Kebesaran dan keragaman dunia sekitar dapat memukau imajinasi apa pun. Semua benda dan benda yang mengelilingi seseorang, orang lain, berbagai jenis tumbuhan dan hewan, partikel yang hanya dapat dilihat dengan mikroskop, serta gugusan bintang yang tidak dapat dipahami: semuanya disatukan oleh konsep "Alam Semesta".
Teori asal mula alam semesta telah dikembangkan oleh manusia sejak lama. Meskipun tidak ada bahkan konsep awal agama atau sains, dalam benak orang-orang kuno yang ingin tahu, muncul pertanyaan tentang prinsip-prinsip tatanan dunia dan tentang posisi seseorang di ruang yang mengelilinginya. Sulit untuk menghitung berapa banyak teori tentang asal usul Alam Semesta yang ada saat ini, beberapa di antaranya sedang dipelajari oleh para ilmuwan terkemuka dunia, yang lain terus terang fantastis.
Kosmologi dan subjeknya
Modernkosmologi - ilmu tentang struktur dan perkembangan alam semesta - menganggap pertanyaan tentang asal usulnya sebagai salah satu misteri yang paling menarik dan masih kurang dipelajari. Sifat proses yang berkontribusi pada kemunculan bintang, galaksi, tata surya dan planet, perkembangannya, sumber kemunculan Semesta, serta ukuran dan batasnya: semua ini hanyalah daftar singkat masalah yang dipelajari oleh ilmuwan modern.
Pencarian jawaban atas teka-teki mendasar tentang pembentukan dunia telah mengarah pada fakta bahwa saat ini ada berbagai teori tentang asal usul, keberadaan, perkembangan Alam Semesta. Kegembiraan para spesialis mencari jawaban, membangun, dan menguji hipotesis dibenarkan, karena teori yang andal tentang kelahiran Semesta akan mengungkapkan kepada seluruh umat manusia kemungkinan adanya kehidupan di sistem dan planet lain.
Teori asal usul alam semesta bersifat konsep ilmiah, hipotesis individu, ajaran agama, gagasan filosofis, dan mitos. Mereka semua secara kondisional dibagi menjadi dua kategori utama:
- Teori yang menyatakan bahwa Alam Semesta diciptakan oleh sang pencipta. Dengan kata lain, esensi mereka adalah bahwa proses penciptaan Semesta adalah tindakan sadar dan spiritual, manifestasi dari kehendak pikiran yang lebih tinggi.
- Teori asal usul Alam Semesta, dibangun berdasarkan faktor ilmiah. Postulat mereka dengan tegas menolak keberadaan pencipta dan kemungkinan penciptaan dunia secara sadar. Hipotesis semacam itu sering didasarkan pada apa yang disebut prinsip mediokritas. Mereka mengasumsikan kemungkinankehidupan tidak hanya di planet kita, tetapi juga di planet lain.
Creationism - teori penciptaan dunia oleh Sang Pencipta
Seperti namanya, kreasionisme adalah teori agama tentang asal usul alam semesta. Pandangan dunia ini didasarkan pada konsep penciptaan alam semesta, planet dan manusia oleh Tuhan atau Sang Pencipta.
Gagasan itu dominan sejak lama, hingga akhir abad ke-19, ketika proses akumulasi pengetahuan di berbagai bidang ilmu (biologi, astronomi, fisika) dipercepat, dan teori evolusi menyebar luas. Kreasionisme telah menjadi semacam reaksi orang Kristen yang menganut pandangan konservatif atas penemuan-penemuan yang dilakukan. Ide dominan perkembangan evolusioner pada saat itu hanya memperparah kontradiksi yang ada antara teori agama dan teori lainnya.
Apa perbedaan antara teori ilmiah dan agama
Perbedaan utama antara teori-teori dari berbagai kategori terutama terletak pada istilah yang digunakan oleh para penganutnya. Jadi, dalam hipotesis ilmiah, alih-alih pencipta - alam, dan alih-alih ciptaan - asal. Selain itu, ada masalah yang sama-sama ditutupi oleh teori yang berbeda atau bahkan sama sekali diduplikasi.
Teori asal usul Alam Semesta, yang termasuk dalam kategori yang berlawanan, menentukan tanggal kemunculannya dengan cara yang berbeda. Misalnya, menurut hipotesis paling umum (teori big bang), Alam Semesta terbentuk sekitar 13 miliar tahun yang lalu.
Sebaliknya, teori agama tentang asal usul alam semesta memberikan angka yang sama sekali berbeda:
- Menurut Christiansumber, umur alam semesta yang diciptakan Tuhan pada saat kelahiran Yesus Kristus adalah 3483-6984 tahun.
- Hinduisme menunjukkan bahwa dunia kita berusia sekitar 155 triliun tahun.
Kant dan model kosmologisnya
Sampai abad ke-20, sebagian besar ilmuwan berpendapat bahwa alam semesta tidak terbatas. Kualitas ini mereka cirikan ruang dan waktu. Selain itu, menurut mereka, Alam Semesta itu statis dan seragam.
Ide ketidakterbatasan Alam Semesta di luar angkasa dikemukakan oleh Isaac Newton. Pengembangan asumsi ini dilakukan oleh Emmanuel Kant yang mengembangkan teori bahwa tidak ada batasan waktu juga. Bergerak lebih jauh, dalam asumsi teoretis, Kant memperluas ketidakterbatasan alam semesta ke jumlah produk biologis yang mungkin. Postulat ini berarti bahwa dalam kondisi dunia kuno dan luas, tanpa akhir dan awal, akan ada banyak sekali kemungkinan pilihan, sebagai akibatnya kemunculan spesies biologis adalah nyata.
Berdasarkan teori kemungkinan asal usul bentuk kehidupan, teori Darwin kemudian dikembangkan. Pengamatan langit berbintang dan hasil perhitungan para astronom mengkonfirmasi model kosmologis Kant.
Pemikiran Einstein
Pada awal abad ke-20, Albert Einstein menerbitkan model alam semestanya sendiri. Menurut teori relativitasnya, dua proses yang berlawanan terjadi secara bersamaan di Semesta: ekspansi dan kontraksi. Namun, diasetuju dengan pendapat sebagian besar ilmuwan tentang stasioneritas Alam Semesta, jadi ia memperkenalkan konsep gaya tolak kosmik. Dampaknya dirancang untuk menyeimbangkan daya tarik bintang-bintang dan menghentikan proses pergerakan semua benda langit untuk mempertahankan sifat statis Alam Semesta.
Model Alam Semesta - menurut Einstein - memiliki ukuran tertentu, tetapi tidak ada batasnya. Kombinasi seperti itu hanya mungkin jika ruang dilengkungkan dengan cara yang sama seperti yang terjadi pada bola.
Karakteristik ruang dari model tersebut adalah:
- Tiga dimensi.
- Menutup sendiri.
- Homogenitas (kurangnya pusat dan tepi), di mana galaksi tersebar merata.
A. A. Friedman: Alam Semesta mengembang
Pencipta model alam semesta yang berkembang secara revolusioner, A. A. Fridman (USSR) membangun teorinya berdasarkan persamaan yang mencirikan teori relativitas umum. Benar, pendapat yang diterima secara umum di dunia ilmiah saat itu adalah sifat statis dari dunia kita, jadi perhatian tidak diberikan pada karyanya.
Beberapa tahun kemudian, astronom Edwin Hubble membuat penemuan yang membenarkan ide Friedman. Penghapusan galaksi dari Bima Sakti terdekat telah ditemukan. Pada saat yang sama, fakta bahwa kecepatan pergerakan mereka sebanding dengan jarak antara mereka dan galaksi kita menjadi tak terbantahkan.
Penemuan ini menjelaskan "mundur" konstan bintang dan galaksi dalam hubungannya satu sama lain, yang mengarah pada kesimpulan tentangperluasan alam semesta.
Akhirnya, kesimpulan Friedman diakui oleh Einstein, kemudian ia menyebutkan kelebihan ilmuwan Soviet sebagai pendiri hipotesis perluasan Alam Semesta.
Tidak dapat dikatakan bahwa ada kontradiksi antara teori ini dan teori relativitas umum, namun, dengan perluasan Semesta, pasti ada dorongan awal yang memicu hamburan bintang. Dengan analogi dengan ledakan, ide itu disebut "Big Bang".
Stephen Hawking dan Prinsip Antropik
Hasil perhitungan dan penemuan Stephen Hawking adalah teori antroposentris tentang asal usul Alam Semesta. Penciptanya mengklaim bahwa keberadaan sebuah planet yang dipersiapkan dengan baik untuk kehidupan manusia tidak mungkin terjadi secara kebetulan.
Teori Stephen Hawking tentang asal usul alam semesta juga menjelaskan penguapan lubang hitam secara bertahap, kehilangan energinya, dan emisi radiasi Hawking.
Sebagai hasil dari pencarian bukti, lebih dari 40 karakteristik diidentifikasi dan diverifikasi, yang kepatuhannya diperlukan untuk pengembangan peradaban. Ahli astrofisika Amerika Hugh Ross memperkirakan kemungkinan kebetulan yang tidak disengaja seperti itu. Hasilnya adalah angka 10-53.
Alam semesta kita mencakup satu triliun galaksi, masing-masing 100 miliar bintang. Menurut perhitungan para ilmuwan, jumlah total planet seharusnya 1020. Angka ini 33 kali lipat lebih kecil dari yang dihitung sebelumnya. Oleh karena itu, tidak ada planet di semua galaksi yang dapat menggabungkan kondisi yang cocok untuk pembentukan spontan.hidup.
Teori Big Bang: Munculnya Alam Semesta dari partikel yang dapat diabaikan
Para ilmuwan yang mendukung teori big bang berbagi hipotesis bahwa alam semesta adalah hasil dari grand bang. Postulat utama teori ini adalah pernyataan bahwa sebelum peristiwa ini, semua elemen Semesta saat ini tertutup dalam partikel yang memiliki dimensi mikroskopis. Sementara di dalamnya, unsur-unsur dicirikan oleh keadaan tunggal di mana indikator seperti suhu, kepadatan dan tekanan tidak dapat diukur. Mereka tidak ada habisnya. Materi dan energi dalam keadaan ini tidak terpengaruh oleh hukum fisika.
Penyebab ledakan, yang terjadi 15 miliar tahun lalu, disebut ketidakstabilan yang muncul di dalam partikel. Elemen kecil yang tersebar menandai awal dari dunia yang kita kenal sekarang.
Pada awalnya, Alam Semesta adalah sebuah nebula yang dibentuk oleh partikel-partikel kecil (lebih kecil dari atom). Kemudian, ketika digabungkan, mereka membentuk atom, yang berfungsi sebagai dasar galaksi bintang. Menjawab pertanyaan tentang apa yang terjadi sebelum ledakan, serta apa yang menyebabkannya, adalah tugas terpenting dari teori asal usul Semesta ini.
Tabel secara skematis menggambarkan tahapan pembentukan alam semesta setelah big bang.
| Keadaan Alam Semesta | Garis Waktu | Suhu yang diharapkan |
| Ekspansi (inflasi) | Dari 10-45ke10-37 detik | Lainnya1026K |
| Quark dan elektron muncul | 10-6 c | Lebih dari 1013 K |
| Proton dan neutron terbentuk | 10-5 c | 1012K |
| Terbentuk inti helium, deuterium, dan litium | Dari 10-4 dari hingga 3 menit | Dari 1011 hingga 109 K |
| Atom terbentuk | 400 ribu tahun | 4000 K |
| Awan gas terus berkembang | 15 juta tahun | 300 K |
| Bintang dan galaksi pertama lahir | 1 miliar tahun | 20 K |
| Ledakan bintang memicu pembentukan inti berat | 3 miliar tahun | 10 K |
| Proses kelahiran bintang berhenti | 10-15 miliar tahun | 3 K |
| Energi semua bintang habis | 1014 tahun | 10-2 K |
| Lubang hitam habis dan partikel elementer lahir | 1040 tahun | -20 K |
| Penguapan semua lubang hitam berakhir | 10100 tahun | Dari 10-60 hingga 10-40 K |
Berdasarkan data di atas, Alam Semesta terus mengembang dan mendingin.
Peningkatan jarak antar galaksi yang konstan adalah dalil utama: yang membedakan teori big bang. Munculnya alam semesta dengan cara ini dapat dikonfirmasi oleh bukti yang ditemukan. Ada juga alasan untukpenolakan.
Masalah teori
Mengingat teori big bang tidak terbukti dalam praktiknya, tidak mengherankan jika ada beberapa pertanyaan yang tidak dapat dijawabnya:
-
Singularitas. Kata ini menunjukkan keadaan alam semesta, dikompresi ke satu titik. Masalah teori big bang adalah ketidakmungkinan menggambarkan proses yang terjadi dalam materi dan ruang dalam keadaan seperti itu. Hukum relativitas umum tidak berlaku di sini, jadi tidak mungkin membuat deskripsi matematis dan persamaan untuk pemodelan.
Ketidakmungkinan mendasar untuk mendapatkan jawaban atas pertanyaan tentang keadaan awal Semesta mendiskreditkan teori dari sangat awal. Eksposisi non-fiksinya cenderung mengabaikan atau hanya menyebutkan kerumitan ini secara sepintas. Namun, bagi para ilmuwan yang bekerja untuk memberikan landasan matematis bagi teori big bang, kesulitan ini diakui sebagai hambatan utama.
- Astronomi. Di bidang ini, teori big bang dihadapkan pada kenyataan bahwa ia tidak dapat menggambarkan proses asal usul galaksi. Berdasarkan versi teori modern, adalah mungkin untuk memprediksi bagaimana awan gas homogen muncul. Pada saat yang sama, kepadatannya sekarang harus sekitar satu atom per meter kubik. Untuk mendapatkan sesuatu yang lebih, seseorang tidak dapat melakukannya tanpa menyesuaikan keadaan awal Semesta. Kurangnya informasi dan pengalaman praktis di bidang ini menjadi hambatan serius untuk pemodelan lebih lanjut.
Ada juga perbedaan dalam hal perhitunganmassa galaksi kita dan data yang diperoleh dengan mempelajari tingkat daya tariknya ke galaksi Andromeda. Ternyata, berat galaksi kita sepuluh kali lebih besar dari yang diperkirakan sebelumnya.
Kosmologi dan fisika kuantum
Saat ini tidak ada teori kosmologis yang tidak didasarkan pada mekanika kuantum. Bagaimanapun, ini berkaitan dengan deskripsi perilaku partikel atom dan subatom. Perbedaan antara fisika kuantum dan fisika klasik (diuraikan oleh Newton) adalah bahwa yang terakhir mengamati dan menggambarkan objek material, sedangkan yang pertama mengasumsikan deskripsi matematis eksklusif dari pengamatan dan pengukuran itu sendiri. Untuk fisika kuantum, nilai material bukanlah subjek penelitian, di sini pengamat sendiri adalah bagian dari situasi yang diteliti.
Berdasarkan ciri-ciri tersebut, mekanika kuantum mengalami kesulitan dalam mendeskripsikan Alam Semesta, karena pengamat adalah bagian dari Alam Semesta. Namun, berbicara tentang munculnya alam semesta, tidak mungkin untuk membayangkan orang luar. Upaya untuk mengembangkan model tanpa partisipasi pengamat luar dimahkotai dengan teori kuantum tentang asal usul Alam Semesta oleh J. Wheeler.
Intinya adalah bahwa setiap saat ada pemisahan Alam Semesta dan pembentukan salinan dalam jumlah tak terbatas. Akibatnya, masing-masing Alam Semesta paralel dapat diamati, dan pengamat dapat melihat semua alternatif kuantum. Pada saat yang sama, dunia asli dan dunia baru adalah nyata.
Pola inflasi
Tugas utama yang dirancang untuk dipecahkan oleh teori inflasi adalahmencari jawaban atas pertanyaan yang belum dijelajahi oleh teori big bang dan teori ekspansi. Yaitu:
- Mengapa alam semesta mengembang?
- Apa itu big bang?
Untuk tujuan ini, teori inflasi asal usul Semesta menyediakan ekstrapolasi ekspansi ke titik nol waktu, kesimpulan dari seluruh massa Semesta pada satu titik dan pembentukan kosmologis singularitas, yang sering disebut sebagai big bang.
Jelas adalah ketidakrelevanan teori relativitas umum, yang tidak dapat diterapkan saat ini. Akibatnya, hanya metode teoretis, perhitungan, dan deduksi yang dapat diterapkan untuk mengembangkan teori yang lebih umum (atau "fisika baru") dan memecahkan masalah singularitas kosmologis.
Teori alternatif baru
Meskipun model inflasi kosmik berhasil, ada ilmuwan yang menentangnya, menyebutnya tidak dapat dipertahankan. Argumen utama mereka adalah kritik terhadap solusi yang diajukan oleh teori tersebut. Penentang berpendapat bahwa solusi yang dihasilkan meninggalkan beberapa detail yang hilang, dengan kata lain, alih-alih memecahkan masalah nilai awal, teori hanya menutupinya dengan terampil.
Alternatif adalah beberapa teori eksotis, gagasan yang didasarkan pada pembentukan nilai-nilai awal sebelum big bang. Teori-teori baru tentang asal usul alam semesta dapat dijelaskan secara singkat sebagai berikut:
- Teori string. Penganutnya mengusulkan, selain empat dimensi ruang dan waktu yang biasa, untuk memperkenalkan dimensi tambahan. Mereka bisa memainkan perantahap awal Alam Semesta, dan saat ini berada dalam keadaan padat. Menjawab pertanyaan tentang alasan pemadatannya, para ilmuwan menawarkan jawaban yang mengatakan bahwa sifat superstring adalah dualitas-T. Oleh karena itu, senarnya "dilukai" pada dimensi tambahan dan ukurannya terbatas.
- Teori dedak. Ini juga disebut teori-M. Sesuai dengan postulatnya, pada awal terbentuknya alam semesta, terdapat ruang-waktu lima dimensi statis yang dingin. Empat dari mereka (spasial) memiliki batasan, atau dinding - tiga bran. Ruang kami adalah salah satu dinding, dan yang kedua tersembunyi. Tiga bran ketiga terletak di ruang empat dimensi, dibatasi oleh dua bran batas. Teori ini menganggap bran ketiga bertabrakan dengan bran kita dan melepaskan sejumlah besar energi. Kondisi inilah yang menguntungkan munculnya big bang.
Teori siklus menyangkal keunikan big bang, mengklaim bahwa alam semesta berpindah dari satu keadaan ke keadaan lain. Masalah dengan teori tersebut adalah peningkatan entropi, menurut hukum kedua termodinamika. Akibatnya, durasi siklus sebelumnya lebih pendek, dan suhu zat secara signifikan lebih tinggi daripada selama big bang. Kemungkinan terjadinya hal ini sangat kecil
Tidak peduli berapa banyak teori yang ada tentang asal usul alam semesta, hanya dua dari mereka yang bertahan dalam ujian waktu dan mengatasi masalah entropi yang terus meningkat. Mereka dikembangkan oleh ilmuwan Steinhardt-Turok dan Baum-Frampton.
Teori-teori yang relatif baru tentang asal usul alam semesta ini diajukan pada tahun 80-an abad terakhir. Mereka memiliki banyak pengikut yang mengembangkan model berdasarkan itu, mencari bukti validitas dan bekerja untuk menyelesaikan inkonsistensi.
Teori string
Salah satu teori asal usul alam semesta yang paling populer adalah teori string. Sebelum melanjutkan ke deskripsi idenya, perlu dipahami konsep salah satu pesaing terdekatnya, model standar. Diasumsikan bahwa materi dan interaksi dapat digambarkan sebagai kumpulan partikel tertentu, yang dibagi menjadi beberapa kelompok:
- Quark.
- Lepton.
- Bosons.
Partikel-partikel ini sebenarnya adalah bahan penyusun alam semesta, karena sangat kecil sehingga tidak dapat dibagi menjadi komponen-komponen.
Fitur khas dari teori string adalah pernyataan bahwa batu bata tersebut bukanlah partikel, tetapi string ultramikroskopik yang bergetar. Pada saat yang sama, berosilasi pada frekuensi yang berbeda, string menjadi analog dari berbagai partikel yang dijelaskan dalam model standar.
Untuk memahami teorinya, kita harus menyadari bahwa string bukanlah materi apa pun, melainkan energi. Oleh karena itu, teori string menyimpulkan bahwa semua elemen alam semesta terbuat dari energi.
Api adalah analogi yang bagus. Melihatnya memberi kesan materialitasnya, tetapi tidak bisa disentuh.
Kosmologi untuk anak sekolah
Teori asal usul Alam Semesta dipelajari secara singkat di sekolah-sekolah pada pelajaran astronomi. Untuk siswajelaskan teori utama tentang bagaimana dunia kita terbentuk, apa yang terjadi sekarang dan bagaimana perkembangannya di masa depan.
Tujuan dari pelajaran ini adalah untuk membiasakan anak-anak dengan sifat pembentukan partikel dasar, unsur kimia, dan benda langit. Teori asal usul alam semesta untuk anak-anak direduksi menjadi presentasi teori big bang. Guru menggunakan materi visual: slide, tabel, poster, ilustrasi. Tugas utama mereka adalah membangkitkan minat anak-anak pada dunia di sekitar mereka.
