Konstanta Kosmologis

26 Mei 1998 // Faktor ‘Palsu’ Einstein Kembali ke Kosmologi Hantu

Ada segelintir ilmuwan yang bisa dikatakan kekeliruannya lebih menarik daripada kesuksesan rekan-rekannya. Albert Einstein adalah salah satunya. Hanya sedikit “blunder” yang memiliki hidup lebih panjang dan lebih penting dari konstanta kosmologis, terkadang digambarkan sebagai faktor palsu paling terkenal dalam sejarah sains, yang Einstein tambahkan pada teori relativitas umumnya di tahun 1917. Peranan konstanta tersebut adalah menyediakan gaya tolak untuk menahan alam semesta dari (secara teoritis) kekolaps-an karena bobotnya sendiri.

Einstein menyerahkan konstanta kosmologis ketika alam semesta diketahui mengembang, tapi pada tahun-tahun berikutnya, konstanta kosmologis itu, layaknya Rasputin, bersikeras menolak untuk mati, menyeret dirinya tampil ke depan, membisikkan enigma-enigma mendalam dan gaya-gaya baru yang misterius di alam setiap kali para kosmolog menemui kesukaran, hingga mengharmoniskan kembali observasi mereka atas alam semesta dengan teori-teori mereka.

Tahun ini, konstanta kosmologis tersebut kembali masuk berita sebagai penjelasan atas penemuan yang banyak dilaporkan, berdasarkan observasi bintang-bintang meledak yang jauh, bahwa suatu jenis “energi aneh” rupanya sedang mengakselerasi perluasan alam semesta. “Jika konstanta kosmologis sudah mencukupi bagi Einstein,” kata Michael Turner dari Universitas Chicago dalam sebuah pertemuan pada bulan April, “maka semestinya juga mencukupi bagi kita.”

Einstein telah wafat puluhan tahun lalu. Bagaimana ia dan faktor palsu 80-tahunnya sampai menjadi pusat revolusi dalam kosmologi modern?

Kisahnya bermula di Wina dengan sebuah konsep mistis yang Einstein sebut prinsip Mach. Wina adalah benteng intelektual Ernst Mach (1838-1916), fisikawan dan filsuf yang menunggangi sains Eropa layaknya seorang Colossus. Skala ukuran kecepatan supersonik dinamai dengan namanya. Peninggalan terbesarnya sangat filosofis; ia teguh berpendapat bahwa semua pengetahuan berasal dari akal sehat, dan kukuh menentang pengenalan konsep metafisik, demikian dia menganggapnya, dalam sains, atom contohnya.

Peninggalan lainnya adalah gagasan tentang absolute space (ruang absolut), yang membentuk kerangka alam semesta Newton. Mach berpendapat bahwa kita tidak melihat “ruang”, kita hanya pemain di dalamnya. Semua pengetahuan kita tentang gerak, jelasnya, hanya relatif menurut “bintang-bintang diam” (fixed star). Dalam buku-buku dan paper-nya, ia bertanya-tanya apakah kelembaman, kecenderungan sebuah objek untuk tetap diam atau bergerak hingga didorong oleh gaya eksternal, sama relatifnya dan berasal dari suatu interaksi dengan segala sesuatu di alam semesta.

“Apa yang terjadi pada hukum kelembaman jika seluruh angkasa mulai bergerak dan bintang-bintang berkerumun dalam keadaan kacau?” tulisnya pada tahun 1911. “Hanya jika alam semesta musnah kita akan tahu bahwa semua benda, dengan bagiannya masing-masing, sangat penting dalam hukum kelembaman.”

Mach tak pernah mengajukan taksiran tentang bagaimana interaksi misterius ini bekerja, tapi Einstein, yang mengagumi skeptisisme Mach, terpikat pada apa yang kadang ia sebut sebagai prinsip Mach dan kadang disebutnya relativitas kelembaman. Ia ingin memasukkan konsep tersebut ke dalam teori relativitas umumnya, yang diselesaikan pada tahun 1915. Teori ini menjelaskan bagaimana materi dan energi mendistorsi atau “melengkungkan” geometri ruang dan waktu, menimbulkan sebuah fenomena yang disebut gravitasi.

Dalam bahasa relativitas umum, prinsip Mach menekankan bahwa lengkungan ruang-waktu hanya bisa dijelaskan melalui materi atau energi lain di alam semesta, dan bukan kondisi permulaan atau pengaruh luar apa pun – yang disebut fisikawan sebagai boundary condition (kondisi batas). Einstein mengartikan ini bahwa mustahil memecahkan persamaan miliknya untuk kasus objek terpisah (solitary object) – atom atau bintang yang sendirian di alam semesta – karena tak ada yang bisa diperbandingkan dengannya atau berinteraksi dengannya.

Jadi Einstein terkejut beberapa bulan setelah mengumumkan teori barunya, ketika Karl Schwarzschild, astrofisikawan Jerman yang bertugas di garis depan dalam Perang Dunia I, mengiriminya suatu solusi, yang melukiskan medan gravitasi di sekitar bintang terpisah (solitary star). “Saya tidak percaya bahwa penyelesaian sempurna atas persoalan massa pokok tersebut begitu sederhana,” ujar Einstein.

Mungkin sebagian terpacu oleh hasil Schwarzschild, Einstein mengalihkan perhatiannya di musim gugur 1916 pada penemuan alam semesta ber-boundary (berperbatasan) yang mencegah sebuah bintang melarikan diri dari tetangganya dan tidak melayang menuju ketersendirian tak terbatas non-Mach. Dia menyusun gagasannya dalam sebuah korespondensi dengan astronom Belanda, Willem de Sitter, yang mana akan diterbitkan musim panas tahun ini oleh Princeton University Press dalam Volume 8 “The Collected Papers of Albert Einstein”.

Sebagaimana kebanyakan koleganya kala itu, Einstein menganggap alam semesta terdiri dari kumpulan bintang (cloud of stars), yaitu Bima Sakti, yang dikelilingi oleh ruang yang luas. Salah satu pemikirannya memprediksikan eksistensi “massa jauh” yang melingkari pinggir Bima Sakti layaknya sebuah pagar. Massa-massa ini melengkungkan ruang dan menutupnya.