Tulisan ini akan menguak tentang awal mula terbentuknya alam semesta hingga proses kiamat melalui analisis pendekatan sains Stephen William Hawking. Hawking merupakan seorang Fisikawan teoritis sekaligus ahli Kosmologi yang lahir di Oxford, Inggris, pada 8 Januari 1942 dan mengakhiri hidupnya di Cambridge, Inggris, 14 Maret 2018 pada usia76 Tahun.
Selama perjalanan hidupnya, Hawking mengabdikan diri untuk menggeluti keilmuan di bidang sains yang semakin menunjukkan bahwa dirinya penganut paham Positivisme-Naturalisme. Dalam sains, ia berhasil mentransformasi ideologinya dari filsafat mekanistik newtonian (Deisme) menjadi Ateis. Pada mulanya, Hawking meyakini bahwa alam semesta tidak akan keluar dari hukum-hukum sains yang mana hukum itu mungkin diciptakan oleh Tuhan, namun ia meyakini bahwa Tuhan tidak berintervensi lagi setelah meciptakan alam semesta beserta hukum-hukumnya.
Free Will Determine, adalah prinsip yang selalu ia kukuhkan, bahwa setiap peristiwa di alam semesta tidak akan keluar dari prinsip-prinsip alam itu sendiri, begitupun manusia yang bisa menentukan nasibnya, sebagaimana dalam narasi filsafat bahwa nasib itu bagaikan sibernetik oleh umpan balik probabilistik.
Hawking mulai menempuh pendidikannya di St. Albans School, Hertfordshire. Dengan kejeniusannya, dia berhasil lulus 1 Tahun lebih awal dari teman-temannya sehingga pada umur 17 tahun dia sudah bisa melanjutkan studinya di jurusan Kimia-Fisika Universiy College, Oxford. Disana, tidak jarang dia merasa bosan dan kesepian karena menganggap tugas kuliahnya terlalu mudah, beberapa dosennya pun sering menganggap bahwa Hawking merupakan mahasiswa yang lebih pintar darinya, sehingga tak heran ketika akhirnya dia dinobatkan sebagai lulusan terbaik di bidang ilmu alam.
Pemikirannya semakin radikal saat dia menempuh pendidikan doktoralnya di Trinity Hall, Cambridge, Jurusan Matematika terapan dan Fisika teoritis dengan Spesialisasi Relativitas Umum dan Kosmologi. Temuan terbarunya dalam ranah sains pada kajian Kosmologi yakni, Teori Gravitasi Kuantum, sebuah konsep yang membahas tentang hukum relativitas dan teori mekanika kuantum yang menurutnya sudah cukup untuk menjelaskan bagaimana proses penciptaan alam semesta sehingga, tidak perlu memaksakan diri melibatkan Tuhan dalam menganalisanya. Teorinya ini yang mengantarkan dia menjadi Ateis dan menuai perdebatan antar saintis terkemuka.
Di sela-sela penelitiannya, Hawking terkena penyakit saraf motorik (Lou Gehrig/ Amyotrophic Lateral Sclerosis) yang membuatnya tidak bisa berjalan dan sulit berbicara. Dia saat itu mulai depresi, namun dokternya menyarankan supaya penelitiannya tetap dilanjutkan meskipun diagnosa awal dia diprediksi akan meninggal 2 tahun lagi.
Keajaiban pun terjadi, ketika tiba 2 tahun kemudian ternyata nyawa Hawking masih terus berhembus, Berkat dorongan Sciami (perawatnya) ia tetap melanjutkan penelitiannya. Dengan bantuan komputer bicara yang dirancang oleh David Mason, teori-teori Hawking mulai mencuat.
Kosmologi
Secara Gramatikal, Kosmologi diambil dari dua kata, yakni “kosmos” yang artinya susunan (ketersusunan yang baik) dan “logos” yang artinya ilmu (azas-azas yang rasional). Secara leksikal, Kosmologi adalah cabang ilmu Astronomi yang menyelidiki asal-usul, struktur, dan hubungan ruag waktu dari alam semesta. Sedangkan Astronomi sendiri merupakan ilmu tentang matahari, bulan, bintang, dan planet-planet lain. Jadi, kalau dalam bahasa Filsafat, Astronomi adalah ilmu secara ontologis, sedangkan Kosmologi adalam ilmu secara epistimologisdalam mempelajari ilmu perbintangan.
Gravitasi Kuantum
Kosmologi Hawking secara sederhana hendak menjawab persoalan tantang struktur dan “arah” perkembangan realitas kosmik dengan “menggabungkan” dwi-pendekatan: Pertama, Pendekatan makrokosmos teori gravitasi yang diwakili oleh Teori Relativitas Umum (TUR) Albert Einestein. Kedua, Pendekatan mikrokosmos Teori Mekanika Kuantum (TMK) yang diwakili oleh Asas Ketidakpastian Heisenberg
TUR membawa tealaah pada suatu hipotesa: adanya awal jagad raya itu berupa “Dentuman besar” (Singularitas). TMK membawa telaah pada suatu hipotesa adanya awal jagad raya itu berupa “Peluruhan jagad raya” (kerkahan besar).
Kedua hipotesa tersebut sesuai dengan hasil pengamatan tentang “Pemuaian jagad raya” dan “Lubang hitam/Perapatan jagad raya”. Yang terpenting yakni mengetahui bagaimana cara Hawking menggabungkan kedua teori yang saling bertentangan tersebut? Mengingat keduanya didukung oleh data-data observatoral!
Pertama, atas dasar teorinya yang dikembangkan oleh Penrose (Ahli Matematika Inggris) bahwa setiap benda langit yang runtuh karena gravitasi, pada akhirnya harus membentuk “singularitas”. Kedua, dipandu dengan model pemuaian jagat raya Friedman. Hawking menemukan bahwa “bila waktu dibalik, maka teorima Penrose menghasilakan model pemuaian jagat raya yang dibalik, yakni menyusut” baik pemuaian maupun penyusutantersebut diawali dan diakhiri oleh suatu singularitas. Ketiga, bersama dengan Panrose dia berpendapat bahwa teori relativitasEinstein itu berawal dari Big Bang dan berakhir di Lubang Hitam (Black Hole). Bardasarkan hal tersebut, ia menunjukkan betapa pentingnya menyatukan relativitas umum dengan teori Kuantum.
Penemuan ini memiliki kedudukan penting dalam konsep Hawking dalam ruang dan waktu serta awal akhir jagat raya. Teori yang dikembangkan tersebut dalam rangka memberi penjelasan tentang “penggabungan” TUR dan TMK yang kemudian dinamai Teori Gravitasi Kuantum (TGK). TGK menjelaskan bahwa pada dua momen tersebut (Dentuman besar dan Lubang hitam) timbul Medan dan Gravitasi yang sangat besar oleh adanya rapatan tak terhingga.
Dalam hal demikian, maka berlaku hukum “ketidakpastian” Heisanberg, yakni pada “singularitas” demikian ketidakpastiannya semakin tinggi karena posisi maupun kecepatan sebuah partikel tidak dapat diukur dengan ketelitian yang sangat tinggi. Dimana pada masa 0 dan setara dengan pemuaian jagat raya terjadi penurunan suhu dan gravitasi sampai pada titik kritis (konstan tertentu). Setelah melampaui ambang kritis, terjadi penyusutan jagat raya. Penyusutan ini dibarengi dengan adanya tingkat rapatan yang tingkat kerapatannya berbanding lurus dengan peningkatan gravitasi menuju pada kerapatan tak terhingga (Lubang Hitam).
Big Bang
Hawking dikenal sebagai seorang dengan teori asal muasal kehidupan di alam semesta. Ia mencetuskan Teori Big Bang yang beranggapan bahwa alam semesta dimulai dari sebuah titik yang kemudian berkembang besar. Diawali dengan fluktuasi kuantum yang akhirnya menimbulkan inflasi yang menyebabkan galaksi tersebar di alam semesta yang di dalamnya terdapat benih dari bintang, planet, dan kehidupan. Inflasi kosmologi mengatakan bahwa setelah dentuman besar terjadi, alam semesta awalnya meluas dengan sangat cepat sebelum kemudian pelan-pelan melambat.
Hawking bersama Roger Panrose menunjukkan bahwa relativitas umum alam semesta Einstein dimulai dari singularitas sejak adanya Big Bang ini. Einstein mengatakan bahwa gravitasi tidak tercipta karena gaya, melainkan merupakan manifestasi dari interaksi antara materi dengan ruang waktu.
Alam Semesta
Hawking mengumpamakan alam semesta seperti balon Eddington. Menurutnya, alam semesta akan mengembang dengan sebuah gelembung uap air di atas air yang sedang mendidih, yang mana terdapat banyak gelembung air yang menguap dan kemudian menghilang. Kata Planck, alam semesta memiliki batas di ruang-waktu, sebelum dentuman besar, waktu tidak ada dan konsep alam semesta tidak ada artinya.
Menurut Hawking, singularitas awal model dentuman besar klasik digantikan oleh gambaran kutub utara. Seseorang tidak bisa pergi ke sebelah utara kutub utara, tetapi tidak ada batas disana, kutub utara hanyalah titik tempat bertemunya dan berakhirnya semua garis yang menuju ke utara. Jadi alam semesta tidak terbatas, tapi terkungkung.
Hawking mengatakan bahwa alam semesta ini seperti bola dengan permukaan empat dimensi, yaitu dimensi ruang dan waktu, yang ujung-ujungnya merupakan kutub utara dan kutub selatan. Dengan adanya Asas Ketidakpastian Mekanika kuantum, maka terjadi yang namanya kondisi Tanpa tapal batas, yang kemudian berlanjut pada teori yang bernama Anak Panah sang Waktu. Menurut Hawking, terdapat tiga anak panah sang waktu. Pertama, Anak panah Termodinamika, yakni arah waktu sepanjang kekacau balauan atau entropi (ketidakteraturan) itu bertambah. Kedua, Anak panah waktu Psikologi, yakni arah perasaan manusia mengenai majunya waktu, dan alasan mengapa manusia mengingat masa lalu, tetapi tidak mengingat masa depan. Ketiga, Anak panah waktu Kosmologi, yakni arah waktu yang sejalan dengan memuainya jagat raya, bukan mengerutnya jagat raya.
Lalu Hawking mengatakan bahwa jika benar alam semesta ini tanpa batas, dan anak panah waktu mencapai titik maksimum, maka alam semesta berhenti meluas dan mencapai titik kritis kemudian runtuh, maka waktu akan berjalan terbalik.
Black Hole
Pada dasarnya Black Hole berkaitan dengan proses terbentuknya bintang. Awal mulanya, bintang terbentuk dengan kondisi dimana tingkat radiasi dan gravitasi seimbang. Saat bintang kehabisan bahan bakar untuk melakukan fusi, tingkat radiasi keluar semakin melemah dibanding dengan gaya gravitasi ke dalam. Dari situlah bintang mengalami keruntuhan, dan kemudian terjadi ledakan supernova. Hasil dari ledakan inilah yang kemudian menjadi dua kemungkinan. Pertama, menjadi bintang Neutron. Kedua, menjadi Black Hole.
Black Hole terdiri dari beberapa bagian. Pertama, Worm hole (lubang cacing) yakni jarak jauh bisa jadi dekat (kelengkungan tak terbatas). Kedua, Singularity (tempat kecil dan padat) yakni kerapatan, temperatur, dan tekanan tidak terhingga sehingga menurut teori relativitas Einstein, ruang dan waktu sudah tidak mempunyai arti lagi. Bagian singularitas ini tidak berujung meskipun kita menempuh jarak yang tak terhingga. Ketiga, Loop hole (vacuum cleaner/saringan pembuangan) yakni kekuatan loop hole yang hanya berlaku sejauh event horizon/cakrawala peristiwa suatu daerah disekitar lubang hitam.
Hawking mengatakan bahwa Black Hole ini memiliki massa 10 kali lebih besar dari massa matahari. Selama sebagian besar masa hidupnya yang kira-kira 1 Milyar tahun, bintang itu akan membangkitkan panas pada pusatnya dengan mengubah O2 menjadi He. Energi yang diciptakan akan menciptakan tekanan yang memadai untuk mendukung bintang itu dalam mengatasi gravitasinya sendiri, yang menjadikannya sebuah benda dengan radius kira-kira 5 kali radius matahari.
Hawking banyak mengubah frame tentang Black Hole. Ia mengatakan “menurut prinsip ketidakpastian, lubang hitam yang berputar mengeluarkan partikel yang mengindikasikan bahwa lubang hitam ini justru tidak akan mengecil”. Hal ini mendukung pandangan Bekenstein tentang entropi lubang hitam. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa lubang hitam akan mengeluarkan radiasi yang kini dikenal sebagai radiasi Hawking.
Radiasi Hawking
Teori ini berdasarkan pada teori kuantum yang menyatakan bahwa terdapat pasangan partikel yang terus menerus melayang dan menghasilkan dari ketiadaan menjadi ada di ruang angkasa. Partikel tersebut memiliki energi positif dan energi negatif seperti halnya atom biasa, namun keduanya saling memusnahkan begitu cepat sehingga tidak bisa langsung dideteksi. Akibatnya, mereka disebut “partikel virtual”.
Lubang hitam ini membutuhkan energi yang digunakan sebagai bahan bakar untuk lubang hitam berotasi dan berkembang, yang pada penelitian awalnya mengatakan bahwa lubang hitam itu diam. Setelah kekurangan energi untuk memancarkan radiasi maka lubang hitam akan menarik semua yang berada disekitarnya, bahkan cahaya. Karena gaya tarik dari radiasi ini melebihi kecepatan cahaya.
Radiasi ini menyebabkan lubang hitam tidak benar benar hitam, karena harus memancarkan radiasi yang akan terus berlanjut sampai lubang hitam kehabisan energi setelah terus membesar dan akhirnya akan menguap lalu menghilang. Namun dengan ukuran Black Hole yang seukuran matahari, ia membutuhkan lebih dari 1087 tahun untuk menguap dan meledak menjadi sinar Gamma.
Referensi
Hawking, S., & Penrose, R. (1996). The Nature Space and Time. New Jersey: Princeton University Press
Hawking, S. (1988). A Brief History of Time: From The Big Bang to Black Holes. New York: Bantam Books
Hawking, S., & Mlodinow, L. (2010). The Grand Design. New York: Bantam Books
Hawking, S. (2013). Black Holes and Baby Universe and Others Essays. New York: Bantam Books Hidayat, T. (2010). Teori Relativitas Einstein: Sebuah Pengantar. Penerbit ITB Purwanto, A. (2009). Pengantar Kosmologi. Surabaya: ITS Press
About The Author
