin sedikit menceritakan kedua pendekatan dalam fisika. Dalam upaya mengungkap tabir misteri alam semesta, para ilmuwan fisika menggunakan 2 pendekatan, yang pertama pendekatan observational/pengamatan (experimental physics) dan yang kedua adalah pendekatan secara teoritis (theoretical physics). Dalam upaya mendapatkan jawaban tersebut, kedua pendekatan ini saling melengkapi dan saling mengoreksi satu sama lain.

======================================================================
Pada awalnya para ilmuwan beranggapan bahwa seluruh materi dan energi yang tersusun dari proton, neutron, dan elektron mencakup semua substansi yang ada di jagat raya ini. Akan tetapi berdasarkan pengamatan terhadap benda-benda langit (astronomical observation), ternyata ada bentuk materi dan energi yang kasat mata namun berperan besar terhadap berbagai fenomena fisika yang terjadi di seluruh alam semesta. Materi dan energi itulah yang kemudian diberi nama Dark Matter dan Dark Energy.

DARK MATTER

———————
Perkembangan teori tentang dark matter ini berjalan berdasarkan proses observasi dan pendekatan matematis yang sangat panjang, penuh dengan koreksi, sanggahan, kemudian diperkuat kembali, hingga menjadi hipotesa kuat sampai dengan saat ini. Proses dari perkembangan teori ini bisa Anda lihat di timeline cosmological theories. Untuk mempermudah, Anda bisa langsung lihat dan perdalam materinya sejak Edwin Hubble pada tahun 1924 mengetahui bahwa alam semesta ini terdiri dari begitu banyak galaksi.

Untuk mempermudah pemahaman tentang dark matter, saya akan mencoba merangkum dan menyederhanakan semua hasil observasi dan pendekatan matematis terhadap sejarah terbentuknya konsep ini, sebagai berikut:

Singkat cerita…

Secara teoritis, diketahui bahwa total force yang dibutuhkan untuk memicu Big Bang adalah dengan besaran tertentu (katakanlah sebesar X). Sedangkan secara observational, jumlah force yang bisa dideteksi ternyata tidak sebesar X, melainkan lebih kecil dari X, katakanlah sebesar Y.
Berarti secara teoritis ada suatu force yang “menghambat” ekspansi laju X menjadi sebesar Y, force itulah yang kita namakan sebagai gravitasi, dan secara matematis sederhana ditulis sebagai M = X-Y.

Kemudian secara observational, para ahli astrofisika kembali menemukan fakta unik, bahwa ternyata total force gravitasi di alam semesta ini tidak sejumlah M, tapi lebih kecil dari itu, kali ini ilmuwan menyepakati dengan sebutan m (m huruf kecil).

Selisih antara M besar dengan m kecil (M-m) atau (delta M = △M) inilah yang disebut dengan DARK MATTER.
Dark matter ini berperan besar dalam interaksinya dengan gravitasi di seluruh jagat raya serta bertanggung jawab terhadap keteraturan dari kecepatan rotasi yang (hampir) konstan dari seluruh galaxy di alam semesta.

Dark matter ini disebut dark karena dia tidak dapat berinteraksi dengan electromagnetic fields (cahaya). Sifat inilah yang menyebabkan dark matter tidak dapat dilihat oleh kita. Kemudian materi ini disebut matter, karena sifat satu-satunya yang bisa kita ketahui adalah bahwa materi ini bisa mempengaruhi gravitasi.

Sejauh ini telah banyak dilakukan upaya untuk mendeteksi adanya dark matter, tetapi hasilnya belum memuaskan. Terlepas dari sifatnya yang belum bisa kita observasi, tidak lantas kita bisa mengatakan bahwa materi ini tidak ada. Karena pada dasarnya tetaplah ada materi yang berinteraksi dengan gravitasi dan bertanggung jawab terhadap mekanisme interaksi materi di semua galaxy di jagat raya ini sehingga seluruh materi di dalam galaxy berotasi secara (hampir) konstan—sedangkan Dark Matter hanyalah masalah penamaan terhadap materi ini.
Jadi memang secara observasi dark matter ini belum bisa dibuktikan, tapi sejauh ini para ilmuwan memiliki inferential evidence yang sangat kuat bahwa substansi ini hampir pasti benar-benar ada.

PENGEMBANGAN ALAM SEMETA

0

Kecepatan pengembangan alam semesta yang diukur saat ini adalah 74.3 ± 2.1 km/s / megaparsec.
Mengapa kecepatan mengembangnya ditambahi “per megaparsec” ?
=========================
Karena untuk setiap megaparsec jarak dari pengamat, kecepatan expansi alam semesta bertambah 74.3 ± 2.1 km/detik
1 megaparsec = 1 juta parsec
1 parsec = 3,26 tahun cahaya atau 31 triliun km.
——————————————–

Apa Gravitasi Mempengaruhi Waktu? Bagaimana dengan kecepatan?
==========================
waktu berjalan lebih cepat diketinggian, apalagi di angkasa. Kalau mau lebih muda beberapa detik tinggal di dasar laut, semakin dekat ke pusat gravitasi waktu berjalan lebih lambat. Cerita mengenai lebih muda di angkasa adalah jika mampu bepergian melebihi kecepatan cahaya sehingga memundurkan waktu, maka pulangnya bisa lebih muda.
beda cerita Di ISS waktu berjalan lebih lambat daripada di bumi, karena ISS juga bergerak sangat cepat, ingat ada efek Special Relativity dan General Relativity juga yang mempengaruhi Time Dilation.

Sementara perbedaan waktu di ISS bukan karena gravitasi, tapi karena kecepatan mengorbit ISS itu sendiri yang amat sangat cepat dibandingkan rotasi bumi. Kecepatan rotasi bumi sekitar 1.666 KM/H (keliling equator dibagi 24 jam), sedangkan kecepatan ISS sendiri 28.164 KM/H. Makanya crew di ISS mengelilingi bumi satu putaran setiap 90 menit di ISS, berarti kan mereka bisa melihat matahari terbit dan matahari terbenam setiap 45 menit

WE ARE INSIGNIFICANT

0

Who are we? We find that we live on an insignificant planet of a humdrum star lost in a galaxy tucked away in some forgotten corner of a universe in which there are far more galaxies than people. – Carl Sagan

Ada apa sebelum universe? Jawabannya ada bigbang-Pertanyaan selanjutnya ada apa sebelum Big-Bang? “Sebelum BigBang ada kegelapan (Darkness), anda juga bisa menyebutnya Nothing, tapi dalam pengertian baru, dimana Nothing bukanlah sebuah kondisi “Kosong” atau “Hampa”, tapi sebuah kondisi ketidakstabilan materi dimana interaksi yang terjadi pada level itu adalah chaos, science terutama particle physic menyebutnya quantum mechanic.

Quantum mechanic adalah sebuah theory yang sanggup menjelaskan alam semesta pada level subatomic, pertanyaan apa yang terjadi sebelum bigbang bisa didekati dengan quantum mechanic, dalam buku yang ditulis dengan elegant oleh Lawrence M Krauss “The Universe From Nothing” dijelaskan bahwa, pertanyaan mengapa sesuatu yang ada lebih baik dari pada sesuatu yang tidak ada, karena sesuatu yang ada bisa diamati, diteliti, kemudian diuji coba melalui experiment. Dan proses uji coba ini telah berlangsung sejak 500th terakhir sejak era copernicus.

Ide tentang alam semesta (Universe) telah menjadi imaginasi tertinggi dari manusia sejak lama, dimana dimasa lalu manusia percaya bahwa alam semesta ini diciptakan oleh sesuatu kekuatan besar yang tak terdeteksi, tak terjangkau bahkan oleh nalar manusia, concept ini dikenal dengan nama “GOD”, tuhanlah yang bertanggungjawab menciptakan alam semesta ini, dan tidak ada keraguan dalam koncep itu.

Pertanyaan yang bisa diajukan adalah, mengapa konsep “tuhan” tidak bisa dipertanyakan?” alasan yang paling sederhana adalah karena konsep itu sudah final, harga mati dan manusia sebagi mahluk yang lemah akalnya tidak diperkenankan untuk mempertanyakan konsep itu, apapun dan dimanapun kondisinya, dan bagi siapapun yang dengan berani mempertanyakan konsep itu maka akan siap denga konsekwensi yang paling mengerikan dari otoritas agama yang mengclaim sebagai wakil tuhan diatas planet ini.

Dalam sejarah perkembangan kesadaran manusia, mereka yang memcoba mempertanyakan konsep itu harus berhadapan dengan “kematian”, Giordano Bruno seorang ilmuan, philosopher italia 1548-1600 harus mati secara mengenaskan karena mencoba memberikan perspektif baru atas dunia tempat species manusia hidup.

Artinya agama yang sejak lama mencoba mendominasi pikiran manusia atas realitas yang complex, dan tidak membiarkan pikiran-pikiran alternatif muncul dari manusia merdeka seperti G.Bruno untuk menjelaskan bagaimana sebenarnya alam semesta dan realitasya bekerja.

Gagalnya agama dalam menjawab pertanyaan-pertanyaan fundamental seperti dari mana semua materi ini berasal, atau mengapa bumi itu bulat dan tidak kotak?”atau mengapa manusia memiliki kemampuan menganalisa, membangun dan sekaligus menghancurkan tidak sanggup dijawab secara menyakinkan oleh agama. Kemudian science lahir dari manusia-manusia Curios seperti Copernicus, yang mencoba memberikan penjelasan logis dan membantah theory ptolemy yang menyebutkan bahwa bumi adalah pusat dari alam semesta, yang terbukti dikemudian hari memang keliru, bumi bukanlah pusat dari alam semesta, dan bumi juga bukan pusat dari tata surya.

Artinya apa yang dipahami oleh manusia dimasa lalu, terutama mereka yang nongkrong dibarisan otoritas agama, salah, dan bisa anda bayangkan ada berapa juta manusia yang sudah terlanjur percaya dengan theory-theory yang disodorkan oleh agama, terutama otoritas gereja saat itu. Jutaan manusia telah tertipu, jutaan manusia telah percaya pada sesuatu yang keliru dan bagi saya itu adalah pelajaran yang sangat berharga bagi kemanusiaan.

Science tidak mengclaim mengetahui segalanya, science juga bukan hanya soal kepastian (Certain), tapi pada level paling fundamental science justru adalah ketidakpastian (Uncertain) dan disanalah menariknya science, mencoba menjelaskan sesuatu yang “Unknown” menjadi “Known”, dimana 500th yang lalu manusia percaya matahari bekerja mengelilingi bumi, namun setelah science lahir “kepercayaan” itu kemudian direvisi sesuai dengan kenyataan yang sesunguhnya. Inilah science, bekerja berdasarkan methode yang ketat, jelas dan harus melewati experiment, tanpa itu tidak ada yang namanya science.

Seorang teman mengirimkan tulisan menarik kepada saya, yang judulnya “RUNTUHNYA PEMUJA SAINTIK, TAPAL BATAS SAINS — ada apa sebelum universe ?–

Secara umum tulisan ini cukup menarik dan “akurat” dalam argument, namun menjadi runtuh ketika kawan ini mencoba memasukkan variabel Qur’an dalam menjelaskan bagaimana alam semesta bekerja, apa yang terjadi sebelum bigbang, karena pertanyaan”ada apa sebelum universe”saya kira kurang akurat.

Terakhir, untuk menutup catatan singkat ini, saya ingin menampilkan quote singkat dari seorang Ilmuan yang bertanggung jawab melahirkan Quantum Mechanic, Warner Heisenberg, “Bukan hanya Quantum Mechanic itu weird, dalam pikiran kita, tapi weird dalam Imaginasi terjauh yang pernah dijangkau oleh manusia”, ini terjemahan bebas dari saya.

CASIMIR EFFECT/EFEK

0

SOMETHING FROM NOTHING – DARI KETIADAAN MENJADI ADA : BISAKAH KETIADAAN MEMBUAT SESUATU YANG BISA DISEBUT “ADA”

“Sesuatu itu harus diciptakan dari ketidak adaan. Bila anda mencoba menciptakan sesuatu dari yang ada, maka anda hanya mengubahnya. Jadi untuk menciptakan sesuatu anda harus mampu menciptakan ketidak adaan.” – Werner Erhard
________________________________________

Pertanyaan ini akan dibahas bukan secara filsafati atau teologis, namun secara fisika. Dalam fisika, dapatkah anda mendapatkan sesuatu dari ketidak adaan? Dan jika bisa, apa yang bisa dan tidak bisa anda dapatkan?

Jawabannya ya, dan ada banyak cara. Faktanya, dalam banyak cara, mendapatkan sesuatu dari ketiadaan itu tidak dapat dihindarkan! (Walaupun tidak harus mendapatkan apapun yang anda inginkan.)

Sebagai contoh, ambil sebuah kotak dan kosongkan isinya, jadi apa yang anda miliki sekarang adalah ruang yang kosong total. Sebuah vakum yang ideal, sempurna dan kosong. Sekarang, apa yang ada dalam kotak tersebut?

Apakah menurut anda ketidak adaan? Tidak, ruang kosong tidaklah mungkin bisa benar-benar kosong.

Salah satu konsekuensi Prinsip Ketidakpastian Heisenberg – bahwa anda tidak dapat mengetahui energi keadaan kuantum dengan pasti dalam durasi waktu terbatas – berarti ketika anda bicara tentang selang waktu yang sangat singkat, ada ketidakpastian yang sangat besar dalam energi sebuah sistem. Dalam skala waktu yang cukup singkat, energinya cukup besar sehingga pasangan partikel-antipartikel muncul dan lenyap dari eksistensi setiap saat!

Gila? Apa buktinya?

Ambil dua lempeng logam sejajar, tidak bermuatan dan identik lalu letakkan berdekatan satu sama lain. Gejolak vakum diantara lempeng menyebabkan adanya tekanan yang mendorong kedua lempeng mendekat. Ini bukan gaya gravitasi atau gaya elektromagnet, namun karena gaya yang hadir dalam ruang kosong itu sendiri.

Eksperimen ini disebut efek Casimir – pertama kali dilakukan tahun 1948 dan telah diulang berkali-kali (dalam berbagai kondisi) – adalah sukses nyata dan memiliki banyak konsekuensi yang dimanfaatkan film fiksi ilmiah maupun fisika.

Ruang didekat lubang hitam misalnya, berisi dengan pasangan partikel-antipartikel, sama seperti ruang kosong di tempat lain. Namun ciptakan sepasang partikel-antipartikel di cakrawala peristiwa, maka salah satunya akan tersedot masuk ke dalam lubang hitam! Satunya lagi, yang jaraknya lebih jauh dari cakrawala peristiwa, dapat lolos, membawa energinya kabur, dan menjadi real. Partikel yang kabur ini disebut radiasi hawking.

Ketika alam semesta mengembang, atau mengembang secara eksponensial (sebelum Big Bang), gejolak kuantum juga mengembang, dan terentang di Alam Semesta lebih cepat daripada jarak dimana mereka mampu saling menghancurkan. Gejolak ini menunjukkan daerah-daerah dengan energi yang sedikit lebih (untuk gejolak positif) atau kurang (gejolak negatif) yang kemudian tumbuh menjadi struktur seperti kluster, galaksi, bintang dan void seiring bertambahnya usia Alam Semesta.

Dan jika anda mulai dengan energi yang cukup, anda dapat menjadikan real semua pasangan materi dan antimateri yang ada, dan keadaan dimana lebih banyak materi daripada antimateri, telah memberi kita Alam Semesta dimana kita punya sesuatu, bukannya tidak punya.
Sekarang kita tahu bahwa sesuatu dapat ada dari ketidak adaan. Namun ada banyak kendala yang belum dapat kita lewat dari memperoleh apapun dari ketidak adaan: melanggar kekekalan muatan atau energi, menurunkan entropi total alam semesta, atau mencari tahu dari mana alam semesta kita muncul.

Jelas kita dapat memperoleh sesuatu dari ketiadaan; teori medan kuantum bukan hanya mengizinkannya, ia menuntutnya. Namun masih belum jelas apakah kita dapat memperoleh segalanya dari ketidak adaan.

Referensi lanjut :
Ethan Siegel. March 1, 2010. The Greatest Story Ever Told — 05 — Matter vs. Antimatter. Scienceblogs
Ethan Siegel. March 2, 2010. More on Matter vs. Antimatter, Scienceblogs
Ethan Siegel. January 12, 2010. Q & A: Did Inflation Happen Before the Big Bang? Scienceblogs

ATOM : MORE SMALLER THAN AN ATOM

0

MORE SMALLER THAN AN ATOM

Atom bukan lagi merupakan suatu zat terkecil yang tidak dapat diuraikan lagi atas komponennya. Berturut-turut penemuan elektron oleh J. J. Thomson (1897), inti atom dan proton oleh Rutherford (1911), dan neutron oleh Chadwick (1932) meruntuhkan postulat atom sebagai partikel titik. Sebagai pengetahuan lanjutan saat itu telah dikenal adanya partikel pembentuk atom yaitu proton dan neutron dalam inti atom dan dikelilingi oleh elektron. Partikel-partikel elementer di atas sudah sangat dikenal dan merupakan partikel yang stabil. Proton dan neutron sebagai pembentuk inti atom juga disebut sebagai nukleon.

Dewasa ini para ahli fisika baik dalam bidang eksperimen maupun teori memiliki perhatian khusus dengan permasalahan partikel elementer, menurut mereka hal tersebut sangat menarik. Penelitian tentang partikel elementer terus berkembang dan pada tahun 1950-an dunia pengetahuan tentang partikel elementer ini mengalami penyempurnaan yang sangat baru dimana proton, elektron, dan partikel elementer lain tidak merupakan partikel dasar yang sebenarnya tetapi terdiri dari partikel elementer yang lebih kecil lagi.

Pada tahun 1964 Murray Gell-mann dan George Zwei mempublikasikan proposal baru tentang partikel titik. Perilaku ratusan partikel dapat dijelaskan sebagai kombinasi dari elemen fundamental yang sekarang disebut Quark. Quark merupakan partikel fundamental yang memiliki muatan listrik kelipatan pecahan dari muatan listrik elektron yaitu +2/3e dan -1/3e. Sampai saat sekarang kita mengenal 6 jenis kuark yang terdiri dari :

• Tipe up : u (up), c (charm), t (top)
• Tipe down : d (down), s (strange), b (beauty)

Quark u, c, t masing-masing memiliki muatan listrik sebesar +2/3e sedangkan quark d, s, b memiliki muatan listrik sebesar -1/3e. Secara umum quark disimbolkan dengan huruf q sedangkan anti-quark disimbolkan dengan . Jika suatu partikel terdiri dari tiga quark dalam susunannya maka disebut sebagai baryon sebagai contoh adalah proton yang terdiri dari quark uud sedangkan neutron terdiri dari kuark udd, maka proton dan neutron disebut juga sebagai baryon. Selanjutnya jika suatu partikel terdiri dari pasangan satu quark dan anti-quark maka disebut sebagai meson. Contoh meson yang sudah diketahui adalah meson (pion) terdiri dari pasangan quark u dan anti-quark . Baryon dan meson dapat pula dikelompokan sebagai hadron. Baru-baru ini ditemukan bukti keberadaan lima kombinasi quark membentuk partikel, disebut jenis pentaquark.

Lepton adalah salah satu golongan partikel fundamental yang terdiri dari elektron (e) sebagai partikel bermuatan negatif yang paling ringan, muon (μ) sebagai partikel bermuatan negatif, bermassa sekitar 200 kali lebih besar dari massa elektron dan tau (τ) sebagai partikel bermuatan negatif, bermassa sekitar 3500 lebih besar dari massa elektron. Selain ketiga jenis partikel elementer di atas terdapat pula tiga partikel elementer yang lain yang termasuk dalam lepton yaitu tiga jenis neutrino. Setiap neutrino diasosiasikan dengan setiap jenis partikel elementer di atas dan diberi nama masing-masing sebagai neutrino-elektron (), neutrino-muon () dan neutrino-tau (). Neutrino merupakan golongan lepton yang unik dimana selain tidak memiliki muatan listrik, neutrino juga tidak memiliki massa. Berdasarkan tata cara penggolongannya, lepton dapat dibagi atas 6 jenis yaitu :

• e (electron), μ (muon), τ(tau)
• νe (electron neutrino), νμ (muon neutrino), ντ (tau neutrino)

Sumber:
1. F. Halzen dan A.D. Martin (1984), Quarks and Leptons, Willey and Sons Inc.
2. A. Beiser (1981), Concepts Of Modern Physics, Mc Graw-Hill Inc.
3. Gambar dari google.co.id (quarks and leptons).