Lima Harian pertanyaan alam semesta dan fisikajawaban dijelaskan

Dasar nyata

• Berapa lama cahaya Matahari menempuh perjalanan dari permukaan Matahari ke Bumi? Jawaban: sekitar 8 menit 20 detik. Jarak rata-rata Bumi–Matahari sekitar 150 juta km, dan cahaya menempuhnya dalam sekitar 499 detik. Matahari yang kamu lihat selalu Matahari dari sedikit lebih dari 8 menit lalu.

• Berapa suhu latar belakang gelombang mikro kosmik saat ini? Jawaban: sekitar 2,7 K. Sekitar 2,725 K. Ia lahir saat alam semesta berumur 380.000 tahun dan bersuhu sekitar 3000 K, dan sejak itu ekspansi alam semesta meregangkannya dan mendinginkannya sekitar 1100 kali.

• Kira-kira berapa umur alam semesta? Jawaban: sekitar 13,8 miliar tahun. Sekitar 13,8 miliar tahun. 4,6 miliar tahun adalah umur tata surya; 46 miliar tahun cahaya adalah jari-jari alam semesta teramati, bukan umur.

• Alam semesta baru berumur 13,8 miliar tahun, tetapi alam semesta teramati berjari-jari sekitar 46 miliar tahun cahaya. Mengapa? Jawaban: alam semesta terus mengembang selagi cahaya dalam perjalanan. Cahaya itu telah menempuh 13,8 miliar tahun, dan dalam waktu itu tempat asalnya terdorong makin jauh oleh ekspansi. Kecepatan cahaya tidak pernah berubah.

• Selain Matahari, bintang apa yang paling terang di langit malam? Jawaban: Sirius. Sirius, sekitar 8,6 tahun cahaya jauhnya. Polaris hanya berada sekitar urutan ke-50 dalam kecerahan; ia terkenal karena hampir tidak bergerak.

• Kira-kira berapa lama bintang bermassa 20 massa Matahari hidup? Jawaban: sekitar 10 juta tahun. Makin masif, makin garang pembakarannya: umur bintang kira-kira berbanding terbalik dengan massa pangkat 2,5. Matahari hidup sekitar 10 miliar tahun, dan katai merah terkecil hidup triliunan tahun.

• Apa unsur paling melimpah di alam semesta? Jawaban: hidrogen. Berdasarkan jumlah atom sekitar 92% adalah hidrogen, dan berdasarkan massa sekitar 74%. Sebagian besar adalah sisa dari beberapa menit pertama setelah Dentuman Besar.

• Dari mana atom emas pada perhiasanmu kemungkinan besar berasal? Jawaban: peristiwa dahsyat seperti tabrakan bintang neutron. Unsur yang lebih berat dari besi membutuhkan banyak neutron untuk dibentuk. Peristiwa gelombang gravitasi GW170817 pada 2017 untuk pertama kalinya memungkinkan orang melihat langsung tabrakan bintang neutron menempa unsur berat.

• Apa bintang terdekat dari Matahari? Jawaban: Proxima Centauri. Proxima Centauri, sekitar 4,24 tahun cahaya jauhnya. Ia katai merah terkecil dalam sistem tiga bintang Alpha Centauri, dan sebuah planet ditemukan di sekitarnya pada 2016.

• Apa itu "horizon peristiwa" lubang hitam? Jawaban: batas tempat bahkan cahaya tak bisa lolos. Horizon bukan permukaan fisik. Untuk lubang hitam yang sangat besar, orang yang melintasi horizon mungkin tak menyadari apa pun saat itu, tetapi tak akan pernah bisa keluar lagi.

• Lubang hitam mana yang tampil dalam citra lubang hitam pertama, yang dirilis pada 2019? Jawaban: lubang hitam di pusat galaksi M87. Event Horizon Telescope menghubungkan teleskop radio di seluruh dunia menjadi satu teleskop "seukuran Bumi". Citra lubang hitam di pusat Bima Sakti dirilis pada 2022.

• Mengapa bintang "berkelap-kelip"? Jawaban: turbulensi di atmosfer Bumi. Massa udara dengan suhu berbeda bekerja seperti lensa yang mengalir, membuat cahaya bintang menguat dan melemah. Planet tampak seperti cakram kecil, jadi kelipnya lebih sedikit.

• Mengapa Bulan selalu menunjukkan sisi yang sama ke Bumi? Jawaban: periode rotasi Bulan sama dengan periode orbitnya. Ini disebut penguncian pasang surut. Bulan berputar sekali dalam sekitar 27,3 hari, persis waktu yang dibutuhkan untuk mengorbit Bumi sekali.

• Kira-kira berapa bintang di Bima Sakti? Jawaban: sekitar 100 miliar hingga 400 miliar. Perkiraannya berada di antara 100 miliar dan 400 miliar. Rentangnya lebar karena katai merah yang redup sulit dihitung.

• Akan menjadi apa Matahari pada akhirnya? Jawaban: katai putih. Matahari tidak cukup masif, jadi ia akan membengkak dulu menjadi raksasa merah, melepaskan nebula planetari, dan akhirnya meninggalkan katai putih sebesar Bumi.

• Mengapa alam semesta "buram" selama 380.000 tahun pertamanya? Jawaban: elektron bebas terus menghamburkan foton. Saat itu terlalu panas, dan elektron belum ditangkap inti atom. Ketika mendingin hingga sekitar 3000 K, atom terbentuk dan cahaya bisa merambat bebas. Cahaya itu adalah latar belakang gelombang mikro kosmik hari ini.

• Sekitar berapa bagian dari seluruh materi di alam semesta yang berupa materi gelap? Jawaban: sekitar 85%. Sekitar 85%. Atom yang kita kenal hanya bagian kecil materi, dan materi gelap sejauh ini hanya terdeteksi lewat gravitasi.

• Apa yang diterbitkan Hubble pada 1929? Jawaban: makin jauh sebuah galaksi, makin cepat ia menjauh dari kita. Pada 1924 ia pertama kali menunjukkan bahwa Andromeda berada di luar Bima Sakti, dan pada 1929 ia menerbitkan hubungan bahwa kecepatan menjauh sebanding dengan jarak. Lemaître sudah menurunkan hubungan ini pada 1927.

• Kira-kira secepat apa Voyager 1 bergerak sekarang? Jawaban: sekitar 17 km per detik. Sekitar 17 km per detik. Pada kecepatan itu, mencapai Proxima Centauri butuh sekitar 75.000 tahun.

• Manakah dari objek ini yang tidak terbentuk di tata surya? Jawaban: ʻOumuamua. ʻOumuamua, ditemukan pada 2017, adalah objek antarbintang pertama yang diketahui. Ia datang dari sistem bintang lain dan kini sedang pergi.

• Apa arti "horizon peristiwa kosmologis"? Jawaban: cahaya yang dipancarkan beberapa galaksi hari ini tidak akan pernah sampai ke kita. Alam semesta mengembang dengan percepatan, dan galaksi yang cukup jauh menjauh begitu cepat sehingga cahaya yang mereka pancarkan hari ini tak akan pernah menyusul kita. Alam semesta di sana belum berakhir.

• Apa perbedaan terbesar antara bintang pertama (Populasi III) dan bintang masa kini? Jawaban: hampir tidak mengandung unsur yang lebih berat dari helium. Belum ada unsur berat di alam semesta. Mereka mungkin sangat masif dan sangat singkat umurnya, dan belum ada yang terkonfirmasi lewat pengamatan langsung.

• Kira-kira berapa berat satu sendok teh materi bintang neutron? Jawaban: miliaran ton. Kerapatan bintang neutron sekitar 4×10¹⁷ kg per meter kubik, jadi satu sendok teh (sekitar 5 mL) beratnya sekitar 2 miliar ton.

• Saat gelombang gravitasi pertama kali terdeteksi pada 2015, seberapa besar lengan LIGO sepanjang 4 km berubah panjangnya? Jawaban: sekitar seperseribu diameter proton. Kira-kira 10⁻¹⁸ m. Untuk mengukur perubahan sekecil itu, LIGO harus mengisolasi dirinya dari gempa bumi, lalu lintas, bahkan getaran ombak laut.

• Mengapa langit biru? Jawaban: molekul udara lebih mudah menghamburkan cahaya berpanjang gelombang pendek. Ini disebut hamburan Rayleigh. Saat matahari terbenam cahaya melewati lebih banyak atmosfer, cahaya biru terhambur pergi, dan cahaya merah serta jingga tersisa.

• Atom sebagian besar terdiri dari apa? Jawaban: ruang kosong. Inti hanya sekitar seperseratus ribu diameter atom. Jika atom sebesar stadion sepak bola, intinya seperti sebutir kacang polong di tengah lapangan.

• Mengapa air itu H₂O dan bukan HO? Jawaban: atom oksigen perlu dua elektron lagi agar stabil. Oksigen punya 6 elektron di kulit terluar, dan berbagi 2 lagi membuatnya penuh, jadi ia berbagi sepasang elektron dengan masing-masing dari dua atom hidrogen.

• Berdasarkan massa, apa unsur paling melimpah di Bumi? Jawaban: besi. Dengan menghitung inti, besi membentuk sekitar sepertiga massa Bumi. Jika hanya melihat kerak, yang paling melimpah adalah oksigen.

• Terbuat dari apa berlian dan grafit? Jawaban: karbon. Keduanya atom karbon yang sama dengan susunan berbeda: pada berlian setiap atom karbon berikatan dengan empat tetangga, dan pada grafit atom membentuk lapisan-lapisan segi enam.

• Apa unsur pertama yang dibuat secara buatan? Jawaban: teknesium. Ditemukan pada 1937 pada lembaran molibdenum bekas dari siklotron. Namanya berasal dari bahasa Yunani untuk "buatan".

• Mengapa besi menjadi titik akhir fusi bintang? Jawaban: peleburan besi tidak lagi melepaskan energi. Inti di sekitar besi-56 terikat paling kuat. Meleburkan yang lebih berat justru menyerap energi, jadi begitu inti bintang masif penuh besi, ia runtuh.

• Kira-kira secepat apa cahaya merambat dalam ruang hampa? Jawaban: 300.000 km per detik. Nilai tepatnya 299.792.458 meter per detik. Sejak 1983 meter didefinisikan dengan kecepatan cahaya.

• Apa yang dikatakan E = mc²? Jawaban: massa dan energi dapat saling diubah. Mengubah 1 gram materi sepenuhnya menjadi energi menghasilkan sekitar 9×10¹³ joule, setara sekitar 20.000 ton TNT.

• Di mana boson Higgs ditemukan pada 2012? Jawaban: Large Hadron Collider. Large Hadron Collider di CERN. Penemuannya mengukuhkan mekanisme yang memberi massa pada partikel, dan Hadiah Nobel Fisika 2013 diberikan kepada fisikawan yang mengusulkan mekanisme itu.

• Berapa nol mutlak dalam derajat Celsius? Jawaban: −273,15 °C. −459,67 adalah dalam derajat Fahrenheit. Nol mutlak bisa didekati tanpa batas tetapi tak pernah tercapai; inilah hukum ketiga termodinamika.

• Kira-kira berapa neutrino Matahari yang menembus area seukuran kuku jarimu setiap detik? Jawaban: sekitar 60 miliar. Sekitar 60 miliar per sentimeter persegi per detik. Hampir semuanya menembusmu dan Bumi tanpa meninggalkan jejak.

• Bisakah keterikatan kuantum dipakai untuk mengirim informasi lebih cepat dari cahaya? Jawaban: tidak. Hasil pengukuran di kedua ujung pasangan terikat saling berkorelasi, tetapi masing-masing ujung sendiri tampak acak. Kamu harus membandingkan kedua kumpulan hasil dengan sinyal biasa sebelum korelasinya terlihat. Ini disebut teorema tanpa-komunikasi.

• Apa maksud awal "kucing Schrödinger"? Jawaban: memperluas superposisi kuantum ke dunia makroskopis tampak absurd. Schrödinger mengajukannya pada 1935 sebagai kritik terhadap tafsir mekanika kuantum yang populer saat itu, tetapi kucing itu justru menjadi gambaran mekanika kuantum yang paling terkenal.

• Apa bunyi hukum kedua termodinamika? Jawaban: entropi sistem terisolasi tidak berkurang. Panas mengalir spontan dari panas ke dingin, dan tidak sebaliknya. Hukum ini memberi waktu sebuah arah.

• Mengapa air mendidih di bawah 100 °C di gunung tinggi? Jawaban: tekanan udaranya rendah. Makin rendah tekanan, makin mudah molekul air lepas. Di puncak Gunung Everest, air mendidih pada sekitar 70 °C.

• Mengapa cermin menukar kiri dan kanan tetapi tidak atas dan bawah? Jawaban: yang sebenarnya dibalik cermin adalah depan dan belakang. Cermin membalik arah yang tegak lurus pada permukaannya. Kita membayangkan orang di cermin sebagai seseorang yang berbalik menghadap kita, itulah sebabnya kiri dan kanan tampak terbalik.

• Proton dalam inti semuanya bermuatan positif, jadi mengapa mereka tidak saling mendorong? Jawaban: interaksi kuat menahan mereka bersama. Pada skala inti, interaksi kuat jauh lebih kuat daripada tolakan elektromagnetik, tetapi jangkauannya sangat pendek, dan di luar inti hampir lenyap.

• Apa itu "waktu paruh"? Jawaban: waktu yang dibutuhkan separuh inti untuk meluruh. Waktu paruh karbon-14 sekitar 5.730 tahun, sehingga dapat dipakai untuk menentukan umur bahan organik hingga beberapa puluh ribu tahun.

Riset terkait

Studi-studi ini berkaitan dengan topik ini tetapi bukan bukti langsung untuk halaman ini.

• Alam semesta sedang mengembang: Hubble menemukan bahwa makin jauh sebuah galaksi, makin cepat ia menjauh. Alam semesta tidak statis; ia mengembang.

  Sumber: Hubble, PNAS 1929, "A relation between distance and radial velocity among extra-galactic nebulae"

• Atom primordial: Lemaître secara mandiri mengusulkan bahwa alam semesta mengembang, dan kemudian membayangkannya bermula sebagai “atom primordial”, cikal bakal teori Dentuman Besar.

  Sumber: Lemaître, Annales de la Société Scientifique de Bruxelles 1927, "Un Univers homogène de masse constante et de rayon croissant"

• Menemukan partikel Higgs: Large Hadron Collider menemukan partikel baru pada sekitar 125 GeV, mengonfirmasi prediksi yang dibuat 48 tahun sebelumnya.

  Sumber: ATLAS Collaboration, Physics Letters B 2012, "Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC"

• Latar gelombang mikro kosmik: Dua peneliti Bell Labs tak bisa menyingkirkan derau di antena mereka, dan akhirnya sadar itu adalah cahaya sisa Dentuman Besar. Mereka meraih Hadiah Nobel 1978.

  Sumber: Penzias & Wilson, The Astrophysical Journal 1965, "A measurement of excess antenna temperature at 4080 Mc/s"

• Bayangan lubang hitam: Teleskop radio di seluruh dunia membentuk “teleskop virtual” seukuran Bumi dan memotret bayangan lubang hitam di pusat M87.

  Sumber: Event Horizon Telescope Collaboration, The Astrophysical Journal Letters 2019, "First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The shadow of the supermassive black hole"

• Gelombang gravitasi: Dua lubang hitam bergabung 1,3 miliar tahun lalu, dan riak ruang-waktu akhirnya terdengar oleh manusia, mengonfirmasi prediksi Einstein seabad sebelumnya.

  Sumber: Abbott et al. (LIGO & Virgo), Physical Review Letters 2016, "Observation of gravitational waves from a binary black hole merger"

• Resep alam semesta: Satelit Planck mengukur fluktuasi kecil pada latar belakang gelombang mikro kosmik: materi biasa menyusun sekitar 5% dari total energi alam semesta, materi gelap sekitar 27%, dan sisanya energi gelap.

  Sumber: Planck Collaboration, Astronomy & Astrophysics 2020, "Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters"