Ini merupakan lanjutan dari artikel sebelumnya: Kisah Pembentukan Atom Pertama Alam Semesta
Dengan kondisi hampir dua ribu kali lebih ringan dari proton, sebuah elektron umumnya dianggap sebagai satu titik tanpa bentuk atau struktur internal – benar-benar mendasar, seperti quark.
Mereka juga tidak mengorbit nukleus seperti planet yang mengelilingi matahari. Fisika kuantum memberi tahu kita bahwa tidak mungkin mengetahui posisi dan kecepatan elektron dengan akurasi sempurna. Satu elektron menyelubungi nukleus seperti kabut dan kita hanya dapat membicarakan di mana kemungkinan besar elektron itu berada.
Ilusi, dan kebingungan-kebingungan menyertai setiap upaya kita untuk memahami dunia kuantum yang aneh dan terbungkus dalam misteri yang sangat jauh dari penguraian kita. Tapi, kita tahu bahwa pembentukan atom pertama sekitar 380.000 setelah big bang; membebaskan cahaya pertama.
Di titik ini, foton cahaya sekarang memiliki jalan keluar dari labirin yang sebelumnya tidak dapat ditembus yang telah mereka timbulkan pada diri mereka sendiri.
Dengan elektron tiba-tiba tersedot di orbit di sekitar inti atom, terjadi peningkatan ruang antar materi secara tiba-tiba. Cahaya dapat bergerak tanpa menabrak apa pun, dan pada kecepatan 299.792.458 m/s.
Pada tahun 1948 Ralph Alpher dan Robert Herman mengembangkan karya ini dan meramalkan bahwa cahaya pertama yang membanjiri alam semesta ratusan ribu tahun setelah big bang masih dapat dilihat hari ini. Mereka menyatakan itu akan sebagai bukti yang sulit diperdebatkan bahwa alam semesta benar-benar dimulai dengan “dentuman besar” (big bang) yang sangat panas. Sayangnya, tidak ada yang memperhatikan dan gagasan itu sebagian besar dilupakan selama satu setengah dekade.
Robert Dicke yang berwajah segar berdiri di atap Laboratorium Radiasi di Massachusetts Institute of Technology, memegang alat buatannya sendiri. Dick bergabung dengan MIT secara rahasia pada bulan September 1941 setelah baru saja menyelesaikan PhD-nya pada usia 25 tahun.
Perang dunia kedua telah berkecamuk selama dua tahun, dan meskipun Amerika Serikat tetap netral, mereka mulai membuat persiapan untuk bergabung. Dan benar, beberapa minggu sejak Dicke mulai di MIT, Jepang menyerang Pearl Harbor dan Amerika Serikat memasuki perang keesokan harinya.
Dicke adalah penemu yang tajam dengan keterampilan nyata untuk elektronik. Ayahnya adalah seorang pengacara paten dan Dicke Jr mengajukan lebih dari 50 paten seumur hidupnya – mulai dari perangkat seperti pengering pakaian hingga laser. Tapi di MIT, Dicke sedang mengerjakan radar. Istilah radar – singkatan dari RAdio Detection And Ranging – diciptakan oleh Angkatan Laut AS setahun sebelumnya.
Dengan mengirimkan pulsa pendek gelombang radio, Anda dapat mendeteksi objek seperti pesawat musuh saat mereka memantulkan kembali gelombang radia tersebut kepada anda. Gelombang radio adalah bentuk cahaya, bagian dari spektrum elektromagnetik. Mereka memiliki panjang gelombang terpanjang dari semua cahaya – jarak di mana gelombang berulang.
Radar sudah ada sejak tahun 1930-an, tetapi di MIT Dicke mengerjakan perbaikan besar: menggunakan gelombang mikro sebagai gantinya. Gelombang mikro memiliki panjang gelombang yang lebih pendek daripada gelombang radio, artinya radar anda akan menunjukkan detail yang lebih besar. Dicke menemukan receiver (penerima) baru untuk menangkap gelombang mikro yang dipantulkan ini, sekarang disebut radiometer Dicke.
Namun rasa penasaran anak-anak dalam diri Dicke membuatnya melihat lebih jauh hingga ke luar angkasa. Dicke bertanya-tanya apakah ada gelombang mikro yang berasal dari kosmos. Dan di sinilah dia, di atap Laboratorium Radiasi MIT, mengarahkan radiometernya ke langit. Itu adalah ide yang akan dia kembalikan lebih dari satu dekade kemudian di Princeton sebagai bagian dari salah satu wawasan terpenting dalam kosmologi abad-20.
Pada akhirnya itu akan memvalidasi kisah kita tentang asal mula atom pertama. Seperti banyak dari kita, Dicke menganggap gagasan Big Bang sedikit bermasalah secara konseptual. Bagaimana sesuatu bisa muncul dari ketiadaan, mungkin merupakan pertanyaan yang paling banyak ditanyakan tentang asal usul alam semesta.
Jadi, Dicke mengeksplorasi teori siklus alam semesta (The cyclic universe theory) – alam semesta yang mengembang, melambat, berhenti, dan menyusut, runtuh kembali dengan sendirinya dalam Big Crunch, hanya untuk meledak keluar lagi di Big Bang lainnya.
Alam semesta yang runtuh akan menjadi sangat panas saat materi dihancurkan dengan sendirinya. Elektron akan terkoyak dari proton saat alam semesta kembali ke lautan pecahan sub-atomik.
Dicke menjuluki pusaran mega-panas ini sebagai “bola api”. Pantulan dan pemuaian berikutnya akan mendinginkan bola api kembali dan memungkinkan atom untuk terbentuk kembali – dan dari sinilah nama “recombination” berasal.
Dalam teori ini atom benar-benar akan bergabung kembali. dengan memikirkan skenario ini, Dicke, seperti Gamow lebih dari satu dekade sebelumnya, menemukan gagasan bahwa harus ada sisa radiasi dari tahap super-panas ini dan masih akan terlihat hari ini. Dia menyebutnya radiasi bola api.
Itulah adalah radiasi yang sama dari rekombinasi yang diprediksi Gamow dan rekan-rekannya pada tahun 1948, meskipun Dicke awalnya tidak menyadari pekerjaan mereka. Alasan Dicke bahwa radiasi bola api ini sekarang harus berada di bagian gelombang mikro dari spektrum elektromagnetik.
Tentu saja pada awalnya cahaya sisa dari Big Bang akan berada di bagian spektrum terlihat. Seandainya ada yang melihatnya, itu akan bersinar kuning-orange. Namun alam semesta terus mengembang sejak cahaya dilepaskan 13,42 miliar tahun lalu.
Ekspansi itu telah meregangkan ruang di antara segalanya, juga menggeser gelombang radiasi elektromagnetik apa pun yang bergerak melalui ruang itu. Dicke menghitung bahwa radiasi bola apinya akan direntangkan melalui infra merah dan masuk ke spektrum gelombang mikro.
Maka dia memutuskan untuk menemukannya dengan radiometernya dan mulai merencanakan pengamatan yang akan dimulai pada pertengahan 1960-an. Tapi sesuatu yang aneh terjadi sebelum dia memiliki kesempatan untuk menyelesaikan pekerjaannya.
Di Holmdel, New Jersey, dua astronom radio mencoba eksperimen yang berbeda. Mereka adalah Arno Penzias dan Robert Wilson. Seperti Gamow sebelumnya, Penzias melarikan diri dari totalitarianisme Eropa – seorang anak yang dievakuasi dari Jerman tahun 1930-an.
 |
| Robert W. Wilson (left) and Arno Penzias pose next to their antenna after winning the Nobel Prize in 1978 for discovering the Big Bang’s afterglow. |
Penzias dan Wilson menggunakan antena tanduk raksasa Holmdel, bagian dari Laboratorium Telepon Bell, untuk mendengarkan gelombang radio yang dipantulkan dari satelit yang mengorbit. Sinyal yang mereka cari samar untuk mendengarnya, mereka harus terlebih dahulu menyingkirkan gangguan lain.
Mereka menghilangkan radar lokal dan transmisi radio dan bahkan menghilangkan gangguan dari receiver itu sendiri dengan mendinginkannya hingga minus 269 derajat celcius menggunakan helium cair.
Namun terlepas dari upaya terbaik mereka, masih ada desisan yang mengganggu di detektor. Secara keseluruhan, Penzias dan Wilson menghabiskan lebih dari setahun mencoba mencari tahu sumber gangguan yang menjengkelkan ini.
Putus asa, Penzias mulai menelepon, bertanya kepada orang lain apakah mereka tahu apa yang terjadi. Suatu hari dia menelepon Dicke di Princeton. Dicke sedang berada di kantornya, di tengah rapat tentang pembuatan alatnya untuk mencari radiasi bola api. Begitu dia mendengar apa yang dikatakan Penzias, hatinya tenggelam. “Well, boys, we’ve been scooped,” katanya kepada rekan-rekannya.
Penzias dan Wilson menerima hadiah Nobel fisika 1978 atas penemuan kebetulan mereka dan Dicke dibiarkan dengan tangan kosong. Gamow juga tidak akan pernah memenangkan Nobel.
Maka berakhirlah kisah penemuan latar belakang gelombang mikro kosmik. Sidik jari yang tidak salah lagi dari pembentukan atom pertama. Bukti tak terbantahkan bahwa alam semesta kita dimulai dengan Big Bang yang panas. (baca pembahasan mengenai Big bang di sini: Apa itu Teori Big Bang?)
bersambung ke : Alama semesta yang disetel dengan baik