BIG BANG TRILOGY: CHAPTER 1 – THE FORCE SAGA BEGINS

Segenap alam semesta ini, termasuk dunia kita, tercipta melalui peristiwa yang disebut "Big Bang"

SUMBER GAMBAR: UNSPLASH - Casey Horner

Penggemar kultur pop Barat mungkin lebih mengenal “Big Bang Theory” sebagai judul serial komedi Hollywood. Kalo kalian penggemar K-Pop, mungkin kata “Big Bang” memiliki arti lain, yakni boyband sukses asal Korea. Tapi pastinya para pembaca blog Mengaku Backpacker yang tertarik dengan misteri alam semesta pasti mengenalinya sebagai teori asal-usul jagad raya ini. Bahkan bisa dikatakan “Big Bang” adalah detik dimana Tuhan menciptakan alam semesta ini.

Tak heran mengapa Big Bang seolah tak bisa dipisahkan dengan konsep Ketuhanan. Pencetus pertama teori ini saja adalah seorang pastur Katolik asal Belgia yang juga seorang fisikawan bernama Georges Lemaître. Namun istilah “Big Bang” sendiri pertama kali diperkenalkan oleh astronom asal Inggris bernama Fred Hoyle pada 1949 untuk kemudian dipopulerkan ke khalayak publik oleh Stephen Hawkings lewat bukunya “Brief History of Time”.

Namun apa sebenarnya Big Bang itu? Pertanyaan itu akan gue jawab sekarang melalui trilogi artikel mengenai Big Bang ini.

Galaksi seperti di gambar ini senantiasa bergerak menjauhi kita, sehingga muncul pemikiran bahwa alam semesta mengembang dan membawa kita ke teori "Big Bang"

SUMBER GAMBAR: UNSPLASH - Guilermo Ferla

Sebelum mengenal lebih jauh apa itu Big Bang, kita telusuri dulu sejarah teori tersebut. Pada 1912, seorang antariksawan bernama Vesto Slipher (namanya lebih cocok jadi villain di Harry Potter nggak sih) mengamati nebula (istilah kuno untuk “galaksi”) lewat teleskopnya dan mendapatkan pencerahan mengejutkan bahwa galaksi-galaksi tersebut bergerak menjauhi Bumi. Kala itu ia berpikir bahwa galaksi-galaksi bisa diandaikan layaknya pulau-pulau yang mengapung di lautan semesta dan [mungkin] bergerak tak tentu arah.

Barulah satu dekade kemudian, seorang astronom Amerika bernama Edwin Hubble mendapatkan jawaban mengapa galaksi-galaksi tersebut bergerak menjauhi kita, yakni alam semesta kita mengembang layaknya sebuah balon yang terus membesar.

Ide itu kemudian ditelusuri oleh Georges Lemaître yang namanya telah kita singgung tadi. Jika benar alam semesta kita terus mengembang, maka jika kita tarik mundur terus-menerus, berarti alam semesta kita memiliki awal dong?

Awal inilah yang disebut sebagai Big Bang yang kemudian berhasil dibuktikan oleh sepasang ilmuwan bernama Arno Penzias dan Robert Wilson pada 1964. Sebelumnya pada tahun 1950, tiga ilmuwan bernama Ralph Alpher, Robert Herman and George Gamow berteori bahwa jika Big Bang benar-benar terjadi, maka satu-satunya bukti keberadaannya adalah “Cosmic Microwave Background (CMB) Radiation”, yakni radiasi purba yang tersisa dari ledakan dahsyat tersebut.

Ilustrasi radiasi CMB sebagai sisa ledakan Big Bang saat penciptaan jagad raya

SUMBER GAMBAR: WIKIPEDIA

Penzias dan Wilson secara tak sengaja menemukan CMB ketika bekerja dengan antena parabola di lab mereka (awalnya mereka mengira apa yang mereka temukan adalah gangguan teknis karena pup burung merpati di parabola mereka sehingga merekapun getol membersihkannya). Saking pentingnya penemuan ini, Penzias dan Wilson sampai dianugerahi hadiah Nobel Fisika pada tahun 1978. Semenjak itulah, Teori Big Bang direstui kebenarannya oleh para ilmuwan.

Namun sebelum gue menjelaskan Big Bang ini, kalian harus mengerti dulu tentang empat gaya fundamental dan jenis-jenis partikel sub-atomik. Jika tidak, dongeng Penciptaan yang akan gue kisahkan ini takkan banyak kalian pahami.

MAY THE FORCE BE WITH YOU!

Ombak seperti ini tercipta berkat force yang bekerja mengatur alam semesta ini, mulai dari gaya yang mendorong laut hingga force yang mengatur tiap partikel air dan garam di dalamnya

SUMBER GAMBAR: UNSPLASH - Jeremy Bishop

Gue agak bingung sebenarnya dengan model pendidikan di Indonesia yang gue bilang sama sekali nggak update dengan kemajuan-kemajuan terkini di bidang sains. Semisal, di bidang Biologi, semenjak SMA kita mengenal konsep bahwa makhluk hidup di Bumi dibagi menjadi 5 Kingdom, yakni Monera (bakteri), Protista (hewan bersel satu), Fungi (jamur), Plantae (Tumbuhan), dan Animalia (Hewan). Padahal klasifikasi terkini menyebutkan bahwa sudah ada 7 Kingdom (menurut Thomas Cavalier-Smith), yakni Eubacteria, Archaebacteria, Chromista (alga), Protista, Fungi, Plantae, dan Animalia.

Sama halnya dengan Fisika dan Kimia. Kita selalu menyebut partikel terkecil sebagai atom, yang sesungguhnya masih bisa dibagi menjadi proton, neutron, dan elektron. Namun semenjak tahun 60-an, ilmuwan menemukan bahwa partikel-partikel tersebut sesungguhnya bukanlah yang terkecil lagi, sebab masih bisa dibagi lagi menjadi entitas bernama “quark”, Anehnya, walaupun sudah ada semenjak 60 tahun lalu, teori ini sama sekali tak pernah disinggung dalam pelajaran IPA (gue nggak tahu sih kalo generasi sekarang, soalnya gue SMA-nya udah zaman jadul banget).

Sebelum gue menjelaskan apa itu “quark”, gue jelaskan dulu tentang 4 gaya fundamental atau “four fundamental forces” (karena lebih keren, mulai sekarang gue akan menyebut “gaya” sebagai “force” biar mirip Star Wars hehehe). Dunia kita ini sesungguhnya diatur oleh force. Tanpa force, hal semudah melangkahkan kaki untuk berjalan hingga hal rumit yang sulit kita bayangkan seperti reaksi nuklir dalam bintang (atau “thermonuclear astrophysics” kata Tony Stark) takkan bisa terjadi.

Gravitasi dan Elektromagnet

Siapa sangka sebutir pel yang jatuh dari pohon menjadi awal mula tercetusnya salah satu force utama di alam semesta

SUMBER GAMBAR: UNSPLASH - Sara Cervera

Dalam dunia nyata kita, seluruh force (atau gaya tadi) bisa dikategorikan menjadi hanya dua, yakni gravitasi dan elektromagnet. Gravitasi kita semua tahu, yakni gaya tarik yang pertama kali dicetuskan oleh Isaac Newton ketika ia mengamati sebuah apel jatuh dari pohonnya (FYI peristiwa “pencerahan” itu terjadi pada tahun 1666, creepy right?). Sedangkan semua gaya yang kita kenal dalam kehidupan kita sehari-hari, selain gaya gravitasi, adalah elektromagnet.

Hah? Berarti semua gaya yang kita kenal sejak SMA, seperti gaya dorong, gaya tarik, gaya gesek, hingga aktivitas sehari-hari, seperti kita mendorong pintu Indomaret, mengendarai mobil, atau bahkan saat kita berenang, semuanya adalah elektromagnetik? Memang aneh kedengarannya, namun semua yang melibatkan “energi” bisa dikategorikan sebagai force “elektromagnet” menurut Fisika Modern, jadi kita ikuti saja apa kata fisikawan itu. Elektromagnet juga mencakup semua gelombang, baik cahaya, listrik, bunyi, magnet, dan sebagainya.

Strong Force dan Weak Force

Force yang bekerja di Alam Kuantum memang tak bisa kita lihat, namun dampaknya bisa saja kita rasakan, semisal energi nuklir ini

SUMBER GAMBAR: UNSPLASH - Dan Meyers

Nah, dengan pengalaman kita sehari-hari, hanya dua force itu yang bisa kita rasakan. Namun beda lagi di Dunia Kuantum (here we go). Dunia kuantum melibatkan para partikel yang maha-mungil hingga tak terlihat bagi mata kita. Interaksi antar partikel melibatkan dua force yang juga tak kasat mata, yakni “weak force” dan “strong force”.

Dalam kehidupan kuantum, partikel bisa menyatu dan bisa juga terpisah. Partikel menyatu semisal membentuk atom. Nah, force yang menyatukan partikel itu disebut “strong force”. Namun ada juga masa dimana partikel itu memisah, semisal pada saat radiasi nuklir dimana inti nuklir melepaskan partikel-partikel radiasi yang bisa membahayakan tubuh seperti di Insiden Chernobyl. Peristiwa pelepasan partikel ini disebabkan oleh force kedua, yakni “weak force”.

Jadi total, di dunia kita dan di Dunia Kuantum, ada empat force yang bekerja, yakni gravitasi, elektromagnet, weak force, dan strong force (sebenarnya ada teori yang menyebutkan bahwa masih ada force kelima yang belum kita temukan, namanya adalah “dark energy” atau “quintessence”, namun itu takkan kita bahas karena masih berupa spekulasi).

Nah di sinilah letak keanehannya.

Bila kita telusuri keempat force itu, bahkan gravitasi dan elektromagnet, hingga ke Dunia Kuantum, kita akan bisa melihat bahwa force-force tersebut sesungguhnya disebabkan (atau lebih tepatnya “dibawa”) oleh partikel. Partikel yang berbeda akan membawa force yang berbeda pula.

SAGA PARTIKEL

Layar smartphone kita menggunakan paling tidak satu partikel sub-atomic, yakni foton, sehingga keberadaan partikel tak bisa dipisahkan dari kehidupan kita sehari-hari

SUMBER GAMBAR: UNSPLASH - William Hook

Dulu di SMA kita hanya mengenal ada 3 partikel sub-atomic (julukan bagi partikel yang lebih kecil dari atom), yakni elektron, proton, dan neutron. Tapi kenyataannya, sudah ada 36 partikel sub-atomic yang dikenal hingga saat ini.

Hah? 36??? Apa aja itu?

Agar lebih mudah, ketiga puluh enam partikel itu dibagi menjadi 2 kelas, yakni “Fermion” dan “Boson”.

Fermion

Fermion adalah “partikel materi”, artinya partikel yang menyusun semua benda yang ada di alam semesta ini. Itu termasuk butiran pasir, buku, lemari, tubuh kalian, laut, gunung, hingga planet dan bintang. Fermion dibagi dua, yakni “Quark” dan “Lepton”.

Quark adalah penyusun proton dan neutron. Ada enam “rasa” quark, yakni “Up” dan “Down”, “Top” dan “Bottom”, serta “Charm” dan “Doctor Strange”. Mengapa disebut “rasa”? Karena para ilmuwan hingga kini tak bisa melihat quark, namun bisa merasakannya pengaruhnya. Sebutir proton misalnya, tersusun atas dua partikel quark “up” dan satu “down”.

Proton tercipta berkat interaksi antara dua quark up dan satu quark down, seperti ditunjukkan ilustrasi di atas

SUMBER GAMBAR: WIKIPEDIA

Lepton dibedakan menjadi dua jenis, yakni yang memiliki muatan (charged) dan yang bersifat netral. Lepton yang memiliki muatan meliputi: Elektron, Muon, dan Tau. Sedangkan lepton yang netral (tidak memiliki muatan) disebut “neutrino”. Ada tiga jenis neutrino (kompatibel dengan lepton yang bermuatan), yakni Elektron-Neutrino, Muon-Neutrino, dan Tau-Neutrino.

Jika kita hitung, ada 12 partikel fermion, yakni 6 jenis quark dan 6 jenis lepton (3 “charged” dan 3 netral). Semua partikel tersebut memiliki kembaran jahatnya, yakni “anti-matter” (semisal ada anti-quark, anti-elektron/positron, dan lain-lain). Jadi total, seluruh fermion dan “kembaran jahat”-nya semua berjumlah 24 partikel.

Boson

Kita menginjak boson sekarang. Boson adalah partikel “pembawa force”. Secara garis besar ada 4 jenis boson (yang baru ditemukan), yakni:

1. Foton, yakni partikel pembawa force elektromagnet.
2. Gluon, yakni partikel pembawa “strong force”. Seperti kita kenal tadi, strong force bertugas menyatukan partikel, sama seperti namanya yang mirip “glue” atau lem. Gluon dibedakan berdasarkan “warna”-nya. Ada 9 jenis gluon (Merah-Antimerah, Merah-Antihijau, Merah-Antibiru, Hijau-Antimerah, Hijau-Antihijau, Hijau-Antibiru, Biru-Antimerah, Biru-Antihijau, Biru-Antimerah). Namun pada kenyataannya hanya “diperbolehkan” ada 8 gluon. Bingung? Namanya juga Mekanika Kuantum.
3. Boson W dan Z, yakni partikel pembawa “weak force”. Ada dua jenis boson W, yakni W+ dan W-, namun hanya ada satu jenis boson Z.
4. Boson Higgs atau yang lebih dikenal sebagai “god particle” atau “partikel tuhan”. Partikel ini tidak membawa force, namun fungsinya untuk memberi massa bagi partikel-partikel yang ada.

Jadi ada 12 jenis boson (8 gluon, 2 boson W, 1 boson Z, dan 1 partikel tuhan). Sehingga jika kita menambahkan 24 partikel fermion, terbukti bahwa total ada 36 jenis partikel.

Dan di SMA kita cuma belajar 3 partikel (itupun hanya 1, yakni elektron, yang benar-benar partikel sub-atomik). Kenapa? Gue juga nggak tahu, mungkin untuk mempermudah pemahaman anak-anak SMA (karena dengan 3 partikel aja Fisika dah bikin puyeng setengah mati, apalagi 36).

Risalah “Standard Model”

Kalian mungkin masih ingat pas SMA di Kimia kalian pernah belajar tentang Tabel Periodik. Nah, hampir sama, partikel-partikel ini juga bisa ditata dengan cantik dalam bentuk tabel yang disebut “Standard Model”.

Kita bisa lihat bahwa quark dan lepton tertata dalam kelompok berisi 3-3, apakah ini kebetulan atau memang kehendak Sang Pencipta, belum ada yang tahu

SUMBER GAMBAR: WIKIPEDIA

Jika kalian perhatikan, dalam bagian terbawah Tabel Periodik ada bagian-bagian kosong yang nantinya diisi dengan unsur-unsur baru apabila ditemukan. Sama seperti itu, bagian tabel Standard Model yang masih kosong (di bawah boson Higgs) mungkin akan bisa diisi dengan partikel-partikel baru yang bisa saja ditemukan di masa depan.

Jika kalian ingat, ada 4 fundamental force, yakni gravitasi, elektromagnet (dibawa foton), weak force (dibawa boson Z dan W), dan strong force (dibawa gluon). Bila kalian perhatikan, kita belum menemukan partikel pembawa gaya gravitasi. Apabila suatu saat kelak ditemukan, partikel itu akan dinamai “Graviton”. Tak hanya itu, masih ada partikel hipotetis lain bernama “Tachyon” yang konon bisa bergerak lebih cepat daripada cahaya. Penemuan tachyon ini (jika benar ada) suatu saat nanti akan memungkinkan terjadinya time traveling.

Nah, setelah kita memahami 4 fundamental force dan 36 partikel sub-atomic tersebut, barulah kita bisa menengok apa yang terjadi selama Penciptaan. Dan ini mungkin akan membuat kalian terkesima.

SUMBER: WIKIPEDIA