Pada awalnya, Semesta berkembang sangat, sangat cepat.
(Gambar: © Flickr / Jamie, CC BY-SA)
Paul Sutter adalah seorang astrofisika di The Ohio State University dan kepala ilmuwan di pusat sains COSI. Sutter juga menjadi pembawa acara Ask a Spaceman dan Space Radio, dan memimpinAstroTours di seluruh dunia. Sutter menyumbangkan artikel ini untuk Suara Ahli Space.com: Op-Ed & Insights.
Pada 13,8 miliar tahun yang lalu, seluruh alam semesta kita yang dapat diamati adalah seukuran buah persik dan memiliki suhu lebih dari satu triliun derajat.
Itu pernyataan yang cukup sederhana, tetapi sangat berani untuk dibuat, dan itu bukan pernyataan yang dibuat ringan atau mudah. Memang, bahkan seratus tahun yang lalu, itu akan terdengar sangat tidak masuk akal, tetapi di sinilah kita, mengatakan bahwa itu bukan masalah besar. Tetapi seperti halnya dengan apa pun dalam sains, pernyataan sederhana seperti ini dibangun dari gunung-gunung dari berbagai garis bukti independen yang semuanya mengarah pada kesimpulan yang sama - dalam kasus ini, Big Bang, model kita tentang sejarah alam semesta kita. [Semesta: Ledakan Besar Sekarang dalam 10 Langkah Mudah]
Tapi, seperti kata mereka, jangan menerima kata-kata saya untuk itu. Berikut lima bukti untuk Big Bang:
# 1: Langit malam gelap
Bayangkan sejenak bahwa kita hidup di alam semesta tanpa batas sempurna, baik dalam waktu maupun ruang. Koleksi bintang-bintang yang berkilauan berlangsung selamanya di setiap arah, dan alam semesta selalu dan akan selalu ada. Itu berarti ke mana pun Anda memandang ke langit - pilih saja arah dan tatapan acak - Anda pasti akan menemukan bintang di luar sana, di suatu tempat, agak jauh. Itulah hasil yang tak terelakkan dari alam semesta yang tak terbatas.
Dan jika alam semesta yang sama telah ada selamanya, maka ada banyak waktu untuk cahaya dari bintang itu, merangkak melalui kosmos pada kecepatan c yang relatif lambat, untuk mencapai bola mata Anda. Bahkan kehadiran debu yang mengintervensi tidak akan mengurangi akumulasi cahaya dari infinity bintang yang tersebar di sebuah kosmos yang sangat besar.
Ergo, langit harus menyala dengan cahaya gabungan dari banyak bintang. Sebaliknya, sebagian besar kegelapan. Kekosongan. Kosong. Kegelapan. Anda tahu, ruang.
Fisikawan Jerman Heinrich Olbers mungkin bukan orang pertama yang mencatat paradoks yang tampak ini, tetapi namanya tetap melekat pada gagasan: Ia dikenal sebagai paradoks Olbers. Resolusi sederhana? Entah alam semesta tidak dalam ukuran tak terbatas atau tidak terbatas dalam waktu. Atau mungkin keduanya.
# 2: Quasar ada
Segera setelah para peneliti mengembangkan teleskop radio yang sensitif, pada 1950-an dan 60-an, mereka melihat sumber radio yang sangat keras di langit. Melalui sleuthing astronomi yang signifikan, para ilmuwan menentukan bahwa sumber-sumber radio semu-bintang ini, atau "quasar," adalah sangat jauh tetapi sangat terang, galaksi aktif.
Yang paling penting untuk diskusi ini adalah bagian "sangat jauh" dari kesimpulan itu.
Karena cahaya membutuhkan waktu untuk melakukan perjalanan dari satu tempat ke tempat lain, kita tidak melihat bintang dan galaksi seperti sekarang, tetapi karena mereka ribuan, jutaan atau miliaran tahun yang lalu. Itu berarti bahwa melihat lebih dalam ke alam semesta juga melihat lebih dalam ke masa lalu. Kita melihat banyak quasar di kosmos yang jauh, yang berarti benda-benda ini sangat umum miliaran tahun yang lalu. Tetapi hampir tidak ada quasar di lingkungan lokal kami yang terkini. Dan mereka cukup umum di alam semesta yang jauh (yaitu, muda) sehingga kita harus melihat lebih banyak di sekitar kita.
Kesimpulan sederhana: Alam semesta berbeda di masa lalu daripada sekarang.
# 3: Semakin besar
Kita hidup di alam semesta yang mengembang. Rata-rata, galaksi semakin jauh dari semua galaksi lainnya. Tentu, beberapa tabrakan lokal kecil terjadi dari interaksi gravitasi yang tersisa, seperti bagaimana Bima Sakti akan bertabrakan dengan Andromeda dalam beberapa miliar tahun. Tetapi pada skala besar, hubungan yang sederhana dan ekspansif ini berlaku. Inilah yang ditemukan astronom Edwin Hubble pada awal abad ke-20, segera setelah menemukan bahwa "galaksi" sebenarnya adalah benda. [Kecelakaan Head-On Galaxy Bima Sakti dengan Andromeda: Artis Gambar]
Di alam semesta yang mengembang, aturannya sederhana. Setiap galaksi surut dari (hampir) setiap galaksi lainnya. Cahaya dari galaksi yang jauh akan mengalami pergeseran merah - panjang gelombang cahaya yang dilepaskan akan menjadi lebih lama, dan karenanya lebih merah, dari perspektif galaksi lain. Anda mungkin tergoda untuk berpikir bahwa ini disebabkan oleh pergerakan galaksi-galaksi individual yang melaju di sekitar alam semesta, tetapi perhitungannya tidak bertambah.
Jumlah pergeseran merah untuk galaksi tertentu terkait dengan seberapa jauh jaraknya. Galaksi yang lebih dekat akan mengalami pergeseran merah dalam jumlah tertentu. Galaksi dua kali lebih jauh akan mendapatkan pergeseran merah dua kali lipat. Empat kali jaraknya? Benar, empat kali pergeseran merah. Untuk menjelaskan ini hanya dengan galaksi-galaksi yang berputar-putar, harus ada konspirasi yang benar-benar aneh di mana semua penduduk galaksi di alam semesta sepakat untuk bergerak dalam pola yang sangat spesifik ini.
Alih-alih, ada penjelasan yang jauh lebih sederhana: Gerakan galaksi disebabkan oleh peregangan ruang antara galaksi-galaksi itu.
Kita hidup di alam semesta yang dinamis dan berkembang. Itu lebih kecil di masa lalu dan akan lebih besar di masa depan.
# 4: Radiasi peninggalan
Ayo main game. Asumsikan alam semesta lebih kecil di masa lalu. Itu berarti akan lebih padat dan lebih panas, bukan? Benar - semua konten kosmos akan dibundel dalam ruang yang lebih kecil, dan kepadatan yang lebih tinggi berarti suhu yang lebih tinggi.
Pada titik tertentu, ketika alam semesta, katakanlah, satu juta kali lebih kecil dari sekarang, semuanya akan hancur lebur menjadi plasma. Dalam keadaan itu, elektron tidak akan terikat dari host nuklirnya dan bebas untuk berenang, semua hal itu bermandikan radiasi energi tinggi yang intens.
Tetapi ketika alam semesta bayi meluas, ia akan mendingin ke suatu titik di mana, tiba-tiba, elektron dapat mengendap dengan nyaman di sekitar inti atom, membuat atom hidrogen dan helium lengkap pertama. Pada saat itu, radiasi intens yang gila akan berkeliaran tanpa hambatan melalui alam semesta yang baru tipis dan transparan. Dan ketika alam semesta itu mengembang, cahaya yang dimulai secara harfiah putih-panas akan mendingin, dingin, mendingin hingga beberapa derajat di atas nol mutlak, menempatkan panjang gelombang dengan kuat dalam rentang gelombang mikro.
Dan ketika kita mengarahkan teleskop gelombang mikro kita ke langit, apa yang kita lihat? Mandi radiasi latar, mengelilingi kita di semua sisi dan hampir seragam sempurna (ke satu bagian dalam 100.000!) Di semua arah. Gambar bayi alam semesta. Kartu pos dari era yang sudah lama mati. Cahaya dari zaman hampir setua alam semesta itu sendiri.
# 5: Itu elemen
Dorong kembali jam lebih jauh dari pembentukan latar belakang gelombang mikro kosmik, dan pada titik tertentu, semuanya sangat intens, sangat gila bahkan tidak ada proton dan neutron. Itu hanya sup dari bagian fundamental mereka, quark dan gluon. Tetapi sekali lagi, ketika alam semesta mengembang dan mendingin dari hingar bingar beberapa menit pertama keberadaannya, inti paling ringan, seperti hidrogen dan helium, membeku dan terbentuk.
Kami memiliki pegangan yang cukup baik pada fisika nuklir saat ini, dan kami dapat menggunakan pengetahuan itu untuk memprediksi jumlah relatif unsur-unsur paling ringan di alam semesta kita. Prediksi: Sup yang mengental itu seharusnya menghasilkan sekitar tiga perempat hidrogen, seperempat helium, dan sekumpulan "yang lain".
Tantangan kemudian pergi ke para astronom, dan apa yang mereka temukan? Sebuah alam semesta yang terdiri dari, kira-kira, tiga perempat hidrogen, seperempat helium dan persentase lebih kecil dari "yang lain". Bingo.
Ada lebih banyak bukti juga, tentu saja. Tetapi ini hanyalah titik awal untuk gambaran kosmos Big Bang modern kita. Beragam bukti independen semuanya menunjuk pada kesimpulan yang sama: Alam semesta kita berusia sekitar 13,8 miliar tahun, dan pada suatu waktu, itu adalah ukuran buah persik dan memiliki suhu lebih dari satu triliun derajat.
Pelajari lebih lanjut dengan mendengarkan episode "Apa yang terjadi ketika galaksi bertabrakan?" di podcast Ask A Spaceman, tersedia di iTunes dan di Web di http://www.askaspaceman.com. Terima kasih kepada Mike D., Tripp B., Sedas S., Isla, dan Patrick D. 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 @Spacedotcom, Facebook, dan Google+. Artikel asli di Space.com.
