Kosmologi: alam semesta yang mengembang dan hukum Hubble, Big Bang, radiasi latar gelombang mikro kosmik, unsur ringan pertama, materi gelap dan energi gelap, umur alam semesta, dan batas pengetahuan hari ini
Tim teknik sebuah hotel resor diminta memperbarui papan informasi planetarium mini di lobi setelah seorang tamu menunjukkan bahwa papan itu menyebut Big Bang sebagai ledakan di satu titik dan bertanya apakah selisih nilai laju pengembangan berarti Big Bang sudah terbantah. Bab ini menjelaskan kosmologi pengamatan menurut OpenStax: hukum Hubble dan pergeseran merah kosmologis, model Big Bang dan prinsip kosmologi, garis waktu alam semesta awal, nukleosintesis unsur ringan, radiasi latar gelombang mikro kosmik, materi gelap, dan energi gelap. Bab menutup dengan umur alam semesta dan perdebatan tetapan Hubble per 22 Oktober 2026 dari sumber resmi, serta cara menulis angka yang masih bergerak secara jujur.
Sebuah hotel resor di pegunungan mengadakan malam pengamatan bintang di dek atap setiap bulan, dan lobinya memiliki planetarium mini berupa proyektor kubah kecil yang dirawat tim teknik. Papan di sampingnya ditulis bertahun-tahun lalu: "Alam semesta lahir dari ledakan di satu titik 13,7 miliar tahun lalu; galaksi menjauh 70 km/s setiap megaparsek." Seorang tamu, guru fisika, mengatakan bahwa Big Bang bukan ledakan di satu titik, bahwa angka umur yang ia baca 13,8 miliar tahun, dan bahwa para peneliti masih berselisih soal laju pengembangan. Ia bertanya apakah Big Bang sudah terbantah. Manajer meminta teknisi memperbarui papan dalam seminggu.
Teknisi perlu memisahkan tiga hal: pengamatan yang sudah kokoh, angka yang berubah seiring pengukuran, dan pertanyaan yang masih terbuka per 22 Oktober 2026. Contoh 9 dan Latihan 6 memberi bahan untuk papan baru.
Batas pembahasan
Bab ini membahas kosmologi pengamatan dan teori baku, dari hukum Hubble sampai perdebatan yang masih terbuka. Sumber utamanya OpenStax University Physics Volume 3 subbab 11.6 dan 11.7, ditambah Volume 1 subbab 13.5 dan 13.7 untuk materi gelap. Parameter terbaru diambil dari makalah kolaborasi Planck, NOIRLab, dan NobelPrize.org lewat pencarian, dengan status setiap klaim di peta sumber.
Rumus Doppler relativistik ada di Bab 37 tentang energi relativistik, relativitas umum dan pelensaan gravitasi di Bab 38, partikel, gaya dasar, dan antimateri di Bab 40 tentang Model Standar, radiasi benda hitam di Bab 29 dan hukum Wien di Bab 21, serta fusi inti di Bab 33 tentang fisika nuklir. Tafsir filosofis seperti penyetelan halus dan multiverse dibahas di Bab 42 tentang klaim populer kosmologi.
Hukum Hubble dan pergeseran merah kosmologis
Pada 1929 Edwin Hubble menerbitkan temuan bahwa galaksi tampak menjauhi Bumi dan bahwa kecepatan menjauhnya sebanding dengan jaraknya; keduanya ditentukan dari spektrum cahaya bintang. Hukum Hubble (Hubble's law) adalah hubungan sebanding antara kecepatan menjauh sebuah galaksi dan jaraknya dari pengamat. Rumusnya:
dengan kecepatan menjauh (km/s), jarak (Mpc), dan tetapan Hubble, yang menurut OpenStax sekitar 70 km/s per Mpc. Satu megaparsek (Mpc) adalah sejuta parsek, dan satu parsek 3,26 tahun cahaya. Tetapan Hubble (Hubble constant) adalah nilai masa kini laju pengembangan yang menghubungkan kecepatan menjauh dan jarak galaksi. OpenStax menyebut namanya agak keliru karena nilainya berubah terhadap waktu, dan hukum ini menggambarkan perilaku rata-rata semua galaksi kecuali yang paling dekat.
Jarak galaksi dekat diukur dari bintang variabel Cepheid yang kecerahan mutlaknya diketahui: kecerahan tampaknya berkurang sebanding dengan kuadrat jarak. Pergeseran merah kosmologis (cosmological redshift) adalah pemanjangan panjang gelombang cahaya galaksi jauh karena ruang mengembang selama cahaya menempuh perjalanan. Besarnya dinyatakan dengan
dengan panjang gelombang teramati dan panjang gelombang saat dipancarkan. Menurut OpenStax, pergeseran ini hanya terukur untuk galaksi yang lebih jauh dari 50 juta tahun cahaya. OpenStax mengubah menjadi kecepatan dengan rumus Doppler relativistik di Bab 37, lalu memakai hukum Hubble untuk jarak. Hasilnya taksiran, karena menganggap laju pengembangan tetap sepanjang perjalanan cahaya (Contoh 2).
Big Bang dan prinsip kosmologi
Kosmologi (cosmology) adalah ilmu tentang asal-usul, evolusi, dan nasib akhir alam semesta. Big Bang adalah pengembangan cepat ruang yang menandai awal alam semesta. OpenStax menyebut awal itu sekitar 13,7 miliar tahun lalu dan menegaskan bahwa Big Bang bukan ledakan partikel di dalam ruang seperti kembang api, melainkan pengembangan ruang itu sendiri. Buku teks fisika dalam narasi menyebut kosmologi sebagai bidang lain tempat relativitas umum bangkit kembali.
Model balon membantu. Titik di permukaan balon mewakili galaksi; ketika balon ditiup, setiap titik "melihat" titik lain menjauh. Pengembangan teramati sama oleh semua pengamat, sehingga tidak ada pusat pengembangan, dan Bumi tidak berada di pusat istimewa. Pengembangan ruang juga meregangkan cahaya, dan itulah sumber pergeseran merah kosmologis.
Prinsip kosmologi (cosmological principle) adalah anggapan bahwa pada skala besar alam semesta isotropik, yaitu tampak sama ke segala arah, dan homogen, yaitu tampak sama di semua tempat. Survei galaksi APM tahun 1980-an dan 1990-an dengan lebih dari 2 juta galaksi mendukungnya. Dalam relativitas umum, keadaan alam semesta dinyatakan dengan metrik:
dengan faktor skala (tanpa satuan), unsur panjang ruang, dan tetapan kelengkungan di dalam yang membedakan alam semesta datar (), tertutup (), dan terbuka (). Alam semesta mengembang bila . Untuk alam semesta datar berisi materi berkerapatan dan bertekanan :
OpenStax menulisnya tanpa faktor ; faktor itu ditambahkan penyusun agar satuannya konsisten (pengetahuan umum). Materi biasa membuat suku dalam kurung positif sehingga pengembangan melambat; pengembangan hanya makin cepat bila tekanannya negatif. Inflasi (inflation) adalah pengembangan sangat cepat pada saat paling awal alam semesta yang dipakai banyak ilmuwan untuk menjelaskan keadaan alam semesta sekarang.
Garis waktu alam semesta awal
OpenStax mengingatkan bahwa model alam semesta awal sangat spekulatif, dan garis waktunya hanya salah satu kemungkinan. Ringkasannya:
| Tahap | Waktu sejak Big Bang | Keadaan menurut OpenStax |
|---|---|---|
| Big Bang | kurang dari s | hukum fisika kini tidak berlaku; sekitar K di akhir tahap |
| Inflasi | sampai s | pengembangan eksponensial; gravitasi berpisah; sekitar K |
| Quark | sampai s | gaya kuat lalu gaya lemah berpisah; sup quark, lepton, foton |
| Hadron dan lepton | s sampai 10 s | proton sekitar sama dengan neutron sampai sekitar 1 s; neutrino lepas; sekitar K |
| Nukleosintesis | 10 s sampai 20 menit | deuteron dan inti ringan terbentuk sampai litium-7 |
| Ion | 20 menit sampai 370.000 tahun | terlalu panas untuk atom netral |
| Atom | 370.000 sampai sekitar tahun | di bawah 4000 K atom terbentuk; foton lepas dari materi |
| Bintang dan galaksi | tahun sampai kini | fusi di bintang membentuk unsur sampai besi; supernova membentuk unsur lebih berat |
Pada energi setinggi tahap awal, keempat gaya dasar diduga bersatu; cara dan alasan kesatuan itu pecah pada energi rendah masih soal terbuka, dan gaya-gaya itu dibahas di Bab 40. Untuk menerjemahkan suhu menjadi energi partikel, OpenStax memakai dengan tetapan Boltzmann. Nilainya eV/K; pada dua persamaan OpenStax tanda minus pangkatnya tidak tercetak, walau hasilnya benar (Contoh 4).
Unsur ringan pertama
Nukleosintesis Big Bang (Big Bang nucleosynthesis) adalah pembentukan inti ringan dari proton dan neutron dalam beberapa menit pertama alam semesta. Menurut OpenStax, proton dan neutron mula-mula membentuk deuteron H, lalu lewat triton H dan He terbentuk He. Saat itu perbandingan proton dan neutron sekitar 7 banding 1, sehingga hampir semua neutron habis menjadi He. Proses berlangsung sekitar 3 menit, dan hampir 25 persen materi menjadi He, ditambah sedikit H, H, He, dan sangat sedikit Li dan Be. Pengembangan mendinginkan alam semesta sampai reaksi berhenti.
Bila setiap neutron berakhir di He, pecahan massa helium adalah (penalaran editorial):
dengan pecahan massa helium dan perbandingan jumlah neutron dan proton. Untuk hasilnya tepat 0,25 (Contoh 5). OpenStax mencatat bahwa 25 persen helium terlalu banyak untuk dijelaskan oleh fusi di bintang, sehingga sebagian besar helium bersifat purba. Kelimpahan H, He, dan Li sangat bergantung pada kerapatan materi, dan taksiran kerapatan materi dari wahana WMAP cocok dengan ramalan model, bukti kuat bagi Big Bang. Unsur sampai besi dibentuk kemudian di bintang, dan unsur lebih berat di supernova; fisika fusinya ada di Bab 33. Glosarium OpenStax keliru menyebut nukleosintesis Big Bang sebagai pembentukan unsur berat.
Radiasi latar gelombang mikro kosmik
Radiasi latar gelombang mikro kosmik (cosmic microwave background radiation, CMBR) adalah radiasi termal sisa Big Bang yang kini teramati dari segala arah pada daerah gelombang mikro. Pada 1960-an Arno Penzias dan Robert Wilson dari Bell Laboratories mendapati derau samar yang tidak dapat dihilangkan dari sistem komunikasi mereka, dengan panjang gelombang orde sentimeter; derau itu kemudian dikaitkan dengan radiasi latar. Spektrumnya sangat cocok dengan kurva benda hitam bersuhu 2,7 K, dan hukum Wien memberi puncaknya:
dengan suhu (K). Radiasi benda hitam dibahas di Bab 29 dan pemakaian hukum Wien di Bab 21.
Foton latar lepas dari materi ketika atom netral terbentuk, karena atom netral jarang berinteraksi dengan cahaya. OpenStax menaksir suhu pelepasan dari eV, sekitar K, dan menyebut hamburan terakhir terjadi sekitar 380.000 tahun setelah Big Bang; sebelum itu materi berupa plasma. Garis waktu OpenStax sendiri menulis 370.000 tahun dan suhu di bawah 4000 K untuk pembentukan atom, jadi angka-angka ini adalah taksiran orde besaran. Suhu radiasi berbanding terbalik dengan faktor pemanjangan panjang gelombang, (pengetahuan umum), sehingga cahaya bersuhu ribuan kelvin itu kini tiba sebagai gelombang mikro (Contoh 6).
Peta wahana WMAP memperlihatkan riak suhu kecil. Keterangan gambar OpenStax menyebut riak terbesar hanya satu bagian per sejuta, sedangkan sebuah ulasan akademik tentang Hadiah Nobel astrofisika mencatat riak yang diukur George Smoot sekitar satu bagian per 100.000. Dokumen latar ilmiah Hadiah Nobel Fisika 2011 menyebut penemuan variasi suhu radiasi latar dengan satelit COBE sebagai karya yang diganjar Hadiah Nobel Fisika 2006 bagi John Mather dan George Smoot.
Materi gelap
Vera Rubin meneliti galaksi spiral pada 1970-an dan mendapati bagian terluarnya berputar secepat bagian tengahnya, berlawanan dengan ramalan. Bila massa galaksi hanya berasal dari bintang yang terlihat, kecepatan orbit jauh dari pusat mengikuti , yang turun sebanding dengan . Kecepatan terukur jauh lebih tinggi, sehingga Rubin mengusulkan materi tak terlihat dalam jumlah besar di dalam dan di sekitar galaksi; masalah ini disebut masalah rotasi galaksi. Istilah materi gelap sudah dipakai Fritz Zwicky pada 1933 ketika ia mendapati keganjilan serupa pada gugus galaksi.
Materi gelap (dark matter) adalah materi yang tidak memancarkan cahaya dan keberadaannya disimpulkan dari pengaruh gravitasinya pada gerak bintang, galaksi, dan cahaya. Pelensaan gravitasi (gravitational lensing) adalah pembelokan cahaya oleh medan gravitasi materi yang dapat menghasilkan dua bayangan atau sebuah cincin dari satu sumber jauh. Gumpalan materi gelap di antara Bumi dan sebuah galaksi jauh dapat membuat dua bayangan galaksi yang sama; pembelokan cahaya oleh gravitasi dibahas di Bab 38.
Menurut OpenStax Volume 3, yang diketahui hanyalah bahwa materi gelap dingin, bergerak lambat, dan berinteraksi lemah dengan materi biasa; kandidatnya antara lain neutralino dari teori supersimetri. Volume 1 menyebut dua gagasan utama, WIMP (partikel masif berinteraksi lemah) dan MACHO (benda mampat halo dari materi barionik biasa), dan menegaskan keduanya masih bermasalah. Contoh neutrino untuk WIMP di Volume 1 tidak cocok dengan sifat dingin dan lambat, karena neutrino bergerak hampir secepat cahaya (pengetahuan umum).
Energi gelap dan susunan alam semesta
Pengukuran alam semesta yang makin teliti menunjukkan pergeseran merah galaksi jauh yang lebih besar daripada perkiraan, artinya alam semesta mengembang makin cepat. Energi gelap (dark energy) adalah bentuk energi yang diduga menyebabkan pengembangan alam semesta makin cepat. Menurut OpenStax, hampir tidak ada yang diketahui tentang sifatnya. Pada persamaan percepatan di atas, pengembangan makin cepat hanya bila , jadi energi gelap harus bertekanan negatif (penalaran editorial).
Hadiah Nobel Fisika 2011 diberikan setengah kepada Saul Perlmutter dan setengah lagi kepada Brian P. Schmidt dan Adam G. Riess "atas penemuan pengembangan alam semesta yang makin cepat melalui pengamatan supernova jauh". Dua tim mengamati supernova tipe Ia pada jarak sekitar 6 miliar tahun cahaya, dan percepatan itu umumnya dikaitkan dengan energi vakum yang disebut energi gelap.
OpenStax membagi energi alam semesta menjadi 68,3 persen energi gelap, 26,8 persen materi gelap, dan 4,9 persen materi biasa. Kolaborasi Planck, dalam makalah 2018 tentang parameter kosmologi, memberi kerapatan materi total , sejalan dengan jumlah materi gelap dan materi biasa itu. Hal lain yang belum terjelaskan adalah dominasi materi atas antimateri: langkanya sinar gama 0,511 MeV dari anihilasi elektron dan positron menunjukkan antimateri jarang, padahal menurut Model Standar perilaku keduanya hanya sedikit berbeda. Antimateri dibahas di Bab 40.
Umur alam semesta dan perdebatan tetapan Hubble per 22 Oktober 2026
Taksiran paling kasar umur alam semesta adalah waktu Hubble , waktu yang diperlukan galaksi untuk mencapai jaraknya sekarang bila laju pengembangannya selalu tetap (Contoh 3). OpenStax mencatat bahwa bila pengembangan makin cepat, laju pada masa lalu lebih lambat, sehingga umur sebenarnya lebih besar daripada taksiran itu. Untuk alam semesta datar berisi materi dan energi gelap, umurnya (pengetahuan umum):
dengan pecahan energi gelap dan radiasi diabaikan. Makalah Planck 2018 memberi km/s per Mpc dan dalam model baku, dan tidak menemukan bukti meyakinkan untuk perluasan model itu. Rumus di atas lalu memberi sekitar 13,8 miliar tahun (Contoh 9, penalaran editorial), lebih baru daripada angka 13,7 miliar tahun di OpenStax.
Nilai sendiri belum disepakati. NOIRLab, dalam grafik "Graphic representation of the Hubble tension" bertanggal April 2026, menampilkan hasil H0 Distance Network Collaboration dari tangga jarak lokal, km/s per Mpc dengan ketelitian sedikit di atas 1 persen, berdampingan dengan nilai dari radiasi latar sekitar 67,2 km/s per Mpc. Ketegangan Hubble (Hubble tension) adalah selisih nilai tetapan Hubble yang diukur langsung dari galaksi dekat dan nilai yang disimpulkan dari radiasi latar dengan model kosmologi baku. Selisihnya sekitar 9 persen, jauh di atas gabungan ketidakpastian kedua hasil (Contoh 9). Per 22 Oktober 2026, sumber resmi yang ditemukan penyusun belum menunjukkan penyelesaian; galat sistematik yang belum dikenali dan fisika di luar model baku sama-sama masih berupa dugaan (penalaran editorial).
| Golongan | Contoh | Cara menulis di papan publik |
|---|---|---|
| Sudah kokoh | alam semesta mengembang; radiasi latar berspektrum benda hitam; kelimpahan helium sekitar 25 persen | sebagai fakta, dengan sumber |
| Angka yang bergerak | , umur, susunan energi | dengan nilai, ketidakpastian, sumber, dan tanggal |
| Masih terbuka | ketegangan Hubble; hakikat materi gelap dan energi gelap; asimetri materi; rincian inflasi | sebagai pertanyaan riset, tanpa jawaban pasti |
Contoh kerja
Contoh 1: hukum Hubble. Galaksi berjarak 100 Mpc menjauh dengan km/s. Galaksi yang menjauh 100.000 km/s berjarak Mpc, atau juta tahun cahaya, sekitar 4,7 miliar tahun cahaya (penalaran editorial).
Contoh 2: galaksi dengan z = 4,5. Rumus Doppler relativistik Bab 37 memberi , atau m/s. OpenStax memakai km/s per Mpc pada contoh ini dan mendapat Mpc; dengan 70 km/s per Mpc dari teks yang sama hasilnya Mpc. Pada sebesar ini hukum linear dan tafsir Doppler hanya pendekatan (pengetahuan umum), sehingga angka jarak ini tidak dipakai di papan.
Contoh 3: waktu Hubble. Dengan 1 Mpc km (pengetahuan umum), untuk 70 km/s per Mpc adalah s, atau tahun. Untuk 67,4 km/s per Mpc waktunya 14,5 miliar tahun, dan untuk 73,5 km/s per Mpc 13,3 miliar tahun.
Contoh 4: suhu dan energi partikel. Pada K, eV, orde GeV, jauh di atas akselerator buatan manusia yang menurut OpenStax kurang dari GeV. Nukleon terbentuk sekitar 1.000 MeV, yaitu K. Energi ionisasi hidrogen 13,6 eV dari Bab 32 (OpenStax membulatkannya 13 eV) setara K, dan 1 eV setara K.
Contoh 5: pecahan helium. Dari 16 nukleon dengan , ada 2 neutron dan 14 proton. Dua neutron dan dua proton membentuk satu He bermassa 4 nukleon, dan 12 proton tersisa sebagai hidrogen, sehingga . Rumus memberi hasil yang sama dengan 25 persen OpenStax.
Contoh 6: puncak radiasi latar. Untuk K, m, sekitar 1,1 mm seperti soal OpenStax. Energi foton puncaknya eV. Bila atom terbentuk di bawah 4000 K, cahaya telah teregang sekitar kali, sehingga puncak saat dipancarkan sekitar mm µm, di batas merah cahaya tampak (penalaran editorial).
Contoh 7: massa galaksi dari orbit bintang. Soal OpenStax Volume 1: Bima Sakti tampak bermassa massa Matahari, dan sebuah bintang tepi berjarak tahun cahaya, yaitu m. Massa itu meramalkan periode tahun. Bila periodenya tahun, kg atau massa Matahari, sekitar 19 kali massa tampak; OpenStax menyebut selisih seperti ini sebagai petunjuk materi gelap.
Contoh 8: susunan alam semesta. Dari 68,3, 26,8, dan 4,9 persen, materi total persen, dekat Planck. Materi gelap kali materi biasa, dan materi biasa hanya persen dari seluruh materi.
Contoh 9: ketegangan Hubble dan papan baru. Selisih km/s per Mpc, atau 9 persen dari nilai Planck. Ketidakpastian gabungan kasar , sehingga selisihnya sekitar 6,4 kali ketidakpastian itu (penalaran editorial; analisis resmi kolaborasi lebih rinci). Dengan , rumus umur memberi 13,8 miliar tahun untuk dan 12,7 miliar tahun untuk 73,5. Papan baru menulis umur "sekitar 13,8 miliar tahun menurut parameter Planck 2018" dan menyebut bahwa laju pengembangan 67 sampai 74 km/s per Mpc bergantung metode, masih diteliti per 22 Oktober 2026.
Kondisi berhenti
Hentikan kegiatan dan serahkan kepada penanggung jawab, pabrik, atau pemilik konten bila:
- Ada tamu atau staf yang hendak melihat Matahari lewat teleskop, teropong, atau kamera tanpa filter matahari khusus; cahaya terpusat dapat merusak mata seketika (pengetahuan umum).
- Laser penunjuk dipakai untuk menunjuk bintang di acara tamu; ikuti aturan keselamatan laser di Bab 32 dan jangan arahkan ke orang atau pesawat.
- Awan petir atau hujan mendekat saat acara di dek atap; hentikan kegiatan dan turunkan peserta, sesuai batas kerja di atap pada Bab 35 · Kelistrikan & Kendali.
- Proyektor planetarium atau kubah perlu dibuka atau diperbaiki; pekerjaan itu mengikuti manual pabrik.
- Teknisi diminta menulis jawaban pasti untuk soal yang masih terbuka, atau tafsir filosofis dan keagamaan, di papan publik; serahkan kepada pemilik konten dengan sumber bertanggal, dan rujuk Bab 42.
Salah tafsir yang sering terjadi
Tebak dulu di mana kelirunya, lalu buka penjelasannya.
Anggapan keliru
Big Bang adalah ledakan di satu titik di ruang kosong.
Mengapa keliru?
Big Bang adalah pengembangan ruang itu sendiri; tidak ada titik pusat di dalam ruang tempat semuanya meledak.
Anggapan keliru
Semua galaksi menjauhi kita, jadi Bumi pusat alam semesta.
Mengapa keliru?
Dalam model balon setiap pengamat melihat hal yang sama, sehingga tidak ada pusat istimewa.
Anggapan keliru
Selisih nilai tetapan Hubble berarti Big Bang terbantah.
Mengapa keliru?
Kedua metode sama-sama mengukur alam semesta yang mengembang dengan umur belasan miliar tahun; yang diperdebatkan adalah selisih sekitar 9 persen pada lajunya.
Anggapan keliru
Materi gelap hanyalah debu atau awan gelap biasa.
Mengapa keliru?
Materi gelap disimpulkan dari gravitasinya, dan OpenStax menyebutnya dingin, lambat, dan berinteraksi lemah; hakikatnya belum diketahui.
Anggapan keliru
Materi gelap dan energi gelap adalah hal yang sama.
Mengapa keliru?
Materi gelap menarik secara gravitasi dan menahan galaksi, sedangkan energi gelap dikaitkan dengan pengembangan yang makin cepat.
Hubungan dengan bab lain
Bab 37 memberi rumus Doppler relativistik, Bab 38 relativitas umum dan pelensaan gravitasi, dan Bab 40 gaya dasar serta antimateri. Bab 29 dan Bab 21 menjelaskan radiasi benda hitam dan hukum Wien, Bab 33 fusi inti yang melanjutkan nukleosintesis di bintang, dan Bab 32 serta Bab 35 · Kelistrikan & Kendali keselamatan laser dan kegiatan di atap. Bab 42 membahas tafsir filosofis atas temuan kosmologi.
Latihan dan pembahasan
Coba jawab dulu, lalu buka pembahasannya.
Rata-rata seberapa jauh galaksi yang menjauh dengan kecepatan 2,0 persen kecepatan cahaya, dengan km/s per Mpc?
Lihat pembahasan
Kecepatannya km/s, sehingga Mpc. Dengan 3,26 juta tahun cahaya per Mpc, jaraknya sekitar 280 juta tahun cahaya.
Sebuah galaksi berjarak 10 Mpc. Berapa kecepatan menjauhnya dan kira-kira berapa -nya?
Lihat pembahasan
Kecepatannya km/s. Untuk kecepatan jauh di bawah cahaya , jadi panjang gelombang bertambah sekitar 0,23 persen.
Berapa tetapan Hubble yang sesuai dengan umur alam semesta tahun bila pengembangan tetap, dan apakah nilai itu cocok dengan pengukuran?
Lihat pembahasan
Dua galaksi yang terpisah 1 juta tahun cahaya setelah tahun bergerak km/s, sehingga sekitar 30 km/s per juta tahun cahaya atau 98 km/s per Mpc. Nilai itu jauh di atas 67 sampai 74 km/s per Mpc, jadi alam semesta lebih tua dari tahun.
Foton radiasi latar 1,1 mm. Berapa energinya, berapa energi foton seperti itu, dan bandingkan dengan energi diam setengah massa proton (469 MeV).
Lihat pembahasan
Energinya eV, dan foton membawa MeV. Angka itu sekitar 400 kali lebih kecil daripada 469 MeV, sehingga energi ruang antargalaksi kini dikuasai materi, bukan radiasi latar.
Seorang anak bertanya di mana titik Big Bang terjadi dan apakah planetarium hotel menghadap ke sana. Bagaimana menjawabnya?
Lihat pembahasan
Big Bang terjadi di semua tempat sekaligus karena yang mengembang adalah ruang itu sendiri, sehingga tidak ada arah yang menunjuk ke titik asal. Radiasi latar tiba dari segala arah, dan setiap pengamat di galaksi mana pun melihat galaksi lain menjauh.
Tulis ulang papan lama di kasus pembuka dalam tiga kalimat yang memisahkan fakta kokoh, angka bertanggal, dan soal terbuka.
Lihat pembahasan
Contoh: "Alam semesta mengembang dari keadaan sangat panas dan rapat; buktinya antara lain radiasi latar gelombang mikro dan helium purba sekitar 25 persen. Umurnya sekitar 13,8 miliar tahun menurut parameter Planck 2018. Laju pengembangannya terukur 67 sampai 74 km/s per megaparsek bergantung metode, dan selisih ini masih diteliti per 22 Oktober 2026."
Referensi
Sumber luar
- OpenStax: University Physics Volume 3openstax.org
- OpenStax: University Physics Volume 1openstax.org
- Planck 2018 results. VI. Cosmological parametersui.adsabs.harvard.edu
- Graphic representation of the Hubble tensionnoirlab.edu
- The 2011 Nobel Prize in Physics - Press release - NobelPrize.orgnobelprize.org
- Scientific Background on the Nobel Prize in Physics 2011nobelprize.org
- The Nobel prizes in physics for astrophysics and gravitation and the Nobel prize for black holes: Past, present, and futurearxiv.org
Bab terkait
- Momentum dan energi relativistik: energi diam dan kesetaraan massa dan energi, energi kinetik relativistik, batas kecepatan cahaya, defek massa, dan efek Doppler cahayaFisika · Bab 37
- Relativitas umum dan gravitasi: prinsip ekuivalensi, ruang-waktu melengkung, jam di ketinggian, lubang hitam dan radius Schwarzschild, gelombang gravitasi, dan koreksi waktu GPSFisika · Bab 38
- Fisika partikel dan Model Standar: partikel dan antipartikel, gaya dasar dan partikel pembawanya, hukum kekekalan, quark, akselerator dan detektor, boson Higgs, dan antimateri di rumah sakitFisika · Bab 40
- Alam semesta yang pas untuk kehidupan dan klaim populer kosmologi: penyetelan halus, prinsip antropik, multiverse, hipotesis simulasi, waktu sebagai ilusi, dan biosentrisme Lanza tentang kosmosFisika · Bab 42
- Cahaya sebagai partikel: radiasi benda hitam dan hipotesis Planck, efek fotolistrik, fungsi kerja dan potensial henti, efek Compton, dan momentum fotonFisika · Bab 29
- Radiasi elektromagnetik dan termal: spektrum, energi foton, hukum Stefan-Boltzmann, emisivitas, dan termografiFisika · Bab 21
- Fisika nuklir dan radiasi pengion: inti dan isotop, energi ikat, peluruhan alfa, beta, dan gamma, waktu paruh dan aktivitas, fisi dan fusi, dosis dan efek biologis, detektor asap ionisasi, dan batas keselamatanFisika · Bab 33
- Atom kuantum, spektrum, dan laser: model Bohr dan atom hidrogen, bilangan kuantum, spin elektron, prinsip larangan Pauli, spektrum garis dan sinar-X, emisi terstimulasi, laser, dan keselamatan laserFisika · Bab 32
- Tegangan lebih, proteksi surja, dan proteksi petirKelistrikan & Kendali · Bab 35
Uji diri · 3 soal
Cek pemahaman sebelum berpindah bab
Tulis jawaban dengan kata-kata Anda sendiri, lalu bandingkan dengan pembahasan dari latihan asli bab ini. Sistem tidak menebak benar-salah jawaban terbuka; Anda yang menilai bagian mana yang sudah dipahami.
Rata-rata seberapa jauh galaksi yang menjauh dengan kecepatan 2,0 persen kecepatan cahaya, dengan km/s per Mpc?
Sebuah galaksi berjarak 10 Mpc. Berapa kecepatan menjauhnya dan kira-kira berapa -nya?
Berapa tetapan Hubble yang sesuai dengan umur alam semesta tahun bila pengembangan tetap, dan apakah nilai itu cocok dengan pengukuran?
Bab terdekat
Urutan baca menurut rak: Fisika · Bab 42.
Urutan baca menurut rak: Fisika · Bab 40.