Mengapa alam semesta mengembang dengan kecepatan yang semakin cepat, menyebarkan isinya ke dimensi ruang yang semakin besar? Solusi orisinal untuk teka-teki ini, tentu saja pertanyaan paling menarik dalam kosmologi modern, diajukan oleh empat fisikawan teoretis, Edward W. Kolb dari Laboratorium Akselerator Nasional Fermi National Departemen Energi AS, Chicago (AS): Sabino Matarrese dari University of Padova; Alessio Notari dari University of Montreal (Kanada); dan Antonio Riotto dari INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) dari Padova (Italia). Studi mereka diserahkan kemarin ke jurnal Physical Review Letters.
Lebih dari seratus tahun terakhir, perluasan alam semesta telah menjadi subjek diskusi yang penuh semangat, melibatkan pikiran paling cemerlang abad ini. Seperti orang-orang sezamannya, Albert Einstein awalnya berpikir bahwa alam semesta adalah statis: bahwa ia tidak mengembang atau menyusut. Ketika Teori Relativitas Umum miliknya dengan jelas menunjukkan bahwa alam semesta harus mengembang atau berkontraksi, Einstein memilih untuk memasukkan unsur baru ke dalam teorinya. "Konstanta kosmologis" -nya mewakili kepadatan massa ruang kosong yang mendorong alam semesta untuk mengembang dengan kecepatan yang terus meningkat.
Ketika pada 1929 Edwin Hubble membuktikan bahwa alam semesta sebenarnya mengembang, Einstein menolak konstanta kosmologisnya, menyebutnya “kesalahan terbesar dalam hidup saya.” Kemudian, hampir seabad kemudian, fisikawan membangkitkan konstanta kosmologis dalam varian yang disebut energi gelap. Pada 1998, pengamatan supernova yang sangat jauh menunjukkan bahwa alam semesta mengembang dengan kecepatan yang semakin cepat. Ekspansi yang semakin cepat ini tampaknya hanya dapat dijelaskan dengan kehadiran komponen baru alam semesta, "energi gelap," yang mewakili sekitar 70 persen dari total massa alam semesta. Dari yang lain, sekitar 25 persen tampaknya dalam bentuk komponen misterius lain, materi gelap; sementara hanya sekitar 5 persen yang terdiri dari materi biasa, quark, proton, neutron, dan elektron tempat kita dan galaksi dibuat.
“Hipotesis energi gelap sangat menarik,” jelas Antonio Riotto dari Padova, “tetapi di sisi lain itu merupakan masalah serius. Tidak ada model teoritis, bahkan yang paling modern, seperti supersimetri atau teori string, mampu menjelaskan keberadaan energi gelap misterius ini dalam jumlah yang diperlukan pengamatan kami. Jika energi gelap adalah ukuran yang diprediksi oleh teori-teori, alam semesta akan mengembang dengan kecepatan yang fantastis sehingga akan mencegah keberadaan segala sesuatu yang kita ketahui di alam semesta kita. ”
Jumlah energi gelap yang diperlukan begitu sulit untuk didamaikan dengan hukum alam yang diketahui sehingga fisikawan telah mengajukan segala macam penjelasan eksotis, termasuk kekuatan baru, dimensi baru ruangwaktu, dan partikel elementer ultralight baru. Namun, laporan baru tidak mengusulkan bahan baru untuk alam semesta, hanya kesadaran bahwa percepatan alam semesta saat ini adalah konsekuensi dari model kosmologis standar untuk alam semesta awal: inflasi.
"Solusi kami untuk paradoks yang ditimbulkan oleh alam semesta yang semakin cepat," kata Riotto, "bergantung pada apa yang disebut teori inflasi, lahir pada tahun 1981. Menurut teori ini, dalam sepersekian detik sedetik setelah Big Bang, alam semesta mengalami ekspansi yang sangat cepat. Ini menjelaskan mengapa alam semesta kita tampaknya sangat homogen. Baru-baru ini, eksperimen Boomerang dan WMAP, yang mengukur fluktuasi kecil pada radiasi latar yang berasal dari Big Bang, mengkonfirmasi teori inflasi.
Dipercaya secara luas bahwa selama ekspansi inflasi di awal sejarah alam semesta, dihasilkan riak-riak kecil dalam ruangwaktu, sebagaimana diprediksi oleh teori Relativitas Umum Einstein. Riak-riak ini membentang oleh perluasan alam semesta dan hari ini jauh melampaui cakrawala kosmik kita, yaitu lebih dari satu wilayah yang jauh lebih besar daripada alam semesta yang dapat diamati, berjarak sekitar 15 miliar tahun cahaya. Dalam makalah mereka saat ini, para penulis mengusulkan bahwa evolusi riak kosmik inilah yang meningkatkan ekspansi alam semesta yang diamati dan menjelaskan akselerasinya.
"Kami menyadari bahwa Anda hanya perlu menambahkan bahan utama baru ini, riak-riak ruangwaktu yang dihasilkan selama zaman inflasi, ke Relativitas Umum Einstein untuk menjelaskan mengapa alam semesta mengalami percepatan saat ini," kata Riotto. “Tampaknya solusi untuk teka-teki akselerasi melibatkan alam semesta di luar cakrawala kosmik kita. Tidak diperlukan energi gelap yang misterius. ”
Fermilab's Kolb menyebut proposal penulis penjelasan paling konservatif untuk percepatan alam semesta. "Ini hanya membutuhkan penghitungan yang tepat dari efek fisik dari riak di luar cakrawala kosmik kita," katanya.
Data dari eksperimen yang akan datang akan memungkinkan kosmologis untuk menguji proposal. "Apakah Einstein benar ketika pertama kali memperkenalkan konstanta kosmologis, atau apakah dia benar ketika kemudian membantah gagasan itu, akan segera diuji oleh putaran baru pengamatan kosmologis presisi," kata Kolb. "Data baru akan segera memungkinkan kami untuk membedakan antara penjelasan kami untuk percepatan ekspansi alam semesta dan solusi energi gelap."
INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), institut fisika nuklir nasional Italia, mendukung, mengoordinasi, dan melakukan penelitian ilmiah dalam fisika subnuklir, nuklir, dan astropartikel serta terlibat dalam pengembangan teknologi yang relevan.
Fermilab, di Batavia, Illinois, AS, dioperasikan oleh Universitas Research Association, Inc. untuk Kantor Ilmu Pengetahuan Departemen Energi, yang mendanai penelitian lanjutan dalam fisika partikel dan kosmologi.
Sumber Asli: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
