Alam Semesta dapat didefinisikan
sebagai segala sesuatu yang dianggap ada secara fisik, seluruh ruang dan waktu, dan segala bentuk materi serta energi. Istilah
Semesta atau Jagad Raya dapat digunakan dalam indra kontekstual yang sedikit
berbeda, yang menunjukkan konsep-konsep seperti kosmos,
dunia, atau alam.
A. Penamaan dan Pemaknaan Alam Semesta
Kata Universe biasanya
didefinisikan mencakup keseluruhan. Namun, dengan menggunakan definisi
alternatif, beberapa kosmolog berspekulasi bahwa Universe hanya merujuk pada alam dimana keberadaan kita berada.
Hal ini terkait dengan pemaknaan alam semesta kita yang hanya merupakan satu
dari banyak "semesta" yang secara kolektif disebut multiverse.
Sebagai contoh, dalam banyak hipotesis dunia semesta baru yang melahirkan dengan
setiap gagasan kutipan pengukuran kuantum, semesta ini biasanya dianggap
benar-benar terputus dari kita sendiri dan tidak mungkin dapat diamati memalui
indra kontektual manusia. Pengamatan bagian yang lebih tua dari alam semesta
(yang jauh) menunjukkan bahwa alam semesta telah diatur oleh hukum fisika
yang sama dan konstan di sebagian besar wilayah luas yang mengandung sejarah.
Namun, dalam teori gelembung alam
semesta, mungkin ada variasi tak terbatas semesta yang dibuat dalam
berbagai cara, dan mungkin masing-masing memiliki konstanta fisik yang berbeda.
Sepanjang sejarah mencatat, beberapa
kosmolog telah diusulkan untuk menjelaskan pengamatan Semesta. Model paling
awal ialah geosentris yang
dikembangkan oleh seorang filsuf Yunani kuno bernama Claudius Ptolomeuses. Ia
berpendapat bahwa alam semesta memiliki ruang yang tak terbatas dan telah ada
sebuah kekekalan, tetapi berisi satu set bola konsentris dengan ukuran
terbatas sesuai dengan bintang tetap, Matahari dan berbagai planet berputar
mengelilingi Bumi
yang bulat dan tak bergerak. Selama berabad-abad, peningkatan keselarasan
pemikiran manusia yang ditopang oleh penemuan teori gravitasi
Newton
membuat teori Heliosentris
Copernicus
mengenai Tata Surya
mulai diyakini. Perbaikan lebih lanjut dalam astronomi
menyebabkan kesadaran bahwa tata surya tertanam dalam galaksi
yang terdiri dari jutaan bintang, Bima Sakti,
dan bahwa ada galaksi lain di luar itu, sejauh selama instrumen astronomi dapat
mencapainya. Studi yang meneliti terhadap distribusi galaksi-galaksi dan garis spektrum telah
menyebabkan banyak kosmologi modern terkuap. Penemuan pergeseran
gelombang merah dan radiasi
gelombang mikro, latar belakang kosmik, mengungkapkan
bahwa alam semesta berkembang dan tampaknya memiliki awal dan akhir.
Menurut model ilmiah yang berlaku di
Alam Semesta, dikenal sebagai Big Bang, alam semesta berkembang dari sebuah fase, sangat
panas padat yang disebut zaman Planck, di mana semua
materi dan energi alam semesta terkonsentrasi. Sejak zaman Planck, Semesta
telah berkembang untuk membentuk saat ini, mungkin dengan jangka waktu singkat
(kurang dari 10-32 detik) inflasi kosmik. Beberapa pengukuran eksperimental
independen mendukung ekspansi teoretis dan,
lebih umum, teori Big Bang.
Pengamatan terbaru menunjukkan bahwa ekspansi ini telah mempercepat energi
gelap, dan bahwa sebagian besar masalah di Semesta mungkin dalam bentuk yang
tidak dapat dideteksi oleh instrumen ini, dan karenanya tidak diperhitungkan
dalam model alam semesta sekarang ini; ini telah dinamai materi gelap.
Kekurangakuratan pengamatan saat ini telah menghambat prediksi nasib akhir alam
semesta. Arus interpretasi pengamatan astronomi menunjukkan bahwa umur alam
semesta adalah 13,73 (± 0,12) miliar tahun, dan bahwa diameter
alam semesta yang teramati paling tidak 93 milyar tahun cahaya, atau 8,80×1026
meter. Menurut relativitas umum, ruang dapat memperluas lebih
cepat dari kecepatan cahaya, meskipun kita dapat melihat hanya sebagian kecil
dari alam semesta karena pembatasan yang diberlakukan oleh hukum kecepatan
cahaya itu sendiri. Tidak pasti, apakah ukuran Semesta terbatas atau
tak terbatas.
B. Etimologi, Sinonim dan Definisi
Alam Semesta atau sering disebut
Jagad Raya adalah keseluruhan ruang dan waktu yang
terdiri dari triliyunan galaksi yang terbentuk dari bintang-bintang seusai
peristiwa Big Bang
ratusan milyar tahun yang lalu. Group bintang-bintang ini terlihat membentuk
sebuah kontelasi bintang yang oleh budaya Indonesia banyak dimanfaatkan untuk
masa pertanian.
Kata Alam Semesta berasal dari kata-kata Univers (Perancis), yang pada gilirannya berasal dari kata Latin Universum. Bahasa Latin
banyak digunakan oleh Cicero dan penulis lainnya, yang kemudian, banyak penggunaan
indera makna yang sama seperti kata bahasa
Inggris modern yang digunakan. Kata Latin berasal dari kontraksi Unvorsum puitis pertama
kalinya digunakan oleh Lucretius dalam Buku IV (baris 262) De Rerum natura
(Dalam Sifat Pemikiran) - yang menghubungkan un, uni (bentuk
kombinasi dari Unus, atau "satu") dengan vorsum, versum
(sebuah kata benda yang terbuat dari participle pasif vertere sempurna, yang
berarti "sesuatu yang dirotasi, digiling, diubah"). Lucretius
digunakan dalam arti kata "segalanya digulung menjadi satu, semuanya
digabungkan menjadi satu". Artistik rendition (sangat berlebihan) dari
pendulum Foucault menunjukkan bahwa
Bumi tidak diam, tetapi
berputar.
Interpretasi alternatif unvorsum adalah "semuanya
diputar sebagai salah satu" atau "segalanya diputar oleh salah
satu". Dalam pengertian ini, dapat dianggap sebagai terjemahan dari sebuah
kata Yunani
sebelumnya untuk Semesta, περιφορα,
"sesuatu diangkut dalam lingkaran", awalnya digunakan untuk
menggambarkan suatu program makan, makanan yang dibawa berkeliling lingkaran
para tamu makan malam. Bahasa Yunani ini mengacu pada model Yunani
awal alam
semesta,
di mana semua materi yang terkandung dalam bidang berputar berpusat di Bumi.
Menurut Aristoteles,
rotasi
lingkup terluar bertanggung jawab atas gerak dan perubahan dari segala sesuatu.
Itu adalah wajar bagi orang-orang Yunani untuk menganggap bahwa Bumi telah berubah dan
bahwa langit
berputar mengelilingi bumi, karena pengukuran astronomi
dan fisik
dengan teliti (seperti pendulum Foucault) diperlukan untuk membuktikan
sebaliknya.
Istilah yang paling umum untuk
"Alam Semesta" di antara para filsuf Yunani kuno dari Pythagoras
adalah το παν (Semuanya), yang didefinisikan sebagai semua materi
(το ολον) dan semua ruang (το κενον). Lainnya, sinonim untuk alam semesta
antara filsuf
Yunani kuno termasuk κοσμος (artinya dunia, kosmos) dan φυσις (artinya Alam,
dari mana kita berasal) memiliki arti kata yang sama, yang ditemukan di penulis
Latin (totum, Mundus, natura) dan bertahan dalam bahasa modern, misalnya,
kata-kata Jerman Das Semua, Weltall, dan Natur untuk Universe. Sinonim
yang sama ditemukan dalam bahasa Inggris, seperti semua (seperti dalam
teori segala sesuatu), kosmos (seperti dalam kosmologi), dunia (seperti pada
banyak-dunia hipotesis), dan Alam (seperti dalam hukum alam atau filsafat alam).
C. Definisi Luas: Realitas dan
Probabilitas
Definisi luas dari alam semesta ditemukan dalam naturae De divisione oleh
filsuf abad pertengahan Johannes Scotus Eriugena, yang
didefinisikan sebagai segala sesuatu hanya, segala sesuatu yang ada, dan segala
sesuatu yang tidak ada. Waktu tidak dipertimbangkan dalam definisi Eriugena's;
demikian, definisinya mencakup segala sesuatu yang ada, telah ada dan akan ada,
serta segala sesuatu yang tidak ada, belum pernah ada dan tidak akan pernah
ada. Definisi
ini mencakup segalanya yang tidak diadopsi oleh sebagian besar filsuf di
kemudian hari, tetapi sesuatu yang tidak sepenuhnya berbeda muncul kembali
dalam fisika kuantum, mungkin paling jelas dalam
perumusan jalan-terpisahkan dari Feynman. Menurut formulasi
itu, amplitudo
probabilitas untuk berbagai hasil percobaan yang diberikan sangat ditentukan
oleh keadaan awal sistem tersebut yang termajukan dari awal ke keadaan akhir.
Tentu saja, percobaan hanya dapat memiliki satu hasil, dalam kata lain, hanya
satu hasil yang mungkin adalah menjadi nyata di Alam Semesta ini, melalui proses misterius pengukuran kuantum, juga dikenal
sebagai runtuhnya fungsi gelombang (namun lihat-banyak dunia hipotesis di bawah
ini yang dijelaskan di bagian Multiverse). Dalam hal ini, matematika
didefinisikan dengan baik, bahkan yang tidak ada (semua path yang mungkin)
dapat mempengaruhi yang akhirnya tidak ada (pengukuran eksperimental). Sebagai
contoh khusus, setiap elektron intrinsik identik dengan setiap lainnya, sehingga amplitudo probabilitas
harus dihitung memungkinkan untuk kemungkinan bahwa mereka bertukar posisi,
sesuatu yang dikenal sebagai simetri tukar. Konsepsi ini merangkul baik Semesta ada dan non-paralel longgar ada
doktrin-doktrin Buddhis shunyata dan pengembangan saling bergantung realitas,
dan Gottfried Leibniz dengan konsepnya yang lebih
modern dari kontingensi dan identitas indiscernibles.
D. Definisi Sebagai Kenyataan
Lebih lazim, Semesta didefinisikan sebagai segala sesuatu yang ada, telah ada,
dan akan ada. Menurut definisi dan pemahaman kita, Semesta terdiri dari tiga unsur: ruang dan waktu, yang dikenal
sebagai ruang-waktu atau vakum, materi dan
berbagai bentuk energi
dan momentum menempati ruang-waktu dan hukum-hukum alam yang mengatur semesta
raya. Elemen-elemen ini akan dibahas secara lebih rinci di bawah ini. Sebuah
definisi terkait istilah Semesta,
segala sesuatu yang ada pada saat satu waktu kosmologis, seperti saat ini,
seperti dalam kalimat "Jagad Raya sekarang bermandikan seragam dalam
radiasi gelombang mikro".
Tiga unsur alam semesta (ruang-waktu, materi-energi, dan hukum fisika)
sesuai terhadap ide-ide Aristoteles. Dalam bukunya The Phsyics,
dari mana asal kata "fisika", Aristoteles membagi το παν (semuanya)
menjadi tiga elemen analog kira-kira: materi (hal-hal
yang Semesta dibuat), bentuk (susunan yang materi dalam ruang) dan perubahan
(bagaimana hal diciptakan, dihancurkan atau diubah dalam sifat-sifatnya, dan
sama, bagaimana bentuk yang berubah). Hukum fisika
dipahami sebagai aturan yang mengatur sifat materi, bentuk dan perubahan
mereka. Kemudian filsuf seperti Lucretius, Ibn Rusyd, Ibnu Sina dan Baruch
Spinoza diganti atau disempurnakan dalam divisi tersebut, misalnya,
Ibn Rusyd dan Spinoza melihat naturans
natura (prinsip-prinsip aktif yang mengatur Universe), unsur-unsur yang
pasif atas tindakan sebelumnya.
E. Definisi Yang Dikaitkan Ruang dan
Waktu
Galaksi Bima Sakti (Milky Way), galaksi dimana bintang kita,
matahari,
menjadi salah satu anggota diantara trilyunan bintang lainnya.
Adalah sebuah kemungkinan untuk membayangkan
ruang-waktu yang terputus,
masing-masing sudah ada tapi tidak dapat berinteraksi satu sama lain. Sebuah metafora
mudah divisualisasikan adalah sekelompok gelembung sabun terpisah, di mana
pengamat yang tinggal di satu gelembung sabun tidak dapat berinteraksi dengan
orang-orang pada gelembung sabun lain, bahkan pada prinsipnya. Menurut salah
satu istilah umum, masing-masing "gelembung sabun" ruang-waktu
dilambangkan sebagai alam semesta,
seperti yang kita sebut bulan kami Bulan. Seluruh koleksi ruang ini yang
terpisah-dilambangkan sebagai multiverse. Pada prinsipnya, semesta tidak berhubungan satu dengan lainnya, yang mungkin
memiliki dimensionalitas topologi dan ruang-waktu yang berbeda. Berbagai bentuk materi, energi, dan hukum fisik yang berbeda
dari fisik konstanta yang kita ketahui, meskipun kemungkinan tersebut saat ini spekulatif.
F.
Definisi
Sebagai Sebuah Realitas Yang Diamati
Menurut definisi yang "masih
lebih restriktif", Semesta adalah segalanya dalam waktu kita yang
terhubung ruang untuk bisa memiliki kesempatan untuk berinteraksi dengan kita
dan sebaliknya. Menurut teori relativitas umum, beberapa daerah ruang
mungkin tidak pernah berinteraksi dengan kita, bahkan dalam seumur hidup,
karena kecepatan cahaya dan ruang ekspansi yang sedang
berjalan. Sebagai contoh, pesan radio yang dikirim dari Bumi tidak pernah dapat
mencapai beberapa daerah ruang, bahkan jika Semesta akan hidup selamanya; ruang
dapat memperluas lebih cepat daripada cahaya yang melintas. Perlu penekankan
bahwa daerah-daerah yang jauh dari ruang yang diambil ada dan menjadi bagian
dari realitas sebanyak seperti kita; namun kita tidak pernah bisa berinteraksi dengan
mereka. Wilayah spasial
di mana kita dapat mempengaruhi dan akan terpengaruh dilambangkan sebagai alam semesta teramati. Sebenarnya,
seluruh alam semesta yang teramati bergantung pada lokasi pengamat. Dengan
perjalanan, pengamat dapat datang ke dalam kontak dengan wilayah yang lebih
besar dari ruang-waktu daripada seorang pengamat yang teta di tempatnya,
sehingga seluruh alam semesta teramati untuk yang pertama lebih besar daripada
yang kedua. Namun demikian, bahkan oleh orang yang paling cepat, mungkin tidak
dapat berinteraksi dengan semua ruang. Biasanya, seluruh alam semesta yang
teramati diambil yang berarti alam semesta diamati dari sudut pandang kami di Galaksi
Bima Sakti.
G. Ukuran, Usia, Isi, Struktur, dan
Hukum
Semesta adalah ruangan yang sangat besar
dan mungkin tak terbatas dalam volume; hal yang dapat diamati adalah
tersebarnya ruang pada ukuran setidaknya 93 miliar tahun cahaya. Sebagai
perbandingan, diameter sebuah galaksi khas hanya 30.000 tahun cahaya, dan jarak khas antara
dua galaksi tetangga hanya 3 juta tahun cahaya. Sebagai contoh, panjang
diameter Galaksi Bima Sakti kira-kira 100.000 tahun cahaya, dan galaksi
saudara terdekat kita, Andromeda Galaxy, terletak sekitar 2,5 juta tahun cahaya. Mungkin
ada lebih dari 100 miliar galaksi di alam semesta teramati. galaksi
kerdil umumnya memiliki sesedikitnya sepuluh juta raksasa bintang sampai dengan
satu triliun bintang-bintang, semua mengorbit masa pusat galaksi. Dengan
demikian, perkiraan yang sangat kasar dari angka-angka ini akan menyarankan ada
sekitar satu sextillion bintang di
seluruh alam semesta telah teramati, meskipun studi 2003 oleh astronom
Universitas Nasional Australia menghasilkan angka 70 sextillion (7 x 1022).
Hal diamati tersebar merata
(homogen) di seluruh alam semesta, ketika rata-rata jarak lebih dari 300 juta
tahun cahaya. Namun, pada skala lebih kecil-panjang, hal ini diamati untuk
membentuk "gumpalan", yaitu untuk kluster
hierarkis ; banyak atom
terkondensasi menjadi bintang, bintang yang paling dalam galaksi, galaksi yang
paling dalam cluster, superkluster dan, akhirnya, struktur skala terbesar
seperti Tembok Besar galaksi. Hal diamati dari alam semesta juga menyebar
isotropically, yang berarti bahwa tidak ada arah pengamatan tampaknya berbeda
dari yang lain; setiap wilayah langit telah kira-kira konten yang sama. Semesta
juga mandi di sebuah radiasi gelombang mikro yang sangat isotropik yang sesuai
ke spektrum kesetimbangan termal benda hitam sekitar 2,725 kelvin. Hipotesis bahwa
alam semesta skala besar adalah homogen dan isotropik dikenal sebagai prinsip
kosmologis, yang didukung oleh pengamatan astronomi.
Kepadatan keseluruhan kini Semesta
sangat rendah, sekitar 9,9 × 10-30 gram per sentimeter kubik. Massa-energi ini
tampaknya terdiri dari 73% energi gelap, 23% materi gelap dingin dan 4% materi
biasa. Dengan demikian kepadatan atom adalah atas perintah dari atom hidrogen
tunggal untuk setiap empat meter kubik volume Sifat energi gelap dan materi
gelap yang belum diketahui. Hal Dark gravitates sebagai hal biasa, sehingga
bekerja untuk memperlambat ekspansi dari alam semesta; Sebaliknya, energi gelap
mempercepat ekspansi.
Semesta sudah tua dan berkembang.
Perkiraan paling tepat dari usia alam semesta adalah 13,73 ± 0.12 miliar tahun,
berdasarkan pengamatan radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik.
Independen perkiraan (berdasarkan pengukuran seperti radioaktif dating) setuju,
walaupun mereka kurang tepat, mulai dari 11-20 miliar tahun untuk 13-15 miliar tahun.
Alam semesta belum sama pada setiap saat dalam sejarahnya;. misalnya, relatif
populasi quasar dan galaksi telah berubah dan ruang itu sendiri tampaknya
diperluas. Perluasan ini account untuk bagaimana Bumi terikat ilmuwan dapat
mengamati cahaya dari 30 miliar tahun cahaya dari galaksi, bahkan jika cahaya
telah pergi untuk hanya 13 milyar tahun; ruang yang sangat di antara mereka
telah diperluas. Perluasan ini konsisten dengan pengamatan bahwa cahaya dari
galaksi jauh telah redshifted; foton dipancarkan membentangkan panjang
gelombang frekuensi yang lebih rendah lagi dan selama perjalanan mereka.
Tingkat ekspansi ini spasial adalah percepatan, berdasarkan penelitian
supernova IA Jenis dan diperkuat oleh data lain.
Fraksi relatif dari unsur-unsur kimia yang berbeda -
khususnya atom ringan seperti hidrogen, deuterium dan helium - tampaknya sama
di seluruh alam semesta dan sepanjang sejarah yang diamati Alam semesta
tampaknya memiliki masalah lebih dari antimateri., Asimetri yang mungkin
berkaitan dengan pengamatan pelanggaran CP. The Universe tampaknya tidak
memiliki muatan listrik bersih, dan karena itu gravitasi tampaknya menjadi
dominan interaksi pada skala kosmologis panjang. Semesta juga tampaknya tidak memiliki
momentum bersih atau momentum sudut. Tidak adanya biaya bersih dan momentum
akan mengikuti dari hukum-hukum fisika yang berlaku (hukum Gauss dan
perbedaan-non dari pseudotensor stres-energi-momentum, masing-masing), jika
alam semesta itu terbatas.
