Alam Semesta Pun “Berthawwaf”: Gerak Melingkar di Alam

Fenomena alam yang terjadi didalam kehidupan sangat banyak, Allah SWT mengatur benda-benda melalui gerakan melingkar. Misalnya, gerak planet-planet mengelilingi matahari, gerak bulan mengelilingi bumi, rotasi bumi yang berputar pada sumbunya, dan gerak elektron dalam model atom Bohr. Bahkan thawwaf dalam ibadah haji pun, merupakan penerapan gerak melingkar.

Terdapat rahasia dan kekuatan yang begitu menakjubkan dalam gerak melingkar. Allah memang merancang banyak hal di alam ini sehingga sering memilih yang paling efisien. Rupanya, gerak melingkar pun demikian. “Alam memilihnya” karena gerak melingkar merupakan gerakan yang sangat efisien.

Renungkanlah betapa banyaknya Allah SWT menggunakan gerak melingkar dengan berbagai variasinya di alam semesta. Gerak rotasi planet, revolusi planet, gerak elektron mengelilingi atom dalam model atom Bohr, gerak berpusarnya angin tornado, berpusarnya galaksi pada porosnya, berpusarnya cairan inti bumi, berpilinnya muatan listrik dalam medan magnet seperti terjadi dalam peristiwa aurora, dan sebagainya. Atau lihatlah bagaimana biji mahoni jatuh ke tanah dengan gerak melingkar serupa baling-baling.

Alam semesta pikiran manusia berkembang menurut perkembangan umat manusia itu sendiri. Ada kalanya, perkembangan itu sulit terjadi karena ia dipertahankan (dilindungi) oleh penguasa, seperti pengertian bahwa bumi berbentuk datar menjadi berbentuk bulat seperti bola pepat. Ada pula perkembangan yang tidak dilindungi atau dipertahankan, tetapi sulit dimengerti, seperti memahami bahwa bumi ini suatu benda langit sebagaimana bulan, matahari dan bintang (bumi adalah planet biasa di tata surya).

Matahari adalah sumber sinar terbesar didunia. Sinarnya mampu menembus seluruh planet yang beredar mengelilinginya. Dalam Al-Qur’an telah disebutkan dalam surah yunus ayat 5 yang artinya “Dialah yang menjadikan matahari bersinar dan bulan bercahaya, dan Dialah yang menetapkan tempat-tempat orbitnya, agar kamu mengetahui bilangan tahun, dan perhitungan (waktu). Allah tidak menciptakan yang demikian itu melainkan dengan benar. Dia menjelaskan tanda-tanda (kebesaran-Nya) kepada orang-orang yang mengetahui”.

Gerak melingkar sudah sejak lama dipelajari ilmuwan, baik dari kalangan Muslim maupun Barat. Gerak melingkar ini terutama dipelajari pada gerak planet mengelilingi matahari. Salah satu ilmuwan muslim yang mempelajari gerak melingkar (episiklus) planet Merkurius adalah Ibnu Shatir. Karyanya ini, terutama persamaan matematis yang digunakan, sangat mempengaruhi Nicolus Copernicus dalam membuat model tata suryanya yang terkenal. Ada juga ilmuwan lain bernama Qutbuddin Ash-Shirazi, yang membuat model gerak melingkar (episiklus) planet. Episiklus adalah gerak melingkar planet menyusuri lingkaran yang lebih besar.

Bukti ilmiah yang ditemukan para ilmuwan modern begitu banyak, bahwa alam semesta diciptakan dengan sangat teratur dan terencana. Misalnya, dalam penciptaan bumi sebagai tempat tinggal kita. Betapa Allah SWT telah mempersiapkannya, mengukurnya, dan menghitungnya sebaik mungkin sehingga dapat kita diami seperti saat ini.

Seorang pelukis memang dapat mengagumi alam raya melalui keindahan seni. Seorang penyair mengungkapkannya melalui bait-bait puisi atau seorang biduan melalui lagu dan nyanyian. Namun, hanya melalui seorang ilmuwanlah alam semesta dapat diungkap jauh lebih dalam dan terperinci.

Gerak melingkar memang menjadi jenis gerak yang mungkin paling banyak ditemukan, baik di alam semesta maupun dalam penggunaan alat-alat dalam kehidupan sehari-hari. Gerak melingkar bukan saja gerak yang lintasannya berbentuk lingkaran, namun juga dapat berupa elips atau yang bersifat orbital, yang kita kenal dalam matematika sebagai bagian dari keluarga “irisan kerucut”.

Wisoyo (2008:11) menyatakan bahwa seluruh tata surya, matahari dan 8 planet beserta satelit-satelitnya dan asteroid (planet-planet kecil), kurang lebih terletak dalam satu bidang datar yang sama dan mengitari matahari dalam arah yang sama. Dari semua planet di dalam tata surya, hanya planet bumi lah yang memiliki keadaan yang baik untuk kehidupan. Bumi penuh dengan makhluk hidup flora dan fauna, serta manusia. Kecuali sinar panas dan terang dari matahari, bumi memiliki tiga bahan yang sangat penting bagi kehidupan, yaitu zat asam, air, dan bahan makanan yang selalu diperbarui oleh bumi. Semua makhluk hidup dapat mempertahankan hidup dan berkembang biak sesuai dengan jenis dan habitatnya.

Hanan (2009:10) menyatakan bahwa planet-planet, matahari, bulan, dan bintang-bintang bergerak dalam lingkaran sempurna. Kecepatan gerak planet-planet, matahari, bulan dan bintang-bintang di dalam orbitnya adalah sama.

Kita sering mendengar istilah periode, terutama untuk sesuatu yang berulang. Misalnya, periode pemilu adalah 5 tahun, artinya setelah 5 tahun presiden dipilih kembali. Istilah periode juga kita gunakan saat mempelajari tata surya, yaitu bahwa periode revolusi planet-planet, didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan oleh sebuah planet untuk berputar sekali mengelilingi matahari. Berarti, ketika sebuah planet telah bergerak selama 1 periode revolusi, planet akan kembali ke posisi yang sama, yang kita kenal sebagai satu tahun. Untuk planet bumi, periode revolusi ini sekitar 365 hari.

Secara umum, periode benda yang melakukan gerak melingkar beraturan didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan oleh benda untuk menempuh lintasan satu lingkaran penuh. Jika sebuah benda yang bergerak melingkar menempuh 1 lingkaran dalam 5 detik, maka dikatakan periode benda tersebut adalah 5 detik. Periode biasanya disimbolkan dengan huruf T.

Kecepatan perputaran bumi pada sumbunnya juga menjaga panas dipermukaan bumi menjadi seimbang dan lebih merata. Keadaan di bumi berbeda dengan keadaan di planet merkurius dan planet-planet lain. Di Merkurius, perbedaan temperatur antara siang dan malam hampir mencapai 1.000°C. Hal ini terjadi karena lamanya waktu siang lebih setahun menurut waktu bumi. Penyebab lain, misalnya karena tidak adanya atmosfer yang melindungi merkurius.

Selain jaraknya yang telah dipersiapkan, Allah SWT juga melindungi bumi dengan berbagai perisai dan pelindung. Diciptakan-Nya atmosfer untuk melindungi bumi dari radiasi cahaya ultraviolet (UV) matahari. UV ini berbahaya bagi kesehatan manusia. Penyinaran yang berlebihan akan menyebabkan kanker yang akibatnya sangat mengerikan pada kulit manusia.

Dikehidupan sehari-hari, frekuensi menunjukkan seringnya kita melakukan sesuatu. Misalnya, jika dikatakan frekuensi turunnya hujan dikota Bogor tinggi, berarti hujan sangat sering terjadi dikota Bogor. Atau, jika dikatakan frekuensi gempa sangat tinggi di Indonesia pada tahun 2006, artinya pada tahun 2006 gempa bumi sangat sering terjadi.

Didunia fisika khususnya dalam gerak melingkar, frekuensi menunjukkan berapa kali benda mengelilingi lingkaran (dengan lingkaran penuh) dalam waktu 1 sekon. Dari pengertian ini, frekuensi merupakan kebalikan dari periode. Karena frekuensi f merupakan kebalikan dari periode T, maka dapat dituliskan hubungan f dan T sebagai berikut: 

Gerak revolusi planet bumi mengelilingi matahari, periode bumi adalah 365 hari = 31536000 detik (1 tahun), sedangkan frekuensinya adalah 1/ 31536000 Hz. Frekuensi dinyatakan dalam satuan jumlah atau banyaknya putaran per sekon, yang sering di istilahkan dengan satuan hertz (Hz). Istilah frekuensi juga akan sering digunakan saat membahas gelombang dan getaran. Pada hakikatnya frekuensi memiliki makna yang sama, yakni menunjukkan kecepatan putaran, atau di dalam getaran dan gelombang, frekuensi menunjukkan kecepatan getaran.

Diciptakan-Nya pula semacam sabuk pelindung yang terbuat dari medan magnetik disekitar bumi. Tujuannya agar planet kita terlindung dari terpaan dan hantaman angin matahari serta lontaran sejumlah gas yang berasal dari korona matahari. Sabuk yang tidak bisa kita lihat dengan mata biasa ini dikenal sebagai sabuk Van Allen.

Angin matahari berasal dari ledakan dipermukaan matahari. Angin ini melemparkan berton-ton gas yang sangat panas dan memiliki kandungan listrik yang sangat besar. Angin matahari ini sebagian besar dapat ditangkal oleh sabuk Van Allen sehingga tidak sampai ke permukaan bumi. Angin ini kemudian disalurkan ke kutub-kutub magnetik utara dan selatan bumi sehingga bertumbukan dengan atmosfer bumi bagian kutub. Tumbukan ini menghasilkan cahaya yang sangat indah, berpendar di daerah kutub utara dan selatan dengan warna yang beraneka ragam bergantung pada komposisi udara di atmosfer.

Cahaya indah berwarna-warni ini dikenal sebagai aurora. Sayang sekali, kita yang tinggal didaerah khatulistiwa tidak pernah melihatnya secara langsung. Aurora hanya dapat dinikmati di daerah yang dekat dengan kutub utara dan selatan saja.

Bayangkan apa yang terjadi seandainya sabuk Van Allen ini tidak disiapkan Allah? Seluruh peralatan dari logam pastilah akan mencair karena panas dan arus listrik yang diterima bumi akan sangat besar. Pusat pembangkit tenaga listrik mungkin akan meledak karena kelebihan beban listrik. Kulit kita akan terbakar, sarana komunikasi akan putus, bencana dan kekacauan yang dahsyat akan terjadi di bumi.

Lintasan yang ditempuh oleh sebuah benda yang bergerak melingkar tentu saja berupa lingkaran. Lintasan yang ditempuhnya akan memiliki keliling yang dapat kita hitung menggunakan persamaan keliling lingkaran.  Karena benda tersebut memerlukan waktu satu periode T untuk menempuh satu keliling penuh dengan jari-jari r, maka kecepatan rata-rata benda tersebut dapat dihitung sebagaimana kita menghitung kecepatan pada gerak lurus.

Allah juga mengatur kandungan udara yang kita hirup, dengan perbandingan yang sangat penuh perhitungan. Jika saja kandungan oksigen diudara lebih tinggi, maka udara akan sangat mudah terbakar. Sebaliknya, jika oksigen terlalu sedikit, maka manusia akan keracunan dan sulit bernafas.

Benda yang bergerak melingkar juga memiliki kecepatan selain kecepatan linier yang disebut kecepatan sudut atau kecepan anggular. Kecepatan anggular adalah besar sudut yang ditempuh benda tiap saat. Karena dalam satu periode lingkaran sudut yang ditempuh adalah 360°, atau dalam radian adalah 2, maka besarnya kecepatan sudut adalah .

Wisoyo (2008:12) menyatakan bahwa dalam galaksi Bimasakti ada kira-kira 100 ribu bintang yang mempunyai sinar tipe G (H-R diagram: suhu fotosfer 6.000°C berwarna kuning), seperti sinarnya matahari kita, dan diperkirakan mereka juga mempunyai planet-planet dan satelit atau tata surya seperti matahari kita. Ini berarti bahwa dalam Bimasakti saja ada kira-kira 100 ribu buah bumi yang bisa dihuni oleh makhluk hidup. Makhluk hidup bumi mana yang lebih maju dari makhluk (manusia) di bumi kita adalah tergantung pada bumi mana yang alamnya lebih dulu menjadi kondusif untuk makhluk hidup (sesuai sejarah bumi-bumi yang bersangkutan). Kita kelak bisa bertamasya ke bumi-bumi itu kalau sudah mempunyai kendaraan berkecepatan ultrasuper optis dengan perjalanan bertahun-tahun diangkasa.

Allah juga mengatur bentuk tetesan hujan sehingga dapat jatuh dengan kecepatan yang tidak membahayakan saat tiba di bumi dari awan mendung setinggi 1.500 meter. Padahal, kalau saja kita hitung benda lain jatuh dari ketinggian yang sama, maka benda tersebut akan tiba di bumi dengan kecepatan ratusan km/jam, yang tentu saja sangat berbahaya. Bahkan benda kecil yang menabrak kita dengan kecepatan sebesar itu akan memiliki daya rusak yang cukup besar.

Ilmu keteknikan menganggap bahwa gerak melingkar dapat ditemui pada gerak sebuah korsel di Dunia Fantasi, gerak satelit pada orbitnya; gerak mesin pemutar sentrifugal (medical centrifuge), yang digunakan untuk memisahkan zat-zat kimiawi; centrifuge training, untuk melatih pilot pesawat tempur; pemutar pada mesin cuci; gerak putar lengan robot; gerak gir mesin dan rotasi turbin. Jenis-jenis gerak tersebut adalah contoh gerak melingkar dalam alat-alat teknologi. Gerak melingkar dari tiap alat tersebut, tentunya tidak dibuat sembarangan. Namun, dihitung dan diukur sedemikian rupa agar sesuai dengan kebutuhan.

Pirani dkk (1996:3) menyatakan bahwa alam semesta adalah segala sesuatu yang ada. Lebih dari sekedar tampak. Yang dapat terlihat diluar atmosfer Bumi hanyalah Matahari, Bulan, sejumlah bintang, setengah lusin planet, dan sejumlah nebula, kadangkala ada komet. Astronom memperkuat kemanapun mata telanjang dengan teleskop, spektograf, piringan radio, dan bertangki-tangki cairan pembersih (untuk lensa, dan lain-lain). Mereka menempatkan peralatan itu pada roket dan satelit, dan dipermukaan tanah. Jadi pengelihatan mereka tidak sama dengan pengelihatan kita sehari-hari.

Alam semesta tak terhitung banyaknya sistem yang bekerja. Allah menempatkan semua sistem ini dalam kendali-Nya meski disaat kita tidak menyadarinya. Misalnya, saat kita sedang membaca, berjalan, atau tidur. Allah menciptakan alam semesta beserta seluk-beluknya yang rinci, yang berjumlah tak terhitung agar manusia dapat memahami kekuasaan-Nya yang tak terbatas. Di dalam Al-Qur’an, Allah berfirman kepada manusia dan menjelaskan alasan penciptaan keteraturan di alam semesta sebagai berikut,

“…agar kamu mengetahui bahwasannya Allah Maha Kuasa atas segala sesuatu, dan sesungguhnya Allah, ilmu-Nya benar-benar meliputi segala sesuatu”. (QS. Ath Thalaaq, 65:12)

Keteraturan ini mengandung seluk-beluk yang begitu banyak sehingga manusia tak akan mungkin tahu dari mana harus mulai memikirkannya.

Suatu massa, ketika Sir Isaac Newton sedang duduk di bawah pohon apel, sebuah apel jatuh ke pangkuannya. Dari kejadian inilah muncul pemikiran tentang hakikat gravitasi yang menjadi dasar dalam ilmu fisika. Newton kemudian menjadi orang pertama yang mengemukakan hukum gaya gravitasi dan pengaruhnya pada gerak benda-benda. Ia juga yang mengemukakan bahwa Bulan mengelilingi Bumi itu karena gaya yang sama dengan gaya yang menyebabkan apel jatuh.

Menurut Newton, gaya gravitasi makin lemah bila jarak kedua benda dijauhkan. Dan gaya gravitasi akan semakin besar kalau jumlah materi yang dikandung suatu benda makin banyak. Sebuah benda ketika tidak mengalami gaya apapun akan bergerak lurus dengan kecepatan tetap. Tapi benda akan bergerak melingkar jika ada gaya yang mengarah ke pusat. Gaya ini yang kita kenal sebagai gaya sentripetal.

Kasus Bulan, gerak melingkar Bulan karena padanya bekerja gaya tarik gravitasi Bumi. Dan untuk kasus planet gerak melingkar terjadi karena pada planet bekerja gaya gravitasi dari bintang induk. Untuk kasus Tata Surya gaya yang bekerja adalah gaya gravitasi Matahari terhadap planet-planetnya.

Gaya gravitasi membuat planet-planet dapat bergerak menurut orbitnya mengelilingi matahari, juga satelit-satelit yang mengelilingi planet. Gaya yang sama juga menjaga bintang-bintang berkitar di dalam galaksi, dan galaksi-galaksi berkitar di dalam gugus. Gerakan-gerakan ini dapat diterangkan dengan hukum Newton tentang gravitasi Universal.

Hukum Newton mengatakan bahwa setiap benda menarik benda-benda lain dengan gaya yang sebanding dengan massanya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar mereka.

Tidak ada benda diam di alam semesta ini. Semua sedang bergerak. Dan uniknya, semua bergerak mengikuti sebuah pusaran dengan pola tertentu. Dari kecil semakin membesar. Dan akhirnya menuju sebuah pusaran raksasa sebesar alam semesta.

Pirani dkk (1996:6) menyatakan bahwa alam semesta memiliki sejarah. Bintang-bintang terbentuk, berevolusi, melepas energi, dan berubah ukuran. Galaksi-galaksi saling menjauh: Alam semesta mengembang. Ketika melihat bintang atau galaksi, yang terlihat oleh kita bukanlah keadaan mereka sekarang, tetapi keadaan mereka ketika melepaskan cahaya yang terlihat sekarang. Memang tidak semua bergerak searah. Tetapi dalam skala yang lebih besar selalu berbentuk keseimbangan dari gerakan yang berbeda arah itu. Sebagian kawan ada yang menduga bahwa gerakan semua benda dialam semesta mengikuti gerakan ber-thawwaf, yaitu berlawanan dengan arah jarum jam. Tetapi itu tidak memperoleh pijakan dalam realitas. Karena mulai partikel terkecil, di dalam inti atom maupun elektron-elektron diluarnya ada yang berputar searah jarum jam atau sebaliknya. Demikian dengan makro, benda-benda langit ada yang berputar searah jarum jam atau brlawanan dengannya, yang disebut sebagai putaran retrograde.

Makhluk hidup tidak semuanya bergerak searah. Bahkan banyak yang berlawanan arah. Jadi, kita tidak boleh mengambil penyederhanaan bahwa seluruh pergerakan semesta adalah searah dengan gerakan thawaf. Akan tetapi yang menarik, memang dalam skala yang lebih besar semua benda bergerak membentuk sebuah sistem kesetimbangan dalam pusaran yang lebih besar. Dan semakin besar, semakin besar, sampai entah sebesar apa.

Manusia banyak yang mempersepsikan pergerakan itu hanya berlaku pada benda-benda pengisi langit. Seperti planet, matahari, gugusan bintang alias galaksi, superkluster dan seterusnya. Namun agaknya kita harus memandangnya dalam skala yang lebih besar lagi. Bahwa alam semesta ini tersusun dari Ruang, Waktu, Materi, Energi dan informasi ke lima parameter itulah penyusun alam semesta.

Gerak melingkar adalah suatu benda yang membentuk lintasan berupa lingkaran mengelilingi suatu titik tetap. Agar suatu benda dapat bergerak melingkar ia membutuhkan adanya gaya yang selalu membelokkannya menuju pusat lintasan lingkaran.

Gaya ini dimanakan gaya sentripetal. Suatu gerak melingkar beraturan dapat dikatakan sebagai suatu gerak dipercepat beraturan, mengingat perlu adanya suatu percepatan yang besarnya tetap dengan arah yang berubah, yang selalu mengubah arah gerak benda agar lintasan berbentuk lingkaran.

Ditinjau dari struktur tata surya, akan kita temukan keseimbangan yang sangat halus dan teliti, yang menahan planet-planet dalam tata surya agar tidak terlepas dari tata surya dan terlempar ke dalam suhu dingin membeku diangkasa luar adalah keseimbangan antara gravitasi (gaya tarik) matahari dan gaya sentrifugal planet-planet. Matahari menarik semua planet dengan gaya tarik kuat yang ditebarkannya, sementara planet-planet secara terus-menerus mengimbangi tarikan ini dengan menggunakan gaya sentrifugal yang ditimbulkan oleh gerakan planet-planet tersebut pada jalur lintas atau orbitnya. Tetapi bila planet-planet ini berputar pada sumbunya (gerak rotasi) dengan kecepatan yang sedikit lebih rendah, planet akan ditarik oleh matahari dengan sangat kuat sehingga jatuh ke dalam raksasa matahari dan tertelan suatu ledakan hebat. Hal yang sebaliknya juga mungkin terjadi. Jika planet-planet berputar dengan kecepatan yang lebih tinggi, kali ini gravitasi matahari tidak akan cukup kuat untuk menahannya dan planet-planet akan terlempar ke ruang hampa diangkasa luar. Tetapi, sebuah keseimbangan yang sangat halus dan cermat telah ditetapkan, dan sistem ini dapat terus berlangsung karena mempertahankan keseimbangan ini.

Referensi:

• Hanan, Nataresmi Abd. 2009. Perjalanan Kosmos Memahami Alam Semesta. Surabaya: Selasar Surabaya Publishing
• Pirani, Felix, dkk. 1996. Mengenal Alam Semesta. Cambridge: Icon Books
• Wisoyo, Jaenal. 2008. Awal Mula Alam Semesta. Yogyakarta: Penerbit Narasi