KOSMOLOGI ALFVEN-KLEIN : MODEL ALAM SEMESTA PLASMA LISTRIK
Asal-usul kosmologi plasma dapat ditelusuri dari makalah yg ditulis oleh Kristian Birkeland pada th.1896 mengenai sinar katodik & sel² darah yg dianalogikan dengan fenomena astrofisika,kemudian hampir satu dekade penelitian Birkeland mengantarkan pada teori baru bahwa dari konsepsi² yg analog secara eksperimental dimungkinkan dapat membentuk suatu hipotesis tentang asal-usul alam semesta. Hipotesis ini berbeda dari semua hipotesis² sebelumnya dalam mengasumsikan keberadaan vektor pengarah gaya dari medan elektromagnetik selain medan gravitasi untuk menjelaskan formasi di sekitar pusat orbit yg memiliki orbit sikloida dari irisan² kerucut⑴.
Kosmologi plasma benar² muncul secara fisikalis oleh Hannes Alfven dari studinya pada th.1950-an tentang emisi radiasi sinkrotron yg disebabkan oleh elektron² yg berputar dengan laju cahaya dalam medan magnet. Alfven mengusulkan bahwa bentangan arus listrik harus melintasi alam semesta dalam mekanisme interaksinya dengan medan elektromagnetik yg memungkinkan plasma bergerak secara kompleks,sehingga dengan demikian pada skala mikro,alam semesta akan memiliki struktur seluler & filamen listrik. Ada banyak ilmuwan yg telah membantu merintis hipotesis kosmologi plasma,termasuk beberapa yg menonjol hingga th.1986 yaitu Kristian Birkeland,Irving Langmuir,Paul Dirac,Karl Jansky,Grote Reber, Edward Appleton,Hannes Alfvén,Gune Fälthammar, Nicolai Herlofson, Bo Lehnert,Per Carlqvist & sejumlah ilmuwan plasma lainnya⑵.
Konferensi Internasional pertama tentang Kosmologi Plasma diadakan di La Jolla, California antara 20 - 22 Februari 1989,salah satu aliran pemikiran kosmologi plasma mungkin cocok dengan paradigma kosmologi statis bahwa sangat mungkin ledakan besar yg konon mengawali munculnya kontinum ruang-waktu tidak pernah terjadi sehingga alam semesta selalu ada sedemikian rupa untuk terus berkembang tanpa awal & akhir. Para kosmolog plasma mendasarkan gagasannya pada sains empiris di laboratorium plasma terestrial,karena alam semesta dipenuhi dengan plasma sebagai gas pijar yg terionisasi oleh medan magnet & listrik sebagaimana gravitasi Newton memenuhi ruang-waktu.
Model alam semesta listrik merupakan pendekatan interdisipliner untuk bidang astrofisika yg menganggap bahwa listrik memainkan peran signifikan dalam pembentukan alam semesta & munculnya kehidupan makhluk cerdas di dalamnya. Sebagaimana yg telah disinggung diatas bahwa model ini didasarkan pada fisika plasma sebagai landasan model alam semesta listrik hasil penelitian Alfven tentang plasma ruang angkasa dalam karyanya tentang magnetohidrodinamika. Kosmologi Alfven-Klein telah memenangkan Nobel pada th.1970 karena magnetohidrodinamika telah banyak digunakan sebagai piranti untuk memodelkan plasma sebagai fluida sebagaimana yg Alfén nyatakan bahwa ada sejumlah fenomena yg tak dapat diperlakukan dengan cara ini, tetapi membutuhkan pendekatan dimana arus listrik diperhitungkan secara eksplisit⑶.
Beberapa fenomena plasma yg lebih kompleks sehingga tidak selalu dapat dimodelkan dengan baik oleh magnetohidrodinamika seperti pertama,lapisan ganda dimana wilayah plasma tempat pemisahan muatan terjadi yg menghasilkan perbedaan potensial cukup besar di seluruh lapisan.Lapisan ganda dapat mempercepat ion & menghasilkan radiasi sinkrotron (semisal sinar-x & sinar gamma) dapat menjadi tidak stabil kemudian meledak. Ke-2,filamen yg berupa benda² berserabut yg terlihat dalam bola plasma, aurora ,kilat & nebula yg disebabkan oleh kepadatan arus yg lebih besar atau juga disebut sebagai kabel plasma. Ke-3,arus listrik yg pertama kali diamati pada fenomena aurora juga ditemukan dalam filamen plasma,itu disebut arus Birkeland. Ke-4,sirkuit bahwa hampir semua arus yg mengalir di sekitar sirkuit listrik tunduk untuk mengikuti hukum Kirchhoff.Sirkuit plasma memiliki resistansi & induktansi sehingga perilaku plasma tergantung pada keseluruhan sirkuit,misalnya dalam lapisan plasma ganda yg tak stabil dapat menghasilkan energi induktif dari seluruh rangkaian yg dilepaskan dalam plasma. Ke-5,struktur sel bahwa lapisan plasma ganda dapat memisahkan antar ruang dengan sifat yg berbeda seperti magnetisasi,densitas & suhu untuk menghasilkan ruang bermedan magnet seperti magnetosfer & heliosfer⑷.
Alfven menganggap bahwa plasma kosmik sebagai bagian dari sirkuit dengan cara kerja yg sama dengan tabung plasma laboratorium adalah bagian dari sirkuit. Baterai dengan gaya gerak listrik V⒝ mentransmisikan arus di sekitar sirkuit dengan resistansi R₀ & induktansi L.Tegangan antara elektroda plasma tergantung pada arus I & berbagai parameter plasma seperti densitas,medan magnet,suhu dan lain² berperilaku serupa. Tergantung pada resistansi total rangkaian R + R₀ (nilai R bisa negatif),plasma mungkin berada dalam kesetimbangan atau terombang-ambing pada frekuensi yg tergantung pada induktansi L. Jika parameter plasma diketahui,maka perilaku plasma tergantung pada sirkuit luar & setiap sirkuit listrik berpotensi meledak apabila sirkuit plasma terganggu dalam lapisan plasma ganda,untuk menghasilkan energi induktif di seluruh sirkuit....
IV⒝ = I²R + LI.dI/dt
IV⒝ - I²R = LI.dI/dt
dU/dt = LI.dI/dt
∫ dU = ₀∫ᴵ LI dI
= L ₀∫ᴵI dI
U = ½LI²
jika L = μ₀n²Aℓ & I = B/μ₀n maka...
U = ½μ₀n²Aℓ(B/μ₀n)²
= B²/2μ₀.Aℓ
Model alam semesta plasma sekarang mengarah kepada struktur alam semesta baru yg drastis dengan karakteristik utama yg diberikan oleh Fälthammar bahwa hukum dasar fisika plasma yg sama berlaku dari semua bentuk plasma heliosfer,magnetosfer hingga plasma bintang & intergalaksi. Untuk memahami fenomena di wilayah plasma tertentu sangat perlu untuk memetakan medan listrik & arus listrik disamping medan magnet,karena ruang yg terisi dengan jaringan arus listrik yg mentransfer energi-momentum pada jarak jauh sering terjepit ke arus filamen plasma hingga cenderung menyebabkan ruang menjadi struktur seluler. Sejumlah fenomena plasma seperti lapisan ganda,kecepatan kritis,efek cubit & sifat² sirkuit listrik telah dikenal selama beberapa lebih dari 1 abad namun hingga sekarang hampir diabaikan dalam astrofisika. Pemodelan dan teori astronomi standar berupaya menggabungkan semua fisika yg dikenal ke dalam deskripsi fenomena yg diamati dengan gravitasi memainkan peran dominan pada skala terbesar serta dalam mekanika selestial. Untuk itu, baik teori orbit Keplerian maupun teori relativitas umum Einstein digunakan sebagai kerangka kerja yg mendasari sistem pemodelan astrofisika & pembentukan struktur,sementara astronomi energi tinggi & fisika partikel elementer mengharuskan adanya gelombang elektromagnetik dalam proses transfer radiasi untuk menjelaskan arus energik pada skala relatif kecil yg diamati dalam pacaran sinar gamma⑸.
Para pendukung kosmologi plasma mengklaim bahwa elektrodinamika sama pentingnya dengan gravitasi dalam menjelaskan struktur alam semesta untuk memberikan penjelasan alternatif bagi evolusi galaksi & keruntuhan awal awan antarbintang,sehingga secara khusus, kosmologi plasma diklaim dapat memberikan penjelasan alternatif untuk kurva rotasi datar galaksi spiral,cara menganulir kebutuhan materi gelap di galaksi & lubang hitam supermasif. Analisa teoritis menunjukkan bahwa banyak skenario bagi munculnya benih² pembangkitan medan magnet yg bergantung pada kelangsungan arus plasma pada masa awal yaitu arus Birkeland dengan magnitudo yang dibutuhkan 10¹⁸ A pada ruang berskala Mpc agar dapat terbentuk galaksi. Dalam beberapa pembahasan,para pendukung kosmologi plasma telah berselisih mengenai penjelasan standar termasuk perlunya model alam semesta listrik untuk memiliki produksi elemen ringan tanpa proses nukleosintesis pasca ledakan besar yg dalam konteks kosmologi Alfvén-Klein telah terbukti menghasilkan pengamatan radiasi sinar-x & sinar gamma yg berlebihan. Pada th.1995,Eric Lerner memberikan penjelasan alternatif untuk radiasi CMB bahwa spektrum CMB pada radiasi benda hitam dalam tingkat rendah ditemukan sifat anisotropi,meskipun tingkat isotropi pada skala 1:10⁵ tidak diperhitungkan sebagai ketepatan dengan model alternatif apapun,selain itu sensitivitas & resolusi pengukuran anisotropi CMB oleh WMAP cukup relevan dengan prediksi model standar astronomi⑹...[]
footnote :
0 Response to "KOSMOLOGI ALFVEN-KLEIN : MODEL ALAM SEMESTA PLASMA LISTRIK"
Posting Komentar