Berbagai pandangan dan pemikiran tentang alam semesta telah dimulai oleh orang jauh sebelum masehi. Semula mereka beranggapan bahwa bumi itu diatur oleh bebrapa dewa. Pythagoras berpendapat bahwa bumi seperti bola yang tanpa ujung pangkal. Sedangkan Aristoteles, berpendapat bahwa di atas bumi terdapat delapan langit yang terdiri dari kristal kaca tembus cahaya. Langit bulan yang beredar pada bumi dianggap terikat pada bumi yang merupakan langit terdekat. Kemudian di atasnya terdapat langit Merkurius dan langit Venus. Di atasny algi terdapat langit matahari, langit Mars, langit Yupiter dan langit Saturnus. Sedangkan bintang-bintang terdapat pada langit ke delapan. Ptolomeus, mengemukakan suatu teori mengenai kosmos dan ia mengajarkan kepada pengikutnya bahwa benda-benda langit itu semua beredar mengelilingi bumi pada ruang yang kosong.
N. Copernicus (Polandia 1473-1543), setelah bertahun-tahun menyelidiki bintang-bintang dan planet-planet, berkesimpulan bahwa hanya bulan saja yang benar-benar beredar mengelilingi bumi, sedangkan planet-planet lain tidak mengelilingi bumi tetapi beredar mengitari matahari. Pendapat ini diperkuat oleh Galileo Galilei dari penyelidikannya menggunakan teleskop menemukan bahwa yupiter bukan hanya sebuah titik cahaya kecil, melainkan sebuah bola besar dengan empat buah pengiringnya. Ia juga menemukan jalur hitam di permukaan bulan dan diduga laut atau samudra.
Teori tentang asal-usul alam semesta berkembang dari gagasan tentang terjadinya tata surya. Ditinjau dari materi asal-usulnya, ada dua pendapat yaitu:
- Tata surya berasal dari matahari yang sebagian materialnya terlepas dan menjadi planet-planet serta satelit-satelit. Teori yang terkenal dan mendukung pendapat itu diantaranya:
a) Teori Pasang Surut yang dikemukakan oleh Jeans (1901). Teori ini menyatakan bahwa ada bintang besar yang mendekati matahari, sehingga timbul efek pasang pada kabut matahari. Akibat daya tarik bintang besar tadi, sebagian massa matahri tertarik dan lepas dari matahri yang selanjutnya mendingin dan terbentuk planet-planet dan satelit-satelit tata surya.
b) Teori Bintang Kembar. Teori ini menyatakan bahwa matahri merupakan bintang kembar, kemudian satu bintang meledak dan pecahannya mendingin membentuk planet-planet dan satelit-satelit. Karena semuanya terpengaruh oleh gravitasi matahari, maka planet-planet itu beredar mengelilingi matahari.
- Tata surya berasal dari kabut asal atau nebula, yang terdiri dari Helium dan Hidrogen. Teori ini dikenal sebagai teori Nebula yang mula-mula dikemukakan oleh Immanuel Kant (1755) dan Pierre de Laplace(1796).
a) Teori Nebula Kant.
Teori ini menyatakan bahwa diangkasa berisi berbagai macam gas. Gas-gas yang massanya besar menarik gas-gas yang ada di sekelilingnya. Bagian-bagian kecil itu menyatukan dirinya sehingga membentuk kabut besar yang selanjutnya menjadi matahari. Akibat tumbukan antara bola-bola gas tadi menyebabkan kabut itu menjadi panas dan berputar. Kabut itu selanjutnya mendingin yang berakibat perputarannya menjadi lebih cepat. Kabut itu juga mengalami pemampatan dan penyusutan yang menambah cepatnya perputaran kabut itu. Di tempat perputarannya yang paling cepat, yaitu di bagian katulistiwa bola kabut tersebut melontarkan bola-bola gas yang kemudian mendingin dan membentuk planet-planet.
b) Teori Nebula Laplace. Teori ini pada prinsipnya sama dengan teori Nebula Kant, hanya saja Laplace beranggapan bahwa sejak semula kabut gas itu memang telah berputar dan dalam keadaan panas. Gas yang berputar itu mulai mendingin dan mengakibatkan perputarannya bertambah cepat. Bagian kutub menjadi mampat dan daerah katulistiwa terjadi penumpukan gas. Semakin dingin perputaran semakin cepat perputaran disertai penyusutan, sehingga sebagian gas pada daerah katulistiwa terlepas. Gas-gas itu mendingin menjadi planet-planet yang berputar mengelilingi massa asalnya.
Menurut teori Nebula ini, karena perputarannya, maka nebula yang berpuatar itu menjdai pipih seperti piringan yang dikenal sebagai kabut pilin. Inti kabut pilin itu merupakan bagian yang paling panas yaitu matahari dan di bagian yang luar mendingin sehingga berkondensasi menjadi planet-planet. Teori ini kemudian diperbaiki oleh Fred Hoyle dan Hannes Alfen (1950-an) yang menjelaskan perlambatan perputaran matahari, yaitu karena medan magnetic yang menghubungkan matahri dengan piringan gas yang berputar bersamanya memindahkan momen sudut putar dari matahari ke planet-planet sehingga kecepatan perputaran matahari semakin lambat sedangkan kecepatan planet-planet bertambah.
Dari gagasan tentang terjadinya tata surya kemudian berkembang teori-teori tentang alam semesta. Anggapan dasar yang digunakan adalah dalam alam semesta hanya ada satu macam hokum alam, sehingga tata surya sebagai satu bagian alam semesta dalam sekala kecil dapat dianggap mewakili alam semesta yang sangat besar untuk mengajukan hipotesisi-hipotesisi yang sejalan dengan terjadinya alam semesta. Dari kosmologi modern dikemukakan teori-teori tentang terjadinya alam semesta. Dari teori-teori yang ada dapat dikelompokkan menjadi tiga kelompok besar.
- Teori Keadaan Tetap
Para tokoh pendukung teori keadaan tetap mengajukan medol alam semesta berdasarkan prinsip kosmologi sempurna yang menyatakan bahwa alam semesta sama dimanapun dan bilamanapun juga. Oleh karena itu hipotesisi ini dikenal dengan nama Kosmologi Keadaan tetap (Steady-state Cosmology). Pandangan ini dapat diartikan bahwa alam semesta sebagai tak berawal dan tak berakhir, alam semesta lebih kurang sama, bukan hanya di mana-mana, tetapi juga setiap saat. Tokoh-tokoh pendukung teori ini antara lain fred Hoyle, Herman Bondi dan Thomas Gold.
Berdasarkan asumsi di atas Bondi dan Gold menganggap segala sesuatu di alam semesta ini kelihatannya tetap sama meskipyn galaksi-galaksi saling menjauh satu sama lain. Hal ini diduga karena materi di alam semesta dapat terbentuk terus menerus dalam ruang kosong dengan kecepatan yang cukup untuk mengganti materi yang berpindah. Pendapat ini didukung oleh kenyataan bahwa jumlah galaksi beru sebanding dengan jumlah galaksi lama. Secar garis besar teori ini menyatakan bahwa tiap-tiap galaksi lahir, tumbuh, menjadi tua dan akhirnya mati pada saat bintang-bintang yang menyusun galaksi itu berevolusi mencapai keadaan bajang putih atau katai putih. Dengan terbentuknya naeri-materi baru, maka menurut teori ini alam semesta tak berhingga bersarnya dan tak terhingga tuanya atau dengan kata lain alam semesta tanpa awal dan tanpa akhir.
- Teori Dentuman Besar (The Big Bang Theory)
Teori ini mengemukakan satu model alam semesta yang dasar pemikirannya menggunakan hokum fisika dan teori pemuaian Huble (Edwin Huble). Teori dentuman besar lahir dari hasil gagasan ahli astrofisika George Gamow.
Menurut teori ini ada dua masa penting yang berlangsung selama sejarah alam semesta, yakni:
1) Era radiasi dari saat alam semesta baru lahir sedetik sampai sejuta tahun kemudian
2) Era pendinginan dari alam semesta berumur sejuta tahun dan terus berlanjut selama gerak memulai alam semesta yang diikuti dengan alam senyap gema sisa dentuman besar. Sisa gema itu akan tertangkap dalam bentuk radiasi bersuhu 5K
Era radiasi yang dikemukakan oleh Gamow ini diperkirakan mempunyai suhu sepuluh milyar derajat pada saat terbentuknya fusi Hidrogen menjadi Helium.
- Teori Osilasi
Teori ini beranggapan bahwa semua materi bergerak saling menjauh dan bermula sari satu massa termampat. Materi ini akhirnya melambat dalam bergerak saling menjauhi satu sama lain dan akhirnya berhenti. Proses selanjutnya adalah proses mengekerut akibat gaya gravitasi. Materi yang mengalami proses mengekrut terus menerus itu akhirnya meledak lagi yang dilanjutkan dengan pemuaian lagi. Dalam proses mengembang dan mengkerut itu tidak ada materi yang hialng atau tercipta, melainkan hanya berubah tatanannya atau hanya mengalami goyangan (ascillation).
Ilmu yang mempelajari alam semesta dinamakan Kosmologi. Obyek kosmologi hanya satu yaitu alam semesta. Kosmologi memiliki sejarah yang cukup lama, dari kosmologi Mesir yang didasari mistik tentang dewa-dewa, kosmologi Yunani, kemudian kosmologi barat yang mulai menyusun gambaran sekuler mengenai alam semesta, kosmologi abad pertengahan, hingga kini kosmologi modern yang berlandaskan hokum-hukum fisika dan sains modern.
Asumsi dasar kosmologi modern:
1) Alam semesta tersusun atas atom-atom dari jenis yang sama seperti yang berada di bumi
2) Hukum-hukum alam yang berlaku di bumi juga berlaku bagi seliruh alam semesta.
3) Hukum-hukum alam yang berlaku sekarang juga berlaku di masa lalu.
Ilmu yang mempelajari alam semesta berdasarkan fisika adalah astrofisika. Sebagai landasan dasar pengetahuan teoritik dari kosmologi modern adalah teori relativitas umum Einstein, yaitu teori gravitasi yang mempelajari struktur alam semesta skala besar, dan teori mekanika kuantum, yaitu teori tentang gejala-gelajaskala kecil.
Beberapa penemuan besar dalam kosmologi yang didasarkan pada toeri relativitas umum, diantaranya:
1) Geometri Schwarzschild
Berdasarkan teori ini diperoleh suatu konsep baru, bahwa gaya gravitasi yang besar dapat menyebabkan suatu benda mengalami keruntuhan sempurna dan tidak ada yang mampu menahan gravitasi diri oleh kelengkungan yang ekstrim.
2) Friedmann
Alam semesta tidak stabil, dapat mengembung dan mengkerut. Pengembangan alam semesta ini telah dideteksi melalui teleskop Edwin Hubble (1929), yaitu dengan ditemukannya pergeseran merah.
Selanjutnya, apakah alam semesta ini bersifat terbuka atau tertutup?. Berdasarkan perhitungan teoritik kosmologi modern ditemukan rapat massa kritis ρc ≈ 10-26 kg.m3
Jika ρ<ρc berarti alam semesta mengembang cepat dan gravitasi hanya bersifat memperlambat.
Jika ρ=ρc berarti alam semesta mengembang cukup cepat, kecepatan galaksi saling menjauh menurun tetapi tetap terpisah tidak menuju keruntuhan
Jika ρ>ρc berarti laju pengembangan alam semesta kecil, masa alam semesta cukup besar sehingga mengahsilkan gravitasi yang dapat mencegah pengembangan kemudian diakhiri dengan keruntuhan alam semesta menuju titik singularitas.
3) Oppenheimer: Keruntuhan Gravitasi
a) Kelengkungan ruang yang menjadi sangat besar menyebabkan cahaya yang dipancarkan dari permukaan bintang berbelok menuju bagian dalam bintang.
b) Cahaya di permukaan bintang akan mengalami pergeseran merah secara tak hingga (seolah-olah cahaya tidak mempunyai energi lagi)
c) Terbentuk bidang horizon satu arah dimana partikel radiasi, dan yang lainnya terserap ke dalam bintang.
d) Terbentuk singularitas ruang dan waktu di pusat bintang.
Peristiwa mengembangnya lam semesta dari permulaan diawali dengan terjadinya ledakan. Tetapi kini tak dapat dijelaskan tentang awal dari peristiwa itu terjadi. Teori yang dapat dicoba dijelaskan di,mulai dari ketika isi alam semesta terpadatkan hingga apa yang disebut kerapatan Planck sekitar 1093 kerapatan air.
Dalam model keadaan tunak, alam semesta digambarkan mengembang. Akibat peristiwa ini tercipta materi baru dalam jumlah tertentu, sedemikian sehingga keseragaman distribusi materi tetap terjaga, kerapatan tak berubah selamanya.
Model standar alam semesta yang dikembangkan kosmologi modern tidak menjelaskan kerapatan matri alam semesta. Ini harus ditentukan dari pengamatan. Dan inilah yang menjadikan adanya perbedaan tentang apa yang terjadi di masa depan.daya tarik gravitasi memperlambat ekspansi. Jika kerapatan cukup tingi maka gravitasi uga cukup besar untuk menghentikan seluruh proses ekspansi dan sesudah itu alam semesta bisa saja berhenti mengembang dan mulai menjai padat dan panas. Pada akhirnya terjadi pengerutan yang disebut keruntuhan gravitasi (big crunch). Dalam keadaan ini alam semesta disebut jagat tertutup (closed universe). Jika alam semesta terus berekspansi selamnya tetapi dengan laju yang terus mengecil dan mengecil, kepadatannya dikatakan berada pada nilai kritis. Ini yang disebut jagat datar (flat universe). Bila kerapatan terlalu kecil untuk menghentikan ekspansi maka alam semesta akan terus berekaspansi selamya. Ini disebut jagat trbuka (open universe).
Rekomendasi Artikel: