Matematika & IAD BAB 2 Ruang Lingkup IPA

RUANG LINGKUP IPA

v ALAM SEMESTA
          Pengertian alam semesta mencakup tentang mikrokosmos dan makrokosmos. Mikrokosmos adalah benda-benda yang mempunyai ukuran sangat kecil, misalnya atom, elektron, sel, amuba, dan sebagainya. Sedang makrokosmos adalah benda-benda yang mempunyai ukuran yang sangat besar, misalnya bintang, planet, dan galaksi.
          Konsep pemikiran manusia tentang pusat universe atau alam semesta sangat radikal. Awalnya para ilmuan astronom menetapkan bahwa manusialah yang sebagai pusat, yang diberi nama teori egosentris. Setelah itu mereka menetapkan bumi yang menjadi pusat yang ditokohi oleh Cladius Ptolemeus. Teori ini dikenal dengan geosentris. Namun setelah itu Nicolas Copernicus mengungkap teori baru di mana matahari dijadikan pusat alam semesta, heliosentris. Namun saat ini mereka baru menyadari bahwa teoti tersebut lebih cocok digelayutkan pada tata surya. Dan tata surya hanyalah sebagian dari galaksi, dan galaksi adalah satu kumpulan bintang dari banyak kumpulan bintang di alam semesta.Alam semesta merupakan segala sesuatu yang ada di dunia ini dan juga di luar angkasa yang keberadaannya, menjadi teka teki yang perlu ditelusuri lebih dalam begitu luasnya alam semesta sehingga tak akan mungkin berakhir apabila terus diteliti. Namun para ahli astromomi mendefinisikan alam semesta dalam pengertian yang lebih spesifik yaitu tentang ruang angkasa dan benda-benda langit yg ada di dalamnya.

1. Terbentuknya alam semesta menurut pandangan IPA
Teori yang mengungkapkan tentang terbentuknya alam semesta di kelompokkan menjadi :
a. Teori osilasi
          Materi alam semesta bergerak saling menjauhi kemudian akan berhenti, lalu akan mengalami pemampatan demikian seterusnya. Teori ini, mengemukakan bahwa alam semsta sekarang sedang mengembang karena sebelumnya telah terjadi pemusatan.
b. Teori keadadan tetap (Steady-State Theory)
          Teori ini berdasarkan prinsip kosmopologi sempurna yang menyatakan bahwa alam semesta dimanapun dan bilamanapun selalu sama. Berdasar prinsip tersebut, alam semesta terjadi pada suatu saat tertentu yg telah lalu dan segala sesuatu di alam semesta selalu tetap sama walaupun galaksi-galaksi saling bergerak menjauhi satu sama lain. Kenyataanya bahwa galaksi baru mempunyai jumlah yang sebanding dengan galaksi lama.
c. Teori Dentuman besar (Big-bang)
          Teori ini menyatakan bahwa seluruh materi dan energi dalam alam semesta pernah bersatu membentuk sebuah bola raksasa. Kemudian bola raksasa itu meledak hingga seluruh materi mengembang karena penggaruh energi ledakan yang sangat besar.
d. Teori Dentuman
          Berdasarkan teori ini, alam semesta terbentuk karena adanya ledakan massa yang sangat hebat yang disebabkan oleh adanya reaksi inti. Berbagai teori tentang jagad raya membentuk suatu bidang studi yang dikenal sebagai kosmologi. Einstein adalah ahli kosmologi modern pertama. Tahun 1915 ia menyempurnakan teori umumnya tentang relativitas, yang kemudian diterapkan pada pendistribusian zat di luar angkasa. Pada tahun 1917 secara matematik ditentukan bahwa tampaknya ada massa bahan yang hampir seragam yang keseimbangannya tak tentu antara kekuatan tarik gravitasi dan kekuatan olek atau kekuatan dorong kosmik lain yang tak dikenal.

          Pada tahun 1922 seorang ahli fisika Rusia muncul dengan pemecahan soal itu secara lain, yang mengatakan bahwa kekuatan tolak tidak berperan bahkan jagad raya terus meluas dan seluruh partikel terbang saling menjauhi dengan kecepatan tinggi. Karena kekuatan tarik gravitasi, perluasan itu terus melambat. Sebelumnya, partikel-partikel itu telah bergerak keluar bahkan lebih cepat lagi. Dalam model jagat raya ini dahulu perluasan mulai pada saat yang unik yang disebut “letusan hebat”.

          Teori letusan hebat rupanya begitu berlawanan dengan pengetahuan astronomi zaman sekarang, yang mula-mula sedikit menarik perhatian. Akhirnya sebanyak bintang dalam galaksi Bimasakti bukannya saling menjauhi satu sama lain, tetapi malahan berjalan dalam orbit sirkular mengelilingi wilayah pusatnya yang padat. Akan tetapi, pada tahun 1929 Edwin Hubble, ketika itu ahli astronomi di Observatorium Mount Wilson, mengemukakan bahwa berbagai galaksi yang telah diamatinya sebenarnya menjauhi kita, dan menjauhi yang lain, dengan kecepatan sampai beberapa ribu kilometer per-detik.

          Rupanya galaksi-galaksi ini, seperti halnya Bimasakti kita, menjaga keutuhan bentuk internalnya selama waktu yang panjang. Galaksi-galaksi itu secara sendiri-sendiri mengarungi angkasa raya, kira-kira sebagain unit atau partikel yang bergerak mengarungi ruang angkasa. Teori Einstein dapat diterapkan pada berbagai galaksi, sebagai ganti bintang-bintang.
e. Teori Ekspansi dan Kontraksi
          Teori ini mengungkapkan bahwa galaksi dan bintang-bintang terbentuk pada saat masa ekspansi

2. Definisi Teori Ledakan dan Ekspansi-Kontaksi
          Teori ini berdasarkan pemikiran bahwa ada suatu siklus di alam semesta, yaitu ”masa ekspansi” dan ”masa kontraksi” yang diduga siklus ini berlangsung dalam waktu 30 juta tahun.
          Dalam masa ekspansi terbentuklah galaksi-galaksi serta bintang-bintangnya. Ekspansi ini didukung oleh adanya tenaga yang bersumber dari reaksi inti hidrogen yang pada akhirnya akan membentuk berbagai unsur lain yang kompleks. Pada masa kontraksi, galaksi-galaksi dan bintang-bintang yang terbentuk meredup dan unsur-unsur yang terbentuk menyusut dengan mengeluarkan tenaga berupa panas yang sangat tinggi.

B. Galaksi
          Galaksi merupakan kumpulan-kumpulan bintang dan planet yang mengisi pusat ruang angkasa.

1. Teori Terbentukna Galaksi
          Menurut Fowler (1957) dahulu galaksi belum terbentuk namun berupa gas hidrogen yang sangat besar dan berada di ruang angkasa. Ia berotasi dan mengadakan kontraksi. Masa bagian luar banyak yang tertinggal dan mempunyai berat jenis yang besar yang kemudian membentuk bintang-bintang. Gumpalan kabut yang telah menjadi bintang berlahan mengadakan kontraksi.Energi potensialnya mereka keluarkan dalam bentuk sinar dan radiasi dan bintang-bintang itu pun semakin turun temperturnya. Setelah berpuluh ribu juta tahun ia mempunyai bentuk yang boleh dikatakan seperti matahari kita.

2. Komponen penyusun galaksi
          Galaksi merupakan kiumpulan bintang-bintang yang terdapat dalam alam semesta. Galaksi dalam mana sistem surya yaitu bumi dan matahari berada di dalamnya dikenali sebagai Bima Sakti.
          Bintang-bintang senantiasa wujud secara berkelompok yang dikenali sebagai galaksi, bersama-sama dengan Gas, Debu Intersteller dan Jisim Gelap. Sekitar 10-20% dari galaksi terdiri dari bintang, gas dan debu. Galaksi dikenalkan bersama oleh tarikan graviti dan komponen galaksi mengorbit satu pisat. Terdapat bukti bahwa lubang gelap mungkin wujud di pusat sebagian atau kebanyakan galaksi.

3. Tipe galaksi berdasarkan bentuk
          Pada tahun 1925 Hubble mengajukan klasifikasi galaksi yang sekarang telah diterima, dengan berbagai modifikasi oleh ahli-ahli astronomi di seluruh dunia. Dalam bentuk aslinya klasifikasi itu membagi galaksi ke dalam 4 kelas utama:……… TEORI TERBENTUKNYA TATA SURYA

          Melihat kenyataan bahwa planet-planet bergerak mengelilingi matahari dengan orbitnya yang berebentuk elips dengan arah peredaran yang sama yaitu berlawanan arah jarum jam jika melihatnya dari kutub utara, ternyata arah revolusi planet-planet dan satelitnya yaitu arah negative. Ini berlawanan dengan yang kita amati di bumi, peredaran harian benda-benda langit seperti matahari, bulan dan bintang berarah positf seperti arah peredaran harian matahari yang terbit di timur lalu naik dan kemudian terbenam di barat. Adanya realitas yang demikian membuat para ahli astronomi berkesimpulan bahwa tata surya terbentuk dari material yang berputar dengan arah negative, hal ini kemudian memunculkan beberapa teori tentang terjadinya tata surya sebagai berikut:

1. Teori Nebule atau teori kabut, yang dikemukakan ole Immanuel Kant (1749-1827) dan Piere Simon de Laplace (1796).

          Matahari dan planet berasal dari sebuah kabut pijar yang berpilin di dalam jagat raya, karena pilinannya itu berupa kabut yang membentuk bulat seperti bola yang besar, makin mengecil bola itu makin cepat putarannya. Akibatnya bentuk bola itu memepat pada kutubnya dan melebar di bagian equatornya bahkan sebagian massa dari kabut gas menjauh dari gumpalan intinya dan membentuk gelang-gelang di sekeliling bagian utama kabut itu, gelang-gelang itu kemudian membentuk gumpalan padat inilah yang disebut planet-planet dan satelitnya. Sedangkan bagian tengah yang berpijar tetap berbentuk gas pijar yang kita lihat sekarang sebagai matahari.[9]

          Teori kabut ini telah dipercaya orang selama kira-kira 100 tahun, tetapi sekarang telah benyak ditinggalkan karena: (1) tidak mampu memberikan jawaban-jawaban kepada banyak hal atau masalah di dalam tata surya kita dan (2) karena munculnya banyak teori baru yang lebih memuaskan.[10]

2. Teori Planetesimal, Thomas C. Chamberlin (1843-1928) seorang ahli geologi dan Forest R. Moulton (1872-1952) seorang astronom.

          Disebut Planetesimal yang berarti planet kecil karena planet terbentuk dari benda padat yang memang telah ada. Matahari telah ada sebagai salah satu dari bintang-bintang yang banyak, pada satu waktu ada sebuah bintang yang berpapasan pada jarak yang tidak terlalu jauh akibatnya terjadi pasang naik antara matahari dan bintang tadi. Pada waktu bintang itu menjauh sebagian massa dari matahari itu jatuh kembali ke permukaan matahari dan sebagian lain berhamburan di sekeliling matahari inilah yang disebut dengan planetesimal yang kelak kemudian menjadi planet-planet yang beredar pada orbitnya dan mengelilingi matahari.

3. Teori Pasang Surut, Sir James Jeans (1877-1946) dan Harold Jeffreys (1891) keduanya dari Inggris, teori ini hampir sama dengan teori Planetesimal.

          Setelah bintang itu berlalu dengan gaya tarik bintang yang besar pada permukaan matahari terjadi proses pasang surut seperti peristiwa pasang surutnya air laut di bumi akibat gaya tarik bulan. Sebagian massa matahari itu membentuk cerutu yang menjorok kearah bintang itu mengakibatkan cerutu itu terputus-putus membentuk gumpalan gas di sekitar matahari dengan ukuran yang berbeda-beda, gumpalan itu membeku dan kemudian membentuk planet-planet.

          Teori ini menjelaskan mengapa planet-planet di bagian tengah seperti Yupiter, Saturnus, Uranus dan Neptunus merupakan planet raksasa sedangkan di bagian ujungnya merupakan planet-planet kecil. Kelahiran kesembilan planet itu karena pecahan gas dari matahari yang berbentuk cerutu itu maka besarnya planet-planet iti berbeda-beda yang terdekat dan terjauh besar tetapi yang di tengah lebih besar lagi.[11]

4. Teori Awan Debu, dikemukakan oleh Carl von Weizsaeker (1940) kemudian disempurnakan oleh Gerard P Kuiper (1950).

          Tata surya terbentuk dari gumpalan awan gas dan debu. Gumpalan awan itu mengalami pemampatan, pada proses pemampatan itu partikel-partikeldebu tertarik ke bagian pusat awan itu membentuk gumpalan bola dan mulai berpilin dan kemudian membentuk cakram yang tebal di bagian tengah dan tipis di bagian tepinya. Partikel-partikel di bagian tengah cakram itu saling menekan dan menimbulkan panas dan berpijar, bagian inilah yang kemudian menjadi matahari. Sementara bagian yang luar berputar sangat cepat sehingga terpecah-pecah menjadi gumpalan yang lebih kecil, gumpalan kecil ini berpilin pula dan membeku kemudian menjadi planet-planet.

5. Teori Bintang Kembar

          Teori ini hampir sama dengan teori planetesimal.Dahulu matahari mungkin merupakan bintang kembar,kemudian bintang yang satu meledak menjadi kepingan-kepingan.Karena ada pengaruh gaya gravitasi bintang,maka kepingan-kepingan yang lain bergerak mengitari bintang itu dan menjadi planet-planet.Sedangkan bintang yang tidak meledak menjadi matahari.

6. Teori Ledakan (Big Bang), George Gamow, Alpher dan Herman.

          Alam pada saat itu belum merupakan materi tetapi pada suatu ketika berubah menjadi materi yang sangat kecil dan padat, massanya sangat berat dan tekanannya besar, karena adanya reaksi inti kemudian terjadi ledakan hebat. Massa itu kemudian berserak dan mengembang dengan sangat cepat menjauhi pusat ledakan dan membentuk kelompok-kelompok dengan berat jenis yang lebih kecil dan trus bergerak, menjauhi titik pusatnya.

          Dentuman besar itu terjadi ketika seluruh materi kosmos keluar dengan kerapatan yang sangat besar dan suhu yang sangat tinggi dari volume yang sangat kecil. Alam semesta lahir dari singularitas fisis dengan keadaan ekstrem. Teori Big Bang ini semakin menguatkan pendapat bahwa alam semesta ini pada awalnya tidak ada tetapi kemudian sekitar 12 milyar tahun yang lalu tercipta dari ketiadaan.[13]

          Pada tahun 1948, Gerge Gamov muncul dengan gagasan lain tentang Big Bang. Ia mengatakan bahwa setelah pembentukan alam semesta melalui ledakan raksasa, sisa radiasi yang ditinggalkan oleh ledakan ini haruslah ada di alam. Selain itu, radiasi ini haruslah tersebar merata di segenap penjuru alam semesta. Bukti yang ’seharusnya ada’ ini pada akhirnya diketemukan. Pada tahun 1965, dua peneliti bernama Arno Penziaz dan Robert Wilson menemukan gelombang ini tanpa sengaja. Radiasi ini, yang disebut ‘radiasi latar kosmis’, tidak terlihat memancar dari satu sumber tertentu, akan tetapi meliputi keseluruhan ruang angkasa. Demikianlah, diketahui bahwa radiasi ini adalah sisa radiasi peninggalan dari tahapan awal peristiwa Big Bang. Penzias dan Wilson dianugerahi hadiah Nobel untuk penemuan mereka.

          Pada tahun 1989, NASA mengirimkan satelit COBE (Cosmic Background Explorer). COBE ke ruang angkasa untuk melakukan penelitian tentang radiasi latar kosmis. Hanya perlu 8 menit bagi COBE untuk membuktikan perhitungan Penziaz dan Wilson. COBE telah menemukan sisa ledakan raksasa yang telah terjadi di awal pembentukan alam semesta. Dinyatakan sebagai penemuan astronomi terbesar sepanjang masa, penemuan ini dengan jelas membuktikan teori Big Bang.

          Bukti penting lain bagi Big Bang adalah jumlah hidrogen dan helium di ruang angkasa. Dalam berbagai penelitian, diketahui bahwa konsentrasi hidrogen-helium di alam semesta bersesuaian dengan perhitungan teoritis konsentrasi hidrogen-helium sisa peninggalan peristiwa Big Bang. Jika alam semesta tak memiliki permulaan dan jika ia telah ada sejak dulu kala, maka unsur hidrogen ini seharusnya telah habis sama sekali dan berubah menjadi helium.

          Segala bukti meyakinkan ini menyebabkan teori Big Bang diterima oleh masyarakat ilmiah. Model Big Bang adalah titik terakhir yang dicapai ilmu pengetahuan tentang asal muasal alam semesta. Begitulah, alam semesta ini telah diciptakan oleh Allah Yang Maha Perkasa dengan sempurna tanpa cacat.

          Yang telah menciptakan tujuh langit berlapis-lapis. Kamu sekali-kali tidak melihat pada ciptaan Tuhan Yang Maha Pemurah sesuatu yang tidak seimbang. Maka lihtatlah berulang-ulang, adakah kamu lihat sesuatu yang tidak seimbang. (QS. Al-Mulk, 67:3)[14]

C. Teori Asal Mula Bumi

          Lima miliar tahun yang lalu,system tata surya kita tidak ada. Yang ada hanyalah awan debu dan gas yang secara perlahan berubah bentuk.sembilan planet, termasuk Bumi, dibentuk dari materi yang menggumpal, menyerupai gumpalan bola salju, di dalam kabut. Mengenai teori sejarah asal terbentuknya bumi sebagai berikut;[15]

• Proses dimulai sekitar 4,6 miliar tahun yang lalu di pusat nebula matahari.

• Matahari terbentuk di pusat awan ini. Sementara itu, gas dan bahan lain di bagian luarnya menggumpal.

• Bebatun kecil berubah menjadi lebih besar, membentuk cikal bakal planet, atau protoplanet dengan diameter beberapa kilometre.

• Protoplanet saling bertumbuhan satu sama lain dan menggumpal hingga mencapai ukuran planet (memiliki diameter beberapa ribu kilometer). Hingga ratusan juta tahun, planet tersebut dibombardir secara kuat dan terus menerus oleh bebatuan lain.

• Sekitar 4,5 miliar tahun yang lalu, bumitelah diselimuti oleh lautan larva yang berasal dari bebatuan yang terbakar dan luasnya mencapai beberapa kilometre.

• Secara perlahan, lautan larva tersebut mendingin membentuk kerak yang dihantam terus menerus oleh berbagai meteor dan komet.

• Planet muda kita juga mengalami aktifitas vulkanik yang melepaskan lapisan udara secara radikal, lapisan udara ini berbeda dengan lapisan udara saat ini. Keberadaan air dimungkinkan berassal dari kedalaman bumi atau dibawa dari angkasa oleh komet dan membentuk laut. Pada saat bersamaan, kerak bumi berupa menjadi benua.

• Kemunculan benua, laut, dan lapisan oksigen rendah menghasilkan proses pembentukan molekul yang lebih kompleks, yang menuntun terciptanya fenomena yang luar biasa, yaitu kehidupan. Bahkan lebih mengejutkan lagi, kehidupan dengan sangat cepat muncul dari laut, kurang dari satu miliar tahun setelah bumi tecipta. Kehidupan memerlukan beberapa miliar tahun lagi ke daratan.