Alam semesta tidak dimulai dari hal yang kecil. Ini mulai panas.
Itulah premis inti model big bang. Teori yang diterima secara luas ini menjelaskan bagaimana segala sesuatu yang kita lihat muncul dari keadaan kepadatan dan suhu yang ekstrim. Peristiwa itu sendiri terjadi 13,8 miliar tahun lalu. Sebelumnya, tidak ada kata “sebelum” dalam pengertian tradisional. Hanya sebuah singularitas.
Ide tersebut tidak lahir dalam ruang hampa. Itu berasal dari dua sumber berbeda pada tahun 1920-an. Matematikawan Rusia Aleksandr Friedmann mendapatkan solusi persamaan Einstein yang menyatakan alam semesta mengembang. Sekitar waktu yang sama, astronom Belgia Georges Lemaître mengusulkan bahwa alam semesta dimulai dari “atom purba”. Keduanya benar. Keduanya diabaikan atau diabaikan untuk sementara waktu.
Versi modern memerlukan waktu sekitar tahun 1940-an untuk mengkristal. Pekerjaan itu sebagian besar berada di tangan George Gamow. Dia adalah seorang fisikawan Amerika kelahiran Rusia yang melihat dampak dari alam semesta yang mengembang dan mendingin. Dia dan rekan-rekannya meramalkan bahwa jika alam semesta mulai panas, sisa-sisa panas tersebut masih ada. Mereka menyebutnya radiasi latar kosmik.
Ini bukan hanya sejarah. Itu fisika. Model big bang bukanlah gambaran statis. Ini adalah garis waktu yang dinamis. Ini melacak pendinginan kosmos. Ini menjelaskan pembentukan elemen cahaya. Ini mengatur panggung untuk terbentuknya galaksi. Tanpa kerangka kerja ini, kita tidak mempunyai dasar mengenai posisi kita saat ini. Kita terapung setelah ledakan itu.
Modelnya telah bertahan. Pengamatan pergeseran merah. Pengukuran latar belakang gelombang mikro kosmik. Kelimpahan hidrogen dan helium. Semuanya menunjuk kembali ke keadaan awal yang panas dan padat. Ini adalah satu-satunya teori yang sangat cocok dengan data.
Tapi itu meninggalkan pertanyaan. Apa yang memicu ekspansi tersebut? Apa yang terjadi pada saat pertama? Model tersebut menggambarkan evolusi. Itu tidak menjelaskan pengapiannya. Kesenjangan itu masih ada. Untuk saat ini, kami melihat buktinya. Kami menelusuri ekspansi tersebut ke belakang. Kita menerima Big Bang sebagai titik awal kisah kosmik kita. Sekalipun permulaannya masih samar-samar.
Model standar kosmologi tidak muncul begitu saja. Itu bertumpu pada dua pilar tertentu. Jika salah satu kerangkanya hancur, seluruh kerangkanya akan goyah.
Pilar pertama adalah teori relativitas umum Albert Einstein. Ini adalah landasannya. Hal ini mengasumsikan bahwa pemahaman kita tentang gravitasi saat ini dengan tepat menggambarkan bagaimana semua materi berinteraksi di seluruh kosmos. Kami memercayai hal ini karena teknologi ini mampu bertahan dalam hampir semua ujian yang telah kami lakukan selama satu abad. Tapi kepercayaan bukanlah bukti.
Pilar kedua adalah prinsip kosmologis. Kedengarannya cukup sederhana. Dinyatakan bahwa pandangan pengamat terhadap alam semesta tidak bergantung pada arah atau lokasinya. Lihat ke kiri, lihat ke kanan, lihat ke atas, lihat ke bawah. Semuanya sama saja. Anda tidak lebih istimewa dari titik mana pun di luar angkasa.
Prinsip ini hanya berlaku pada sifat-sifat alam semesta berskala besar. Perbesar terlalu dekat, dan Anda akan melihat galaksi, bintang, dan ruang hampa. Struktur di mana-mana. Namun jika diperhalus dalam miliaran tahun cahaya, maka ia akan menjadi seragam. Keseragaman ini menyiratkan sesuatu yang mendalam. Ini menyiratkan bahwa alam semesta tidak memiliki tepi.
Pikirkan tentang itu.
Jika tidak ada tepian, maka asal muasal big bang tidak akan terjadi pada satu titik di ruang angkasa. Itu tidak meledak ke kekosongan yang sudah ada sebelumnya. Ekspansi terjadi melalui ruang pada saat yang bersamaan. Di mana-mana terjadi ledakan besar. Setiap titik adalah pusatnya.
Batasan Perhitungan
Kedua asumsi ini—relativitas dan keseragaman—memungkinkan fisikawan menghitung sejarah kosmos. Mereka dapat menelusuri garis waktu kembali ke zaman tertentu. Ini disebut Waktu Planck.
Sebelum masa Planck, perhitungannya gagal.
Para ilmuwan belum menentukan apa yang terjadi sebelum sepersekian detik itu. Persamaan relativitas umum berbenturan dengan mekanika kuantum pada skala tersebut. Kita tidak mempunyai teori gravitasi kuantum yang berfungsi. Jadi, kita buta terhadap momen-momen pertama keberadaan.
Kita bisa menggambarkan dampaknya. Kita bisa memetakan gas pendingin, pembentukan atom, bintang-bintang pertama. Tapi pemicu awalnya? Momen penciptaan? Itu masih menjadi misteri. Kami menghitung film dari adegan pertama dan seterusnya. Kami tidak tahu siapa yang menulis naskahnya.
Ini bukanlah kegagalan sains. Ini adalah kondisi batas. Ini menandai batas alat kami saat ini. Kita mengetahui apa yang tidak kita ketahui. Itu adalah posisi yang berbeda, tidak nyaman, dan perlu.
Alam Semesta yang Mendingin dan Peninggalan Kosmiknya
Alam semesta tidak muncul begitu saja. Itu meluas. Cepat. Dari keadaan yang sangat padat sehingga kepadatan dan suhu hampir tidak dapat dipahami, kosmos membentang, mendingin dengan cepat seiring berjalannya waktu. Ini bukan sekedar ekspansi demi ekspansi. Hal ini menciptakan kondisi agar materi akhirnya melampaui antimateri.
Kita melihat dominasi itu saat ini. Tapi itu tidak dijamin. Teori-teori menunjukkan bahwa asimetri ini terjadi pada saat-saat kekacauan pertama itu. Dan itu datang dengan hasil yang menarik. Proses yang sama yang lebih mengutamakan materi dibandingkan antimateri juga meramalkan hal yang sama sekali berbeda: peluruhan proton. Ini adalah prediksi yang belum kita lihat, tapi perhitungan kalkulasinya tetap berlaku.
Selama fase ini, kebun binatang partikel sudah penuh. Terlalu panas untuk struktur. Terlalu panas untuk menempel apa pun. Namun tunggu beberapa detik, dan suhu akan turun hingga inti dapat terbentuk. Nukleosintesis Big Bang. Ini adalah proses yang tepat. Matematika memprediksi rasio tertentu. Hidrogen. Helium. Litium.
Lihatlah langit hari ini. Jumlahnya cocok. Tepat. Ini bukanlah perkiraan kasar. Ada kesesuaian yang erat antara teori dan observasi. Ini adalah salah satu pilar model yang terkuat.
Tapi atom? Itu harus menunggu.
Selama sekitar satu juta tahun, alam semesta tetap berupa plasma berkabut. Partikel bermuatan menghamburkan cahaya ke segala arah. Tidak ada yang bisa bepergian dengan bebas. Kemudian, suhunya cukup dingin agar elektron dapat berikatan dengan inti. Atom terbentuk. Kabut menghilang. Cahaya, yang sebelumnya terperangkap, tiba-tiba bebas berkeliaran di kosmos.
Radiasi sisa inilah yang kita sebut sebagai latar belakang gelombang mikro kosmik. Ini adalah sisa-sisa dari Big Bang. Peninggalan dari awal waktu. Ini tidak hangat. Tidak terlalu. Itu dingin.
Penemuan Latar Belakang Gelombang Mikro
Secara teknis, suhunya 2,728 Kelvin. Tepat di atas nol mutlak. Namun selama beberapa dekade, hal ini hanya dikenal sebagai latar belakang “tiga derajat”. Label itu melekat. Begitulah cara kebanyakan orang menyebutnya, meskipun presisinya telah meningkat.
Ditemukan pada tahun 1965 oleh Arno Penzias dan Robert Wilson. Dua fisikawan Amerika. Mereka bahkan tidak mencarinya. Mereka bekerja dengan antena klakson, mencoba menghilangkan kebisingan. Mereka terus menemukan desisan yang terus-menerus ini. Mereka membersihkan antena. Mereka memeriksa kotoran merpati. Tidak ada yang berhasil. Kebisingan tetap ada.
Ternyata yang berbicara adalah alam semesta itu sendiri.
Penemuan ini membenarkan prediksi bahwa alam semesta awal meninggalkan jejak termal. Ini adalah cahaya tertua yang bisa kami deteksi. Potret alam semesta saat berusia sekitar 380.000 tahun. Sebelumnya, warnanya buram. Setelah itu menjadi transparan. Alam semesta terbuka.
Partikel Tersembunyi dan Peninggalan Masa Depan
Ceritanya tidak berakhir dengan foton. Model tersebut memprediksi lebih banyak hantu di dalam mesin. Neutrino. Partikel fundamental yang tidak bermassa. Tidak ada muatan listrik. Mereka berinteraksi sangat lemah sehingga miliaran mereka melewati Bumi setiap detik tanpa kita sadari.
Model Big Bang memperkirakan bahwa alam semesta akan dipenuhi dengan latar belakang neutrino kosmik. Peninggalan dari era yang sama dengan latar belakang gelombang mikro. Namun mendeteksinya sangatlah sulit. Mereka pingsan. Sukar dipahami.
Ada kemungkinan peninggalan lain juga ada. Kami tidak tahu apa lagi yang mungkin bersembunyi di kegelapan, menunggu
