Pandangan perbedaan suhu dalam latar belakang gelombang mikro kosmik, yang dihasilkan ketika galaksi berusia kurang dari 400.000 tahun, dibuat dari sembilan tahun pengamatan dari Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP).
(Gambar: © NASA)
Paul Sutter adalah seorang astrofisika di The Ohio State University dan kepala ilmuwan di pusat sains COSI. Sutter juga pembawa acara "Ask a Spaceman", "Space Radio," dan memimpin AstroTours di seluruh dunia. Sutter menyumbangkan artikel ini untuk Suara Ahli Space.com: Op-Ed & Insights.
Model Big Bang adalah penjelasan kami yang paling sukses untuk sejarah alam semesta tempat kita hidup, dan sangat mudah untuk merangkum kerangka intinya dalam satu kalimat tunggal, T-shirtable: Dahulu kala, alam semesta kita jauh lebih kecil. Dari pernyataan sederhana ini mengalir prediksi-prediksi utama yang dapat diuji yang telah diverifikasi oleh pengamatan selama beberapa dekade. Tingkat ekspansi alam semesta. Latar belakang gelombang mikro kosmik. Produksi elemen paling ringan. Perbedaan antara galaksi dekat dan jauh. Semua bukti menarik yang membuat kosmologi menjadi ilmu.
Tetapi ada beberapa masalah. [Semesta: Ledakan Besar Sekarang dalam 10 Langkah Mudah]
Model Big Bang "vanilla", tanpa tambahan atau amandemen lainnya, tidak dapat menjelaskan semua pengamatan.
(VideoProviderTag | jwplayer | uQ0wgEwg | 100% | 100%))
Mata di cakrawala
Kita bisa melihat volume ruang mentah yang luar biasa. Alam semesta kita yang dapat diamati memiliki diameter lebih dari 90 miliar tahun cahaya. Dan semakin jauh kita melihat lebih dalam ke masa lalu yang kita tinjau. Yang mengelilingi kita adalah latar belakang gelombang mikro kosmik, cahaya fosil sisa yang dilepaskan ketika alam semesta baru lahir - hanya 270.000 tahun, jauh lebih dari 13,8 miliar tahun di masa lalu.
Cahaya itu datang kepada kita dari jangkauan jauh kosmos, begitu jauh sehingga sekarang tidak dapat diakses oleh kita. Dan bagian-bagian berbeda dari cahaya latar belakang tidak dapat diakses satu sama lain. Dalam jargon fisika yang indah, wilayah latar belakang gelombang mikro kosmik tidak terhubung secara kausal. Dengan kata lain, untuk satu kepingan batas alam semesta kita yang dapat diamati untuk berkomunikasi dengan kepingan lain dalam 13,8 miliar tahun terakhir, mereka harus mengirim sinyal lebih cepat daripada kecepatan cahaya.
Yang tidak akan menjadi masalah besar jika latar belakang gelombang mikro kosmik tidak sepenuhnya mulus. Bayi alam semesta memiliki suhu yang sama dengan satu bagian dalam sejuta. Bagaimana semua orang bisa terkoordinasi dengan baik ketika perubahan di satu area tidak punya cukup waktu untuk memengaruhi yang lain?
Lurus dan sempit
Sebaik yang dapat kita ukur, geometri alam semesta kita tampak benar-benar datar, benar-benar membosankan. Pada skala kosmik yang besar, garis paralel tetap paralel selamanya, sudut interior segitiga bertambah hingga 180 derajat, dan seterusnya. Semua aturan geometri Euclidean yang Anda pelajari di sekolah menengah berlaku.
Tetapi tidak ada alasan untuk alam semesta kita menjadi datar. Pada skala besar itu bisa memiliki kelengkungan yang diinginkannya. Kosmos kita bisa saja berbentuk seperti bola pantai raksasa, multidimensi, atau pelana berkuda. Tapi, tidak, itu datar. Dan tidak hanya sedikit mendatar. Bagi kita untuk mengukur tidak ada lengkungan hingga ketelitian beberapa persen di alam semesta saat ini, kosmos muda pasti datar untuk satu bagian dalam sejuta.
Mengapa? Dari semua pilihan yang mungkin untuk kelengkungan, bukankah hampir sempurna rata tampak sedikit mencurigakan? Dan memang, kami curiga ada alasan untuk kerataan, dan itu bukan hanya keberuntungan.
Hanya satu tiang
Monopole magnetik adalah binatang teoretis; fraktur dalam ruang-waktu itu sendiri yang hanya menunjukkan salah satu kutub magnet - bayangkan partikel kutub utara atau selatan berkeliaran dalam kesepiannya. (Dalam materi seperti yang kita ketahui, sebuah objek dengan magnet utara juga akan memiliki magnet selatan di ujung lainnya.) Menurut model terbaik kami tentang alam semesta yang sangat awal (seperti ketika berusia sekitar 10 ^ -35 detik, dan tidak, itu bukan kesalahan ketik) proses eksotis seharusnya benar-benar membanjiri kosmos kita dengan nasties ini.
Monopole ini harus sangat umum sehingga akan menjadi bagian normal dari kehidupan kosmologis kita sehari-hari. Namun, kami belum melihat bukti untuk satu pun. Nol. Zilch. Tidak ada monster monopole yang tampak bersembunyi di perairan payau di alam semesta yang gelap.
Jadi kemana mereka pergi? Mereka seharusnya dibuat dalam kelimpahan tepat saat alam semesta kita semakin menarik, tetapi mereka tidak dapat ditemukan.
Jadikan itu besar
Solusi terbaik yang kami miliki untuk teka-teki ini adalah proses yang disebut inflasi. Ide itu pertama kali diusulkan - dan diciptakan! - oleh fisikawan Alan Guth pada 1980 ketika dia menyarankan bahwa proses eksotis yang sama yang membanjiri alam semesta dengan monopole magnetik bisa mengirim kosmos ke periode ekspansi yang sangat cepat.
Bayangkan jika saya menggelembungkan Anda - tubuh Anda, nyali, otak, kerangka, seluruh kesepakatan - hingga seukuran seluruh alam semesta kita yang dapat diamati. Dan bayangkan saya butuh waktu kurang dari 10 ^ -32 detik untuk melakukannya. Itu beberapa ekspansi serius, dan tepatnya apa yang kami maksud dengan inflasi. Ketika alam semesta kita sangat muda, Guth mengusulkan, itu meningkat untuk skala raksasa seperti itu dalam waktu kurang dari sekejap mata.
Bagi Guth, itu adalah rute terbersih untuk menyelesaikan masalah monopole. Dengan membuat alam semesta jadi sialan besar, monopole mudah diencerkan. Bidang alam semesta kita yang dapat diamati hanyalah satu sudut kecil dari seluruh shebang, dan ada begitu banyak volume di luar sana sehingga kita seharusnya tidak berharap untuk menemukan monopole, seperti, sebelumnya.
Era inflasi ini juga memecahkan dua kekurangan lain dari Big Bang vanilla. Alam semesta pra-inflasi punya banyak waktu untuk mengoordinasikan dan menyetarakan suhu sebelum berubah menjadi negara yang jauh lebih besar, melemparkan daerah-daerah yang dulu terhubung di luar kontak lebih lanjut. Dan dalam kosmos yang sangat besar, kami tidak bisa tidak mengukur geometri datar di bidang yang dapat diamati. Siapa yang peduli apa kelengkungan seluruh alam semesta - sangat besar sehingga akan tampak datar bagi kita. Bumi melengkung, tetapi halaman belakang saya bagus dan datar, karena jauh lebih kecil dari permukaan planet kita. Cukup terapkan logika yang sama untuk skala kosmologis dan Anda adalah emas.
Namun, mekanisme yang mendasari inflasi masih kurang dipahami, dan untuk dianggap sebagai teori ilmiah yang setengah jalan, tidak bisa hanya menjelaskan pengamatan saat ini tetapi membuat prediksi untuk yang akan datang.
Dan itu akan menjadi cerita untuk hari lain.
Pelajari lebih lanjut dengan mendengarkan episode "Mengapa kita membutuhkan inflasi kosmik? (Bagian 2)" di podcast Ask a Spaceman, tersedia di iTunes dan di web di http://www.askaspaceman.com. Terima kasih kepada Massimiliano S., Lorenzo B., @ZachCoty, Pete E., Christian W., @up_raw, Vicki K., Thomas, Banda C., Steve S., Evan W., Andrew P., @MarkRiepe, @ Luft08, @kazoukis, Gordon M., Jim W., Cosmic Wakes, Floren H., Gabi P., Amanda Z., dan @scaredjackel untuk pertanyaan yang mengarah ke bagian ini! Ajukan pertanyaan Anda sendiri di Twitter menggunakan #AskASpaceman atau dengan mengikuti Paul @PaulMattSutter dan facebook.com/PaulMattSutter. Ikuti kami di Twitter @Spacedotcom dan di Facebook. Artikel asli di Space.com.
