Kumpulan Contoh Soal Taklukkan Alam Semesta! Kumpulan Soal Fisika Kosmologi Paling Lengkap + Kunci Jawaban!
Pilihan Ganda
1. 1. Kapan alam semesta diperkirakan terbentuk menurut model Big Bang?
A. 4,5 miliar tahun lalu
B. 13,8 miliar tahun lalu
C. 100 miliar tahun lalu
D. Tak terhingga
2. 2. Hukum Hubble menyatakan bahwa…
A. Semua galaksi bergerak menjauh dari pusat alam semesta.
B. Kecepatan resesi galaksi berbanding lurus dengan jaraknya dari kita.
C. Kecepatan resesi galaksi berbanding terbalik dengan jaraknya dari kita.
D. Alam semesta bersifat statis dan tidak berekspansi.
3. 3. Radiasi Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik (CMB) adalah bukti kuat untuk…
A. Adanya materi gelap.
B. Teori Big Bang.
C. Lubang hitam supermasif.
D. Pembentukan bintang dan galaksi.
4. 4. Apa yang menyebabkan alam semesta berekspansi dengan percepatan?
A. Gravitasi materi gelap.
B. Energi gelap.
C. Tekanan radiasi bintang.
D. Ledakan supernova.
5. 5. Fenomena pergeseran merah (redshift) pada cahaya dari galaksi jauh menunjukkan bahwa…
A. Galaksi tersebut mendekat ke kita.
B. Galaksi tersebut menjauh dari kita.
C. Galaksi tersebut memiliki massa yang sangat besar.
D. Galaksi tersebut memancarkan cahaya biru.
6. 6. Bukti keberadaan materi gelap berasal dari…
A. Observasi langsung melalui teleskop.
B. Interaksinya dengan cahaya.
C. Efek gravitasinya pada galaksi dan gugus galaksi.
D. Pancaran radiasi elektromagnetik.
7. 7. Sekitar berapa persen dari total energi-massa alam semesta yang diperkirakan terdiri dari energi gelap?
A. 5%
B. 27%
C. 68%
D. 95%
8. 8. Prinsip Kosmologi menyatakan bahwa alam semesta bersifat…
A. Homogen dan isotropik pada skala besar.
B. Heterogen dan anisotropik.
C. Statis dan tidak berubah.
D. Berpusat pada Bumi.
9. 9. Teori inflasi kosmik diajukan untuk menjelaskan…
A. Pembentukan bintang.
B. Pembentukan lubang hitam.
C. Masalah horison dan masalah kerataan dalam model Big Bang.
D. Asal usul materi gelap.
10. 10. Jika kerapatan energi alam semesta sama dengan kerapatan kritisnya, maka alam semesta akan…
A. Tertutup (closed).
B. Terbuka (open).
C. Datar (flat).
D. Berosilasi.
11. 11. Era reionisasi terjadi ketika…
A. Proton dan elektron bergabung membentuk atom hidrogen netral pertama.
B. Cahaya bintang dan galaksi pertama mulai mengionisasi hidrogen netral.
C. Alam semesta sangat padat dan panas sehingga semua materi terionisasi.
D. Materi gelap pertama kali terbentuk.
12. 12. Konstanta Hubble (H₀) memiliki satuan…
A. km/s
B. km/s/Mpc
C. Mpc
D. s⁻¹
13. 13. Olbers’ Paradox, yang menanyakan mengapa langit malam gelap, dapat dijelaskan oleh…
A. Adanya lubang hitam.
B. Keterbatasan kecepatan cahaya dan usia alam semesta yang terbatas.
C. Adanya materi gelap.
D. Jarak antar bintang yang sangat dekat.
14. 14. Selama Nukleosintesis Big Bang (BBN), unsur-unsur ringan apa yang sebagian besar terbentuk?
A. Karbon dan Oksigen.
B. Besi dan Nikel.
C. Hidrogen dan Helium.
D. Uranium dan Thorium.
15. 15. Struktur alam semesta pada skala besar dikenal sebagai…
A. Sistem tata surya.
B. Galaksi Bima Sakti.
C. Jaring Kosmik (Cosmic Web).
D. Lubang hitam.
16. 16. Gravitasi berperan penting dalam…
A. Mempercepat ekspansi alam semesta.
B. Membentuk struktur besar seperti galaksi dan gugus galaksi.
C. Menghasilkan radiasi latar belakang kosmik.
D. Menentukan warna bintang.
17. 17. Model alam semesta berosilasi (oscillating universe) mengusulkan bahwa…
A. Alam semesta akan terus berekspansi selamanya.
B. Alam semesta akan runtuh kembali (Big Crunch) setelah ekspansi dan kemudian berekspansi lagi.
C. Alam semesta tidak pernah berekspansi.
D. Alam semesta akan mencapai ukuran maksimum dan berhenti berekspansi.
18. 18. Pengamatan Hubble Ultra Deep Field memberikan wawasan tentang…
A. Planet-planet ekstrasurya.
B. Galaksi-galaksi awal dan pembentukan bintang pertama.
C. Struktur lubang hitam.
D. Komposisi atmosfer planet lain.
19. 19. Metode utama untuk memperkirakan umur alam semesta adalah melalui…
A. Pengukuran suhu CMB.
B. Pengamatan kecepatan rotasi galaksi.
C. Penggunaan Hukum Hubble dan konstanta Hubble.
D. Pengukuran luminositas supernova Tipe Ia.
20. 20. Dalam persamaan Einstein, konstanta kosmologi (Λ) sering diinterpretasikan sebagai representasi dari…
A. Gravitasi normal.
B. Tekanan radiasi.
C. Energi gelap atau energi vakum.
D. Massa materi gelap.
Isian Singkat
1. 1. Berapakah nilai perkiraan konstanta Hubble saat ini dalam satuan km/s/Mpc?
2. 2. Apa nama fenomena di mana cahaya dari objek jauh menjadi lebih redup dan tampak ‘meregang’ karena ekspansi alam semesta?
3. 3. Sebutan untuk periode singkat ekspansi eksponensial alam semesta di awal kelahirannya adalah…
4. 4. Unsur ringan apa yang paling melimpah kedua di alam semesta setelah hidrogen, yang sebagian besar terbentuk selama nukleosintesis Big Bang?
5. 5. Apa nama struktur skala terbesar di alam semesta yang terdiri dari filamen galaksi, dinding, dan void?
Uraian
1. 1. Jelaskan secara singkat tiga bukti observasional utama yang mendukung Teori Big Bang.
2. 2. Bedakan antara materi gelap dan energi gelap dalam konteks fisika kosmologi.
3. 3. Bagaimana Hukum Hubble digunakan untuk memperkirakan usia alam semesta? Jelaskan asumsi yang mendasarinya.
4. 4. Apa yang dimaksud dengan Prinsip Kosmologi? Mengapa prinsip ini penting dalam studi kosmologi modern?
5. 5. Jelaskan secara singkat konsep nasib akhir alam semesta berdasarkan kerapatan energi totalnya (Ω). Sebutkan tiga skenario utama.
Mencocokkan
1. 1. Cocokkan istilah berikut dengan penjelasannya yang tepat:
A. Inflasi Kosmik
B. Nukleosintesis Big Bang (BBN)
i. Pembentukan inti atom ringan (H, He, Li) di alam semesta awal.
ii. Periode ekspansi eksponensial alam semesta yang sangat cepat di awal kelahirannya.
2. 2. Cocokkan fenomena berikut dengan buktinya:
A. Ekspansi Alam Semesta yang Dipercepat
B. Keberadaan Materi Gelap
i. Kurva rotasi galaksi yang aneh.
ii. Pengamatan supernova Tipe Ia yang lebih redup dari yang diperkirakan.
Kunci Jawaban dan Pembahasan
Pilihan Ganda
1. B
Pembahasan: Usia alam semesta diperkirakan sekitar 13,8 miliar tahun berdasarkan pengamatan laju ekspansi dan radiasi latar belakang kosmik.
2. B
Pembahasan: Hukum Hubble (v = H₀d) menunjukkan bahwa galaksi yang lebih jauh akan bergerak menjauh dengan kecepatan yang lebih tinggi.
3. B
Pembahasan: CMB adalah ‘gema’ dari Big Bang, sisa radiasi panas dari alam semesta awal yang telah mendingin seiring ekspansi.
4. B
Pembahasan: Energi gelap adalah entitas hipotetis yang dipercaya bertanggung jawab atas percepatan ekspansi alam semesta.
5. B
Pembahasan: Pergeseran merah terjadi ketika panjang gelombang cahaya meregang karena sumbernya menjauh dari pengamat, sesuai efek Doppler.
6. C
Pembahasan: Materi gelap tidak berinteraksi dengan cahaya, tetapi keberadaannya disimpulkan dari efek gravitasinya yang menjelaskan rotasi galaksi dan dinamika gugus galaksi.
7. C
Pembahasan: Model standar kosmologi (Lambda-CDM) memperkirakan energi gelap sekitar 68%, materi gelap 27%, dan materi biasa 5%.
8. A
Pembahasan: Prinsip Kosmologi adalah asumsi fundamental bahwa alam semesta terlihat sama di mana pun kita berada (homogen) dan ke segala arah (isotropik) pada skala yang cukup besar.
9. C
Pembahasan: Inflasi adalah periode ekspansi eksponensial alam semesta sangat awal yang memecahkan masalah horison (mengapa CMB sangat seragam) dan masalah kerataan (mengapa alam semesta begitu datar).
10. C
Pembahasan: Kerapatan energi menentukan geometri alam semesta. Jika kerapatan sama dengan kerapatan kritis, alam semesta akan datar.
11. B
Pembahasan: Setelah era rekombinasi (pembentukan atom netral), bintang dan quasar pertama mulai memancarkan cahaya ultraviolet yang mengionisasi kembali gas hidrogen di alam semesta.
12. B
Pembahasan: Konstanta Hubble mengukur laju ekspansi alam semesta, yaitu kecepatan (km/s) per unit jarak (Mpc).
13. B
Pembahasan: Langit malam gelap karena alam semesta memiliki usia terbatas (cahaya dari objek yang sangat jauh belum mencapai kita) dan berekspansi (cahaya dari objek yang lebih jauh mengalami pergeseran merah yang ekstrem).
14. C
Pembahasan: BBN adalah proses pembentukan inti atom ringan (Hidrogen, Helium, Lithium) di alam semesta awal yang panas dan padat.
15. C
Pembahasan: Pada skala terbesar, galaksi dan gugus galaksi membentuk filamen, dinding, dan void yang dikenal sebagai Jaring Kosmik.
16. B
Pembahasan: Gravitasi adalah gaya dominan yang menarik materi bersama untuk membentuk bintang, galaksi, dan struktur yang lebih besar.
17. B
Pembahasan: Model ini adalah salah satu kemungkinan nasib akhir alam semesta tertutup, di mana ekspansi diikuti oleh kontraksi.
18. B
Pembahasan: Hubble Ultra Deep Field memungkinkan para astronom melihat galaksi-galaksi yang sangat redup dan jauh, memberikan gambaran tentang alam semesta awal.
19. C
Pembahasan: Dengan mengetahui laju ekspansi (konstanta Hubble), kita bisa memperkirakan kapan semua materi berada dalam satu titik (Big Bang).
20. C
Pembahasan: Konstanta kosmologi diperkenalkan Einstein dan kemudian dihidupkan kembali untuk menjelaskan percepatan ekspansi, sering dikaitkan dengan energi gelap.
Isian Singkat
1. Sekitar 67-74 km/s/Mpc (tergantung metode pengukuran)
2. Pergeseran merah kosmologis (Cosmological Redshift)
3. Inflasi Kosmik
4. Helium
5. Jaring Kosmik (Cosmic Web)
Uraian
1. Tiga bukti utama adalah: 1) Ekspansi alam semesta (Hukum Hubble), di mana galaksi-galaksi menjauh dari kita. 2) Radiasi Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik (CMB), yaitu sisa panas dari alam semesta awal yang telah mendingin. 3) Kelimpahan unsur ringan (Hidrogen dan Helium) yang sesuai dengan prediksi nukleosintesis Big Bang.
2. Materi gelap adalah bentuk materi yang tidak berinteraksi dengan cahaya (non-baryonic) dan tidak memancarkan atau menyerap radiasi elektromagnetik, tetapi memiliki efek gravitasi yang signifikan. Keberadaannya disimpulkan dari rotasi galaksi dan dinamika gugus galaksi. Energi gelap adalah bentuk energi hipotetis yang tersebar merata di seluruh alam semesta, memiliki tekanan negatif, dan bertanggung jawab atas percepatan ekspansi alam semesta.
3. Hukum Hubble (v = H₀d) menunjukkan bahwa kecepatan galaksi menjauh (v) berbanding lurus dengan jaraknya (d), dengan H₀ sebagai konstanta Hubble. Jika kita mengasumsikan ekspansi ini konstan, kita dapat memperkirakan waktu yang dibutuhkan bagi galaksi untuk mencapai posisinya saat ini dari satu titik asal. Usia alam semesta diperkirakan sebagai kebalikan dari konstanta Hubble (1/H₀), memberikan perkiraan waktu sejak Big Bang. Asumsi utamanya adalah laju ekspansi alam semesta relatif konstan atau dapat diprediksi seiring waktu.
4. Prinsip Kosmologi menyatakan bahwa alam semesta bersifat homogen (seragam dalam komposisi dan distribusi materi) dan isotropik (terlihat sama ke segala arah) pada skala yang sangat besar. Prinsip ini penting karena menyederhanakan persamaan-persamaan kompleks dalam relativitas umum yang digunakan untuk memodelkan alam semesta, memungkinkan kita untuk membuat prediksi dan membangun model kosmologi standar seperti Big Bang. Tanpa prinsip ini, pemodelan alam semesta akan menjadi sangat rumit.
5. Kerapatan energi total (Ω) relatif terhadap kerapatan kritis menentukan geometri dan nasib akhir alam semesta. 1) Jika Ω > 1 (alam semesta tertutup), alam semesta akan berhenti berekspansi dan runtuh kembali (Big Crunch). 2) Jika Ω < 1 (alam semesta terbuka), alam semesta akan terus berekspansi selamanya, semakin dingin dan kosong (Big Freeze atau Big Rip). 3) Jika Ω = 1 (alam semesta datar), alam semesta akan terus berekspansi tetapi laju ekspansinya akan melambat menuju nol seiring waktu (Big Freeze). Saat ini, observasi menunjukkan alam semesta kita mendekati datar dengan ekspansi yang dipercepat.
Mencocokkan
1. A-ii, B-i
2. A-ii, B-i