Home / Artikel / Menangkap Gelombang Gravitasi

Menangkap Gelombang Gravitasi

KIRA-KIRA 2350 tahun lalu, tepatnya pada tahun 340 SM, Aristoteles menyatakan bahwa bentuk bumi adalah bulat, dan alam semesta berputar mengelilingi bumi. Pendapat itu dijadikan acuan oleh Ptolomeus untuk membuat modcl kosmosnya.

Copernicus, beberapa abad kemudian, menyatakan bahwa pusat alam semesta ini bukan bumi melainkan matahari. Gagasan itu didukung oleh Johannes Keppler (Jerman) dan Galileo Galilei (Italia). Menurut Kepler, memang benar bumi dan beberapa planet lainnya berputar mengelilingi matahari, namun lintasannya bukan berbentuk lingkaran sebagaimana dikemukakan oleh pendahulu-pendahulunya, melainkan berbentuk elips.

Pada tahun 1687, Sir Isaac Newton, atas dasar penelitian-penelitiannya, mempostulasikan hukum gravitasi universal yang menyatakan bahwa tiap sesuatu yang ada di alam semsta ini akan selalu saling tarik-menarik dengan sesuatu yang lain di dekatnya, karena ada gaya gravitasi. Semakin masif dan semakin dekat benda-benda yang sedang saling tarik-menarik, semakin kuat daya tarik gravitasinya. Menurut Newton, karena jumlah bintang-bintang di langit amat banyak serta terdistribusi secara merata dalam ruang tanpa batas, maka kekhawatiran bahwa semesta akan runtuh akibat bintang-bintang berjatuhan ke satu titik, dapat ditolak.

Pada masa itu dipercaya bahwa gaya gravitasi bersifat saling menolak jika tempatnya bcrjauhan, oleh karena itu gerak planet-planet dan distribusi bintang-bintang tetap dalam keseimbangan. Baru pada tahun 1929, saat Edwin Hubble melakukan obervasi yang bersejarah itu, dia mendapatkan bahwa sesungguhnya alam semesta ini sedang dan dalam proses mengembang. Itu berarti bahwa pada masa lalu, benda-benda semesta yang semakin berjauhan tadi berada pada jarak yang lebih dekat satu sama lain. Bahkan, diduga sepuluh atau dua puluh milyar tahun yang lalu, semua yang menghuni alam semesta ini pernah beirada di satu tempat yang sama. Pada saat itu densitas alam semesta benar-benar tak terhingga.

Dari hasil pengamatan Hubble memunculkan argumentasi baru. Mung-kin pada zaman dahulu terdapat satu saat di mana alam semesta berada pada kondisi yang benar-benar sangat kecil dengan densitas yang tak terhingga besarnya. Dalam keadaan seperti itu, semua hukum ilmu pengetahun tidak lagi berlaku. $emua daya mampu untuk memperkirakan masa depan juga terhenti. Dan, seandainya ada kejadian yang lebih awal dari waktu itu, semuanya tidak berpengaruh terhadap apa yang terjadi sesudahnya. Ini berarti, baru sesudah massa yang mampat itu meledak (disebut ledakan besar atau Big Bang), ruang dan waktu bermula.

Dewasa ini para ahli menggambarkan alam semesta melalui dua teori, yaitu teori relativitas umum yang menerangkan tentang gaya gravitasi dan struktur semesta dalam skala luas, dan teori mckanika kuantum yang menyimak gejala-gejala alam semesta dalam skala kecil. Kedua teori tersebut, belum memuaskan benar karena tidak selalu konsisten, sehingga para ahli berusaha mencari teori gabungannya.

TEORI RELATIVITAS UMUM DAN GELOMBANG GRAVITASI
Pada tahun 1905, Albert Einstein, seorang pegawai kantor paten di Swiss, melontarkan gagasannya bahwa ide tentang eter sebagaimana dikemukakan untuk mendukung teori Newton dan Max Planck tentang cahaya sebenarnya tidak perlu. Ilmu pengetahuan dewasa ini membenarkan gagasan tersebut. Ternyata, ruang angkasa yang ada di atas kita bukanlah sekedar ruang hampa yang membentang di antara bumi dan bintang-bintang, juga bukan hanya sekedar ruang kosong antara elektron dan inti atom, tetapi merupakan medium maha luas yang sifatnya lebih lentur dari karet dan lebih kuat dari besi.

Pada saat itu pun Einstein sudah menyadari sepenuhnya bahwa ruang angkasa mengambil bentuknya berdasarkan massa yang terkandung di dalamnya. Kesadaran inilah yang melahirkan teori relativitas pada tahun 1915, yang secara sederhana dapat dinyatakan dalam rumus E = mc2 , dengan E = energi, m = massa, dan c = kecepatan cahaya.

Konsekuensi dari hukum ini adalah bahwa massa dari sebuah benda akan meningkat bila benda tersebut bergerak dengan kecepatan yang semakin mendckati kecepatan cahaya. Pada saat benda itu mencapai kecepatan yang sama dengan kecepatan cahaya, maka massa benda akan meningkat menjadi sedemikian besarnya sampai tak terhingga. Dengan kata lain, agar bisa mencapai kecepatan yang sama dengan kecepatan cahaya, sebuah benda yang sedang bergerak memerlukan energi yang tak terhingga banyaknya. Sehubungan dengan itu, benda-benda biasa tidak mungkin bisa melaju dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan cahaya. Hanya cahaya dan gelombang lain yang tidak memiliki massa intrinsik sajalah yang dapat mencapainya.

Gelombang lain yang dimaksud diantaranya adalah gelombang gravitasi. Gelombang gravitasi, adalah gelombang yang merambat melalui medan gravitasi. Berarti, gelombang gravitasi analog dengan gelombang cahaya yang merambat melalui medan elektromagnetik. Pada awalnya, Einstein sendiri meragukan keabsahan teori gravitasinya sehubungan dengan fenomena ini. Oleh karena itu, pada tahun 1916 dia menyempurnakan teori relativitasnya sehingga menjadi umum dengan menambahkan tetapan gravitasi di dalamnya. Sampai 40 tahun sesudah itu para ahli masih meragukan, apakah gelombang gravitasi itu benar-benar ada, nyata, ataukah hanya semacam glitch saja dari teori relativitas.

Baru pada tahun 1950 para ahli sependapat bahwa gelombang gravitasi memang benar-benar ada. Hal itu dibuktikan melalui hasil pengamatan Sir Arthur Eddington.

Berdasarkan teori relativitas, benda-benda berat yang bergerak dalam orbitnya akan menyebabkan terpencarnya gelombang gravitasi yang bergerak dalam lengkungan ruang dengan kecepatan yang sama dengan cahaya. Seperti halnya cahaya, gelombang gravitasi juga memuat energi yang berasal dari benda yang memancarkannya. Dengan demikian, secara berangsur-angsur benda tadi akan mengalami kehabisan energi karena pemancaran gelombang gravitasi. Keadaan itu disebut runtuh gravitasi. Selama benda tersebut sedang dalam proses runtuh gravitasi, dan kelak akan berubah menjadi lubang hitam, gerakannya akan semakin hebat, dan menjelang akhir “hidup-nya”, laju pemancaran energinya juga semakin cepat. Menurut Penrose dan Wheeler, gerakan cepat yang terlihat sewaktu keruntuhan bintang menjadi benda hitam, mengandung arti bahw a gelombang gravitasi yang dipancarkan akan membuatnya semakin bulat. Dan tepat pada waktu keadaan stasioner tercapai, benda hitam pun terbentuk dengan bentuk bulat sempurna.

Memang lubang hitam akan berbentuk bulat sempuma, kata Robert Kerr pada tahun 1963, asalkan kecepatan rotasi lubang ilu sama dengan nol. Jika kecepatannya tidak sama dengan nol, lubang hitam tersebut akan menonjol di dekat ekuatornya. Tonjolan ini akan semakin besar, sebanding dengan semakin besarnya kecepatan rotasi.

Pada tahun 1970, Brandon Carter membuktikan bahwa sepanjang lubang hitam berotasi stasioner mempunyai sumbu simetri (seperti gasing yang sedang berputar), maka ukuran dan bentuknya hanya ditentukan oleh massa dan kecepatan rotasi. Hawking, pada tahun 1971, mendukung pembuktian itu. Menurut pendapatnya, setiap lu-bang hitam berotasi stasioner akan memiliki sumbu sinteri semacam itu.

Dalam perjalanan panjang alam se-mesta, semestinya telah banyak sekali bintang yang telah runtuh karena kehabisan energia. Oleh karena itu, seharusnya telah banyak pula lubang hitam terbentuk di alam semsta ini. Lubang hitam maha raksasa dengan massa sebesar seratus juta kali massa matahari kita dapat terbentuk di pusat quasar. Sebaliknya, lubang hitam yang amat kecil, isinya hanya sepersejuta milyar daripada matahari kita, massanya bisa mencapai tiga kali lipat dari massa matahari.

Meskipun matahari kita juga berpengaruh besar pada bentuk ruang angkasa, tetapi lubang hitam merupakan pembingkai ruang angkasa yang sesungguhnya. Apabila dua buah lubang hitam yang saling berdekatan bertubrukan, maka ruang angkasa tempatnya berada itu pun menjadi lekuk, membentuk kurva yang saling memilin dan memintal dengan cara sedemikian rupa, yang para ahli baru bisa mereka-rekanya saja. Perubahan akibat tabrakan lubang hitam ini dapat digunakan sebagai bahan penguji terhadap teori-teori Einstein yang cemerlang itu.

UPAYA MENDETEKSI G ELOMBANG GRAVITASI
Sudah sejak lama para ahli berusaha membuktikan adanya gelombang gravitasi sebagaimana termuat dalam teori relativitas Einstein itu. Para ahli telah mengetahui kebenaran pengaruh dari gelombang gravitasi, namun hingga saat ini, walaupun pada tahun 1957 Joseph Weber, seorang ahli astrofisika dari Universitas Marylanda telah mencoba membangun detektor gelombang gravitasi kecil-kecilan, belum ada peralatan yang cukup peka untuk mengamati gelombang gravitasi secara langsung.

Berdasarkan teori Einstein, gelombang gravitasi mcnyebar ke luar dari sumbernya mirip riak-riak air yang timbul pada saat sebutir kerikil dilemparkan ke dalam kolam. Pada saat gelombang-gelombang tadi mengembang di ruang angkasa, kekuatan mereka makin lama makin lemah. Namun berbeda dengan radiasi elektromagentik, gelombang-gelombang gravitasi tidak terhalang oleh bintang-bintang, sampah-sampah angkasa, atau juga apabila telah dicapainya bumi.

Dengan cara mendeteksi gelombang gravitasi, maka bisa dimungkinkan bagi para ahli untuk mengungkap rahasia fenomena alam semesta, seperti obyek-obyek bercahaya cemerlang, bintang meledak, dan obyek-obyek gelap, misalnya lubang hitam. Bahkan, jika bernasib baik, mungkin mereka akan menemukan benda-benda angkasa tidak dikenal, atau bisa juga gelombang gravitasi yang berasal dari awal kejadian.

Memang ada kemungkinan untuk mengamati gelombang gravitasi, karena gelombang inilah yang mengerutkan dan merentangkan ruang dan materi di dalamnya. Sebagai contoh, anggap sebuah gelombang gravitasi melintasi sebuah tabung silinder yang amat panjang seperti terlukis pada Gambar 2. Pada saat gelombang itu menjalar dari ujung yang satu menuju ke ujung yang lain, hal itu tidak akan mengubah bentuk tabung silinder tadi secara menyeluruh ke segala arah. Yang terjadi adalah gelombang menekan dinding tabung di salah satu sisi yang tertekan itu. Dengan menggunakan sebuah detektor yang amat peka, mungkin kita dapat mengamati gelombang-gelombang gravitasi tadi, saat mengerutkan dan merentangkan angkasa dan benda-benda yang ada di dalamnya. Misalkan sebuah gelombang gravitasi yang berasal dari dua lubang hitam yang saling bertabrakan di suatu galaksi yang jauh letaknya melintas melalui detektor kita di bumi yang panjangnya tepat satu kilometer, maka panjang detektor itu temyata akan berkurang, meskipun hanya kurang dari sepertsatu milyar meter. Jadi, hanya seperseribu dari inti sebuah atom.

INTERFEROMETER RAKSASA
Setelah melalui kerja keras dan penelitian berpuluh tahun, kini para ahli fisika siap membangun teleskop raksasa yang diharapkan akan banyak mem bantu mereka dalam usaha mereka untuk meneliti fenomena semesta yang disebut pengerutan dan pembentangan angkasa itu. Namun, berbeda dengan teleskop-teleskop lain yang telah ada, alat ini dilengkapi dengan instrumen-instrumen yang tidak peka terhadap radiasi lektromagnetik: bukan cahaya, gelombang radio, sinar gamma, atau bagian apa pun dari spektrum. Teleskop itu dirancang khusus hanya untuk mendeteksi gelombang-gelombang gravitasi, penyebab perubahan bentuk ruang angkasa.

Sebuah tim yang terdiri atas para ahli fisika dari California Institute of Technology dan Massachussetts Institute of Technology di bawah pimpinan Rochus E. Vogt, berharap bahwa dibangunnya dua fasilitas, masing-masing berisi enam interferometer terbesar di dunia, mereka akan mampu mendeteksi gelombang-gelombang gravitasi untuk pertama kali. Tim yang disahkan pendiriannya oleh Presidcn Amerika Serikat, George Bush pada bulan Oktober 1991, dan menelan anggaran sebesar $ 211 juta (kabamya sekarang sudah membengkak lagi), dengan nama Laser Interferometer Gravitaional Wave, disingkat LIGO, diharapkan bisa merampungkan pembangunan kedua fasilitas canggih tadi dalam empat tahun mendatang.

Meskipun sementara ahli menyangsikan keberhasilan team LIGO ini, namun tidak sedikit pula yang menaruh harapan. Jika gelombang gravitasi berhasil dideteksi, besar harapan para ahli akan mampu memecahkan sejumlah gejala alam semesta yang paling misterius, yaitu ledakan dari bintang-bintang mampat, interaksi antara bintang-bintang netron, dan tubrukan antar lubang hitam.

Simulasi interaksi antara gelombang gravitasi dengan sebuah lubang hitam menggunakan sebuah komputer super canggih dilukiskan dalam Gambar 4.

P. Soebijanto/dari Scientific America, Maret 1992 dan Teori of Everything)

Sumber: Majalah AKU TAHU/ JANUARI 1993

Share
%d blogger menyukai ini: