[비즈한국] Mulus, si mulus. Pyeong-pyeong, si pyeong-pyeong. Kasar, si kasar. Satu kalimat yang diucapkan Kani saat belajar untuk ujian bahasa Korea terus terngiang di telinga orang-orang untuk beberapa waktu. Rasa ritme uniknya pasti berperan di sana. Namun, saat mendengar lirik lagunya, saya langsung teringat pada sesuatu yang tidak terduga. Radiasi latar belakang kosmik. Lagu Kani secara mengejutkan mencakup esensi dari radiasi latar belakang kosmik.
Radiasi latar belakang kosmik itu mulus, datar, dan kasar.
Radiasi latar belakang kosmik adalah bukti terkuat dari teori Big Bang. Menurut teori Big Bang, di awal penciptaan, alam semesta terkonsentrasi dalam kepadatan yang jauh lebih tinggi daripada sekarang. Oleh karena itu, alam semesta jauh lebih panas. Namun, alam semesta tiba-tiba mulai mengembang, dan panasnya menyebar secara merata ke segala arah hingga mendingin. Saat ini, alam semesta telah mendingin hingga suhu yang sangat rendah, hanya 2,7 derajat di atas nol mutlak. Sisa-sisa panas yang ditinggalkan saat panas alam semesta yang membara tepat setelah Big Bang menyebar dan mendingin itulah yang disebut radiasi latar belakang kosmik.
Pada tahun 1964, fisikawan Penzias dan Wilson menangkap derau yang tidak dapat dipahami pada antena berbentuk cangkang kerang yang digunakan di Bell Labs. Derau itu sangat lemah, tetapi tertangkap secara merata dari semua arah di seluruh langit. Untuk beberapa waktu mereka tidak tahu apa itu, tetapi akhirnya mereka menyadari bahwa sinyal tersebut bukan dari Bumi, melainkan sinyal yang berasal dari alam semesta itu sendiri. Radiasi latar belakang kosmik yang pertama kali ditangkap oleh Penzias dan Wilson sangatlah mulus. Ini menunjukkan bahwa seluruh alam semesta mendingin secara merata hingga mencapai suhu yang benar-benar sama. Kemulusan ini membuktikan bahwa, seperti yang dikatakan teori Big Bang, seluruh alam semesta telah mengembang secara sangat seragam dan isotropik.
Selain itu, tingkat pendinginan alam semesta saat ini menunjukkan seberapa cepat alam semesta telah mengembang selama ini. Nasib alam semesta ditentukan oleh gravitasi yang dihasilkan oleh materi yang mengisi alam semesta, dan jumlah energi gelap yang berusaha membuat alam semesta semakin mengembang. Alam semesta tidak memiliki batas dan tidak memiliki ukuran. Oleh karena itu, materi dan energi alam semesta dinyatakan dengan kepadatannya. Jika kepadatan alam semesta terlalu tinggi, gravitasi akan menguat dan alam semesta akan runtuh. Jika kepadatan alam semesta terlalu renggang, alam semesta akan hancur bersama dengan perluasan yang tak terkendali sejak lama.
Pengamatan radiasi latar belakang kosmik menunjukkan bahwa alam semesta adalah dunia yang sangat presisi. Materi dan energi alam semesta terisi tepat pada kepadatan kritis, tidak kurang dan tidak lebih. Materi biasa dan materi gelap menempati 30% dari total kepadatan kritis ini, dan energi gelap menempati 70% sisanya. Jadi, jika digabungkan, itu mengisi kepadatan kritis dengan sempurna. Ini berarti ruang-waktu alam semesta benar-benar datar. Ruang-waktu alam semesta itu datar. Dengan kata lain, tidak ada kelengkungan. Ini berarti cahaya di alam semesta selalu bergerak lurus tanpa melengkung. Radiasi latar belakang kosmik menunjukkan bahwa alam semesta tidak hanya mulus, tetapi juga datar.
Namun, ini belum berakhir. Setelah pengamatan pertama Penzias dan Wilson, para astronom kini mengamati radiasi latar belakang kosmik dengan teleskop luar angkasa yang lebih sensitif. Tanpa gangguan radio dari Bumi, mereka memetakan distribusi sisa panas alam semesta dengan jauh lebih bersih. Jika kita melihat peta yang baru saja dibuat oleh satelit Planck, radiasi latar belakang kosmik tidak lagi terlihat mulus begitu saja. Penampilan yang berkerut dan kasar mulai terlihat. Ini karena jika suhunya lebih tinggi atau lebih rendah 1/100.000 derajat dibandingkan rata-rata, itu digambarkan dengan warna merah dan biru. Dengan kata lain, jika dilihat secara luas, radiasi latar belakang kosmik itu mulus, tetapi jika diperhatikan dengan teliti hingga perbedaan yang sangat kecil, perbedaan kasar itu menjadi menonjol.
Perbedaan suhu yang kasar ini mewakili perbedaan kepadatan alam semesta purba. Di suatu tempat secara kebetulan, kepadatan sedikit lebih tinggi atau lebih rendah dari sekitarnya. Perbedaan kepadatan kecil ini menciptakan perbedaan gravitasi yang kecil. Materi secara bertahap berkumpul di area dengan kepadatan yang lebih tinggi, yang pada akhirnya menciptakan gravitasi yang lebih kuat, dan lebih banyak materi berkumpul di sana. Dengan cara itulah galaksi lahir dan gugus galaksi terbentuk di pusatnya. Fluktuasi suhu yang kasar, atau fluktuasi kepadatan, yang terkonfirmasi dalam radiasi latar belakang kosmik yang dipetakan oleh teleskop yang lebih sensitif, berperan sebagai benih bagi galaksi yang membentuk struktur skala besar alam semesta saat ini.
Dengan demikian, tiga ekspresi yang dinyanyikan Kani, yakni mulus, datar, dan kasar, sangat sesuai dengan karakteristik alam semesta yang dijelaskan oleh radiasi latar belakang kosmik. Dari sudut pandang astronom, Kani secara tidak sengaja telah menyanyikan evolusi alam semesta yang paling sempurna. Radiasi latar belakang kosmik kini menjelaskan dan membuktikan teori Big Bang kita dengan sempurna. Namun, masih ada misteri terkenal yang belum terpecahkan.
Radiasi latar belakang kosmik pada akhirnya adalah pengamatan gelombang radio dan cahaya yang memancar dari segala arah alam semesta, yang kemudian disajikan dalam bentuk peta. Namun, ada masalah penting saat mengamati cahaya. Pergerakan pengamat itu sendiri memengaruhi pengamatan cahaya tersebut. Cahaya dari arah yang kita tuju dengan cepat mengalami efek Doppler ke arah panjang gelombang yang lebih pendek, sedangkan cahaya dari arah yang kita tinggalkan mengalami efek Doppler ke arah panjang gelombang yang lebih panjang. Masing-masing juga disebut pergeseran biru dan pergeseran merah.
Bumi mengorbit di sekitar Matahari, dan Matahari juga mengorbit galaksi secara luas. Galaksi kita juga bergerak cepat melalui ruang angkasa bersama galaksi-galaksi tetangga lainnya. Akibatnya, kita adalah pengamat yang tidak diam di alam semesta. Jadi, saat kita melihat radiasi latar belakang kosmik, kita bergerak menuju separuh langit, dan separuh langit lainnya terus menjauh di belakang kita. Separuh mengalami pergeseran biru, dan separuh lainnya mengalami pergeseran merah. Saat mengamati radiasi latar belakang kosmik yang sebenarnya, hal ini tercermin secara langsung. Itulah sebabnya, seperti yang terlihat pada peta, separuh digambarkan merah dan separuh lainnya biru. Inilah sebabnya mengapa ini juga disebut sebagai dipol radiasi latar belakang kosmik.
Beberapa orang melihat ini dan mengatakan bahwa itu tampak seperti pola Taegeuk, tetapi itu sama sekali tidak ada hubungannya dengan Taegeuk. Itu hanya menunjukkan bahwa separuh alam semesta tampak lebih panas dari rata-rata, dan separuh lainnya tampak lebih dingin. Karena kita mencoba menggambar alam semesta, yang diamati dalam bentuk bola tiga dimensi, ke dalam peta datar, bentuknya menjadi lonjong. Selain itu, arah pergerakan Bumi terhadap radiasi latar belakang kosmik sangat miring terhadap piringan Bima Sakti. Karena gambar ini memetakan Bima Sakti sejajar dengan sumbu x, arah alam semesta yang berubah panas dan dingin terlihat sedikit miring sehingga tampak seperti Taegeuk.
Bagaimanapun, melalui pengamatan radiasi latar belakang kosmik yang mengalami pergeseran biru dan merah setengah-setengah ini, kita menyadari bahwa Bumi yang kita tempati sedang terbang tinggi dengan kecepatan yang cukup cepat, yaitu 360 km/s, terhadap radiasi latar belakang kosmik. Ini disebabkan oleh pergerakan kita sendiri. Oleh karena itu, nilainya seharusnya keluar secara serupa bahkan jika diukur berdasarkan galaksi latar belakang yang sangat jauh, yang pada dasarnya bisa dianggap diam dari sudut pandang kita, bukan berdasarkan radiasi latar belakang kosmik. Tentu saja, kami pikir akan seperti itu.
Namun, pengamatan baru-baru ini menunjukkan hasil yang tidak terduga. Jika kita bergerak cepat ke satu arah melintasi ruang angkasa, kita akan dapat melihat jumlah galaksi yang lebih banyak ke arah tujuan kita. Hal ini dikarenakan percampuran antara efek Doppler yang membuat cahaya menjadi lebih terang ke arah tersebut, serta sejenis efek aberasi cahaya yang membuat cahaya tampak melengkung ke arah pergerakan. Dalam analisis kali ini, para astronom menggunakan teleskop radio LOFAR yang mengamati gelombang radio frekuensi rendah untuk mengamati kilatan galaksi radio seperti quasar di ujung alam semesta yang sangat jauh, dan menganalisis jumlahnya secara statistik.
Kemudian, hasil yang mengejutkan muncul. Dipol yang terungkap ternyata tiga kali lebih kuat daripada yang disimpulkan dari radiasi latar belakang kosmik saja. Dengan kata lain, itu berarti kita sedang melaju melalui ruang angkasa dengan kecepatan hampir tiga kali lipat dari yang kita perkirakan sebelumnya. Hanya ada dua alasan utama yang dapat menjelaskan hasil yang membingungkan ini. Berlawanan dengan harapan kita, quasar yang tersebar di ujung alam semesta tidak tersebar secara merata dan memiliki anisotropi yang cenderung menumpuk ke satu arah, atau ini bisa berarti kita harus merombak total hukum fisika dasar tentang proses pembentukan struktur skala besar alam semesta sejak awal. Apa pun itu, kedua interpretasi tersebut berada di luar dugaan kita.
Referensi
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/6z32-3zf4
Siapakah penulis Ji Ung-bae? Dia mencintai kucing dan alam semesta. Saat masih kecil, ia bermimpi untuk menyebarkan keindahan alam semesta setelah menonton 'Galaxy Express 999'. Saat ini, ia bekerja sebagai profesor asisten di Departemen Studi Liberal Universitas Sejong, melakukan berbagai kegiatan komunikasi sains seperti ceramah dan penulisan. Ia telah menulis buku seperti 'Setiap Hari Seiris Alam Semesta', 'Ilmuwan Alam Semesta Berbintang', 'Tidak Bisa Pergi Tapi Bisa Tahu', dan 'Pertanyaan Aneh yang Muncul Saat Melihat Alam Semesta', serta menerjemahkan 'Panduan Hitchhiker untuk Menjelajahi Alam Semesta yang Sebenarnya', 'Bagaimana Aku Membunuh Pluto', 'Quantum Life', dan 'Cosmigraphics'.