Pengantar
Sekitar 13,8 miliar tahun yang lalu, alam semesta seperti yang kita kenal dimulai. Momen ini, dikenal sebagai Big Bang, adalah ketika ruang itu sendiri dengan cepat mulai mengembang. Pada saat Big Bang, alam semesta yang dapat diamati (termasuk bahan-bahan untuk setidaknya 2 triliun galaksi), masuk ke dalam ruang yang lebarnya kurang dari satu sentimeter. Sekarang, alam semesta yang dapat diamati adalah 93 miliar tahun cahaya dan masih terus berkembang.
Ada banyak pertanyaan tentang Big Bang, terutama tentang apa yang terjadi sebelum itu (jika ada). Tetapi para ilmuwan mengetahui beberapa hal. Baca terus untuk beberapa penemuan yang paling mengejutkan tentang awal dari segalanya.
Alam semesta mengembang
Sampai 1929, asal mula alam semesta diselimuti seluruhnya dalam mitos dan teori. Tetapi pada tahun itu, seorang astronom yang giat bernama Edwin Hubble menemukan sesuatu yang sangat penting tentang alam semesta, sesuatu yang akan membuka cara baru untuk memahami masa lalunya: Semuanya berkembang.
Hubble membuat penemuannya dengan mengukur sesuatu yang disebut pergeseran merah, yang merupakan pergeseran ke arah panjang gelombang cahaya merah yang terlihat di galaksi yang sangat jauh. (Semakin jauh objek, semakin jelas pergeseran merah.) Hubble menemukan bahwa pergeseran merah meningkat secara linear dengan jarak di galaksi jauh, yang menunjukkan bahwa alam semesta tidak stasioner. Ini berkembang, di mana-mana, sekaligus.
Hubble dapat menghitung laju ekspansi ini, sebuah angka yang dikenal sebagai Konstan Hubble, menurut NASA. Penemuan inilah yang memungkinkan para ilmuwan untuk meramalkan kembali dan berteori bahwa alam semesta pernah dikemas menjadi titik kecil. Mereka menyebut momen pertama ekspansi Big Bang.
Radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik
Pada Mei 1964, Arno Penzias dan Robert Wilson, peneliti di Bell Telephone Laboratories, sedang bekerja membangun penerima radio baru di New Jersey. Antena mereka terus menerima dengungan aneh yang sepertinya datang dari mana-mana, sepanjang waktu. Mereka mengira itu mungkin merpati di dalam peralatan, tetapi memindahkan sarang tidak melakukan apa-apa. Tidak ada upaya mereka yang lain untuk mengurangi gangguan. Akhirnya, mereka menyadari bahwa mereka mengambil sesuatu yang nyata.
Apa yang mereka deteksi, ternyata, adalah cahaya pertama dari alam semesta: radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik. Radiasi ini dimulai sekitar 380.000 tahun setelah Big Bang, ketika alam semesta akhirnya cukup dingin untuk foton (partikel seperti gelombang yang membentuk cahaya) untuk bepergian dengan bebas. Penemuan ini memberikan dukungan pada teori Dentuman Besar dan gagasan bahwa alam semesta mengembang lebih cepat daripada kecepatan cahaya dalam sekejap pertamanya. (Itu karena latar belakang kosmik yang cukup seragam, menunjukkan ekspansi yang mulus dari semuanya sekaligus dari titik kecil.)
Peta langit
Penemuan latar belakang gelombang mikro kosmik membuka jendela ke asal usul alam semesta. Pada tahun 1989, NASA meluncurkan satelit yang disebut Cosmic Background Explorer (COBE), yang mengukur variasi kecil dalam radiasi latar. Hasilnya adalah "gambar bayi" dari alam semesta, menurut NASA, yang menunjukkan beberapa variasi kepadatan pertama di alam semesta yang mengembang. Variasi kecil ini mungkin memunculkan pola galaksi dan ruang kosong, yang dikenal sebagai jaring kosmik galaksi, yang kita lihat di alam semesta saat ini.
Bukti langsung inflasi
Latar belakang gelombang mikro kosmik juga memungkinkan para peneliti untuk menemukan "senjata merokok" untuk inflasi - ekspansi besar-besaran yang lebih cepat dari cahaya yang terjadi di Big Bang. (Meskipun teori relativitas khusus Einstein menyatakan bahwa tidak ada yang lebih cepat daripada cahaya melalui ruang, ini bukan pelanggaran; ruang itu sendiri berkembang.) Pada tahun 2016, fisikawan mengumumkan bahwa mereka telah mendeteksi jenis polarisasi tertentu, atau arah, di beberapa latar belakang gelombang mikro kosmik. Polarisasi ini dikenal sebagai "B-mode." Polarisasi mode-B adalah bukti langsung pertama dari gelombang gravitasi dari Dentuman Besar. Gelombang gravitasi diciptakan ketika benda-benda besar di ruang angkasa mempercepat atau memperlambat (yang pertama kali ditemukan berasal dari tabrakan dua lubang hitam). B-mode menyediakan cara baru untuk secara langsung menyelidiki ekspansi alam semesta awal - dan mungkin untuk mencari tahu apa yang mendorongnya.
Sejauh ini tidak ada dimensi ekstra
Salah satu konsekuensi dari penemuan gelombang gravitasi adalah bahwa hal itu memungkinkan para ilmuwan untuk mencari dimensi tambahan, di luar tiga yang biasa. Menurut ahli teori, gelombang gravitasi harus dapat menyeberang ke dimensi yang tidak diketahui, jika dimensi itu ada. Pada Oktober 2017, para ilmuwan mendeteksi gelombang gravitasi dari tabrakan dua bintang neutron. Mereka mengukur waktu yang dibutuhkan gelombang untuk melakukan perjalanan dari bintang-bintang ke Bumi, dan tidak menemukan bukti adanya kebocoran ekstra-dimensi.
Hasilnya, yang diterbitkan pada Juli 2018 dalam Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, menunjukkan bahwa jika ada dimensi lain di luar sana, mereka kecil - mereka akan memengaruhi area alam semesta yang berukuran kurang dari 1 mil (1,6 kilometer). Itu berarti bahwa teori string, yang menyatakan bahwa alam semesta terbuat dari string bergetar kecil dan memprediksi setidaknya 10 dimensi kekanak-kanakan, masih bisa benar.
Percepatan ekspansi ...
Salah satu penemuan teraneh dalam fisika adalah bahwa alam semesta tidak hanya berkembang, ia juga berkembang dengan kecepatan yang semakin cepat.
Penemuan ini dimulai pada tahun 1998, ketika fisikawan mengumumkan hasil beberapa proyek jangka panjang yang mengukur supernova yang sangat berat yang disebut supernova Tipe Ia. Hasil (yang memenangkan peneliti Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt dan Adam G. Reiss a Nobel Prize pada 2011), mengungkapkan cahaya yang lebih lemah dari perkiraan dari supernova paling jauh ini. Cahaya lemah ini menunjukkan bahwa ruang itu sendiri mengembang: Segala sesuatu di alam semesta secara bertahap semakin menjauh dari yang lainnya.
Para ilmuwan menyebut pendorong ekspansi ini "energi gelap," sebuah mesin misterius yang dapat membentuk sekitar 68% energi di alam semesta. Energi gelap ini tampaknya sangat penting untuk membuat teori-teori permulaan alam semesta yang sesuai dengan pengamatan yang sedang dilakukan sekarang, seperti yang dibuat oleh NASA Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), sebuah instrumen yang telah menghasilkan peta kosmik paling tepat latar belakang gelombang mikro.
... Bahkan lebih cepat dari yang diharapkan
Hasil baru dari Teleskop Hubble, dirilis pada April 2019, telah memperdalam teka-teki dari alam semesta yang mengembang. Pengukuran dari teleskop ruang angkasa menunjukkan bahwa ekspansi alam semesta adalah 9% lebih cepat dari yang diharapkan dari pengamatan sebelumnya. Untuk galaksi, setiap jarak 3,3 juta tahun cahaya dari Bumi diterjemahkan menjadi 46 mil per detik tambahan (74 km per detik) lebih cepat dari perkiraan sebelumnya, menurut NASA.
Mengapa ini penting bagi asal usul alam semesta? Karena fisikawan pasti kehilangan sesuatu. Menurut NASA, mungkin ada tiga "ledakan" energi gelap yang terpisah selama Big Bang dan tak lama kemudian. Semburan itu mengatur panggung untuk apa yang kita lihat hari ini. Yang pertama mungkin telah memulai ekspansi awal; yang kedua mungkin terjadi jauh lebih cepat, bertindak seperti kaki yang berat menekan pedal gas alam semesta, menyebabkan alam semesta mengembang lebih cepat daripada yang diyakini sebelumnya. Ledakan energi gelap terakhir dapat menjelaskan percepatan perluasan alam semesta saat ini.
Tidak ada yang terbukti - belum. Tetapi para ilmuwan sedang mencari. Para peneliti di Universitas Texas di Austin McDonald Observatory menggunakan instrumen yang baru saja ditingkatkan, Hobby-Eberly Telescope, untuk mencari energi gelap secara langsung. Proyek, Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment (HETDEX), mengukur cahaya redup dari galaksi sejauh 11 miliar tahun cahaya, yang akan memungkinkan para peneliti untuk melihat perubahan percepatan alam semesta dari waktu ke waktu. Mereka juga akan mempelajari gema gangguan di alam semesta berusia 400.000 tahun, yang diciptakan dalam sup padat partikel yang membentuk segalanya tepat setelah Big Bang. Ini, juga, akan mengungkapkan misteri ekspansi dan menjelaskan energi gelap yang mendorongnya.
