Alam semesta adalah laut yang tampaknya tak berujung yang dipenuhi bintang, galaksi, dan nebula. Di dalamnya, kita melihat pola dan rasi bintang yang telah menginspirasi cerita sepanjang sejarah. Tetapi ada satu pola kosmik yang masih belum kita pahami. Sebuah pertanyaan yang masih belum terjawab: Bagaimana bentuk alam semesta? Kami pikir kami tahu, tetapi penelitian baru menunjukkan sebaliknya, dan itu bisa mengarah pada krisis dalam kosmologi.
Banyak astronom awal berpendapat bahwa alam semesta adalah bola bintang, yang melapisi tata surya dan berpusat pada Bumi yang tetap dan tidak bergerak. Tetapi selama berabad-abad para astronom menemukan bahwa Matahari kita hanyalah salah satu dari miliaran di dalam galaksi, dan ada banyak galaksi yang tersebar di miliaran tahun cahaya ruang angkasa. Pertanyaan tentang bentuk penciptaan sepertinya menjadi titik perdebatan. Bintang dan galaksi ada di ruang kosong. Apa yang bisa menjadi ruang kecuali kanvas kosong: datar, Euclidian, dan tanpa struktur.
Kemudian pada awal 1900-an, Albert Einstein mengembangkan teorinya tentang relativitas umum. Di dalamnya, ruang bukan kanvas kosong. Itu bisa menekuk dan meregangkan, memelintir dan mengubah bentuk, berdasarkan posisi dan gerakan massa di alam semesta. Deformasi spasial ini membelokkan cahaya dan materi, menyebabkan efek yang kita sebut gravitasi. Dengan relativitas, ruang dapat mengambil bentuk yang berbeda. Adalah mungkin bahwa alam semesta dapat memiliki bentuk kosmik keseluruhan, sama seperti Bumi, pada keseluruhannya, bulat.
Secara luas, relativitas umum akan memungkinkan alam semesta memiliki salah satu dari tiga bentuk: datar, tertutup, atau terbuka.
Flat adalah cara kita memikirkan ruang dalam kehidupan kita sehari-hari. Ini adalah ruang Euclidean yang kita pelajari di sekolah. Ruang datar memanjang secara merata ke segala arah, dan dua sinar cahaya paralel akan selamanya paralel.
Ruang terbuka bisa dibayangkan berbentuk sadel. Itu membungkuk sedemikian rupa sehingga menyimpang saat Anda memperluas ke luar. Dua sinar cahaya yang semula paralel akan berangsur-angsur menyebar, berpaling sedikit dari satu sama lain saat mereka melintasi kosmos.
Ruang tertutup umumnya berbentuk bola. Ia menyatu saat memanjang, sehingga berkas cahaya paralel pada akhirnya akan bertemu dan saling silang, seperti garis bujur di Bumi.
Harus disebutkan bahwa tidak satu pun dari ini harus berurusan dengan fakta bahwa alam semesta secara keseluruhan berkembang. Ekspansi kosmis berarti bahwa titik-titik di ruang menyebar terpisah dari waktu ke waktu. Bentuk alam semesta berhubungan dengan bentuk ruang. Balon berbentuk bola dapat mengembang saat dipompa, seperti halnya lembaran karet datar dapat diregangkan dan tetap rata. Jadi alam semesta kita yang mengembang bisa menjadi datar, terbuka, atau tertutup.
Karena kelengkungan ruang dipengaruhi oleh keberadaan massa, bentuk keseluruhan alam semesta bergantung pada kerapatan rata-rata materi di dalamnya. Dalam relativitas umum, nilai ini diberikan oleh parameter kerapatan, yang merupakan rasio kerapatan yang diamati dengan "kerapatan kritis" yang diperlukan agar alam semesta menjadi datar. Jika parameter kepadatan adalah 1, maka alam semesta itu datar. Jika lebih besar dari 1 ditutup, dan terbuka jika parameter kerapatan kurang dari 1. Pengukuran kerapatan kosmik secara konsisten memberikan nilai 1. Untuk batas pengamatan, alam semesta datar, seperti yang telah lama kita duga .
Tetapi ada cara lain untuk mengukur bentuk kosmos, dan itu adalah dengan melihat ukuran nyata dari objek yang sangat jauh. Semuanya kembali pada perilaku sinar paralel. Di alam semesta yang datar, garis paralel tetap paralel, sehingga cahaya yang datang dari dua sisi galaksi jauh mencapai kita dalam garis lurus. Sudut mereka relatif terhadap satu sama lain tetap sama, dan galaksi muncul sebagai ukuran sebenarnya.
Jika alam semesta terbuka, garis paralel akan berbeda dengan jarak. Jadi cahaya dari galaksi kita yang jauh menjadi lebih paralel saat mencapai kita. Ini berarti galaksi akan tampak lebih kecil dari itu. Jika alam semesta tertutup, tekukan cahaya yang berlawanan terjadi, dan galaksi akan tampak lebih besar dari itu.
Dalam sebuah makalah baru yang diterbitkan di Alam, sebuah tim tidak memandang galaksi, melainkan fluktuasi dalam Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik (CMB). Itu CMB adalah cahaya sisa dari big bang, dan itu adalah cahaya paling jauh yang bisa kita lihat di alam semesta. Karena ini, itu adalah cahaya yang paling dipengaruhi oleh bentuk alam semesta. Skala fluktuasi dalam CMB ditentukan oleh jumlah materi gelap dan energi gelap di alam semesta, yang kita tahu, jadi kita tahu seberapa besar fluktuasi akan muncul. Ketika tim menganalisis CMB data dari pesawat ruang angkasa Plank, mereka menemukan fluktuasi lebih besar dari yang diharapkan. Ini berarti bahwa dalam kepastian 99% alam semesta tertutup, bukan datar.
Penelitian baru ini bertentangan dengan banyak penelitian sebelumnya yang menunjukkan bahwa alam semesta itu datar. Mungkin ada beberapa kesalahan sistematis dalam data Planck yang membuat alam semesta terlihat melengkung, tetapi jika penelitian ini akurat, ini menunjukkan adanya kesenjangan dalam pemahaman kita. Untuk saat ini, bentuk alam semesta tidak jelas.
Sumber: Bukti Planck untuk Semesta yang tertutup dan kemungkinan krisis untuk kosmologi, oleh Di Valentino, E., dkk.
