Anda mungkin sudah mendengar bahwa Semesta dimulai dengan Big Bang 13,8 miliar tahun yang lalu, dan membentuk atom, bintang, galaksi, dan, akhirnya, planet dengan komposisi yang diperlukan untuk penampilan kehidupan. Melihat ke tempat-tempat terpencil di Semesta, kita juga melihat ke masa lalu, dan entah bagaimana, berkat kemampuan fisika dan astronomi, kami menghitung tidak hanya bagaimana Semesta dimulai, tetapi juga umurnya. Tapi bagaimana kita tahu berapa usianya? Ini adalah pertanyaan yang diajukan pembaca kepada kami:
Ethan, bagaimana angka ini diperkirakan 13,8 miliar tahun? (Tolong jelaskan dalam bahasa sederhana, tolong!)
Sebenarnya, ada dua metode yang berbeda dan independen untuk mengukur kuantitas ini, dan meskipun salah satunya jauh lebih akurat daripada yang lain, asumsi yang kurang akurat digunakan dalam yang kurang akurat.
Metode yang lebih akurat menyarankan berpikir bahwa Semesta mengembang dan mendingin, yang berarti bahwa di masa lalu itu lebih panas dan lebih padat. Jika kita kembali ke masa lalu, kita menemukan bahwa dalam volume yang lebih kecil dari Semesta, tidak hanya semua materi terletak lebih dekat satu sama lain, tetapi juga panjang gelombang semua foton lebih pendek, karena perluasan Semesta memperluas mereka ke keadaan saat ini.
Karena panjang gelombang foton menentukan energi dan suhu, foton gelombang pendek lebih energik dan panas. Semakin jauh kita kembali ke masa lalu, semakin tinggi suhunya, sampai pada titik tertentu kita mencapai tahap paling awal dari Big Bang. Penting: Big Bang yang panas memiliki panggung yang bisa disebut paling awal!
Jika kita meramalkan masa lalu tanpa batas, kita akan mencapai singularitas di mana fisika berhenti bekerja. Dengan pemahaman kita saat ini tentang keadaan awal Semesta, kita tahu bahwa Big Bang yang panas dan padat didahului oleh keadaan inflasi, dan durasinya tidak pasti. Ketika kita berbicara tentang usia Alam Semesta, kita berbicara tentang berapa banyak waktu yang telah berlalu sejak pertama kali Alam Semesta dapat digambarkan melalui Big Bang yang panas.
Menurut hukum Teori Relativitas Umum, di alam semesta seperti kita:
• dengan kepadatan yang sama pada skala terbesar,
• dengan hukum dan properti yang sama di semua tempat,
• sama di semua arah,
• dengan Big Bang yang terjadi di semua tempat pada saat yang sama,
ada hubungan unik antara zaman alam semesta dan perluasannya sepanjang hidup.
Dengan kata lain, jika kita dapat mengukur bagaimana Universe berkembang dewasa ini, dan bagaimana ia berkembang sepanjang hidup, kita akan secara akurat menghitung komponen apa yang terkandung di dalamnya. Kita mengetahui hal ini dari banyak pengamatan berbeda, yaitu:
• Dari pengukuran langsung kecerahan dan jarak ke objek Semesta seperti bintang, galaksi, dan supernova, yang memungkinkan kita membangun tangga jarak ruang angkasa.
• Dari pengukuran struktur skala besar, kelompok galaksi dan osilasi akustik baryon.
• Dari fluktuasi radiasi latar belakang, dalam "foto" Semesta yang diambil ketika berusia 380.000 tahun.
Menggabungkan semua ini, kita mendapatkan Semesta, saat ini terdiri dari 68% energi gelap, 27% materi gelap, 4,9% materi normal, 0,1% neutrino, dan 0,01% radiasi. , dan, secara umum, itu saja. Tetapi jika Anda menambahkan fitur perluasan Alam Semesta hari ini, ia dapat diekstrapolasi kembali dan mencari tahu seluruh sejarah ekspansi, dan, karenanya, usia Alam Semesta.
Jumlah yang dihasilkan - paling akurat, percobaan Planck memberi kita, tetapi sumber-sumber lain, seperti pengukuran supernova, teleskop Hubble dan survei langit digital Sloan - membuat koreksi mereka - ternyata 13,81 miliar tahun, dengan kesalahan hanya 120 juta tahun. Ini berarti bahwa pada usia Semesta kita 99,1% yakin, yang secara mengejutkan akurat!
Ya, kami memiliki banyak data berbeda yang menunjukkan angka ini, tetapi sebenarnya ini adalah salah satu metode. Kami hanya beruntung bahwa ada gambaran yang konsisten yang ditunjukkan oleh semua data, tetapi masing-masing batasan ini secara individual tidak cukup untuk mengatakan: "Alam semesta hanya seperti itu." Sebaliknya, mereka semua menawarkan berbagai kemungkinan, dan tempat di mana mereka bersinggungan memberi tahu kita di mana kita tinggal.
Jika Alam Semesta hari ini memiliki sifat yang persis sama, tetapi ia akan terdiri dari 100% materi normal, tanpa materi gelap dan energi gelap, maka ia baru berusia 10 miliar tahun. Jika ada 5% materi normal di Semesta (tanpa materi gelap dan energi gelap), dan konstanta Hubble sama dengan 50 km / s / Mps, bukannya 70 km / s / Mps, maka Semesta akan menjadi 16 miliar tahun. Tetapi, dengan menggabungkan semua data yang diketahui, kita dapat dengan yakin mengatakan bahwa 13,81 miliar tahun adalah zaman Alam Semesta dengan kesalahan kecil. Ini adalah pencapaian sains yang menakjubkan.
Dan semua ini secara umum memberikan satu metode. Ini adalah metode utama, terbaik, paling lengkap, dengan sejumlah besar bukti. Tetapi ada fakta lain yang secara mengejutkan bermanfaat untuk memeriksa hasil kami.
Berkedip-kedipnya bintang adalah bukti variabilitasnya karena rasio unik periode kedipan dengan kecerahan.Ini adalah fakta dari pemahaman kita tentang bagaimana bintang hidup, membakar bahan bakarnya dan mati. Lebih khusus lagi, kita tahu bahwa semua bintang, ketika mereka masih hidup dan membakar bahan bakar utama mereka (mensintesis helium dari hidrogen), memiliki kecerahan dan warna tertentu, dan mereka mempertahankan kecerahan dan warna ini selama periode waktu tertentu: sampai bahan bakar mulai habis di inti mereka. .
Pada saat ini, bintang-bintang yang terang, biru dan lebih besar mulai "mati" dari urutan utama (kurva dalam diagram warna dan ukuran), berubah menjadi raksasa dan / atau supergiants.
Dengan melihat di mana titik "shutdown" ini terletak untuk gugus bintang yang muncul pada waktu yang hampir bersamaan, kita dapat menghitung - mengetahui bagaimana bintang bekerja - berapa usia bintang-bintang dalam gugus itu. Mengingat gugus bola tertua, yang mengandung unsur paling berat, dan yang pemadamannya terjadi dengan bintang-bintang dengan massa terkecil, kami menemukan bahwa usia mereka sangat konsisten sama dengan 13,2 miliar tahun, tetapi tidak lebih (perlu diingat bahwa ini kasus, kesalahannya cukup besar, sekitar satu miliar tahun).
Usia kluster globular tertua yang diketahui mencapai 95% dari umur alam semesta.Cukup sering ada usia 12 miliar tahun, tetapi usia urutan 14 miliar tahun dan lebih tidak pernah ditemukan, meskipun pada 1990-an mereka sering menyebutkan usia 14-16 miliar tahun. Meningkatkan pemahaman tentang bagaimana bintang bekerja dan evolusinya telah mengurangi jumlah ini.
Secara umum, kita memiliki dua metode - satu dari sejarah luar angkasa, dan yang kedua dari pengukuran bintang-bintang lokal - menunjukkan bahwa usia alam semesta kita berada dalam kisaran 13 hingga 14 miliar tahun. Tidak ada yang akan terkejut jika kita memiliki 13,6 miliar atau 14,0 miliar, tetapi dapat dinyatakan dengan sangat akurat bahwa kita tidak berusia 13,0 atau 15,0 miliar tahun. Bicaralah dengan percaya diri bahwa kita berusia 13,8 miliar tahun - sekarang Anda tahu bagaimana kami menghitungnya!