Teori Big Bang mewakili upaya kosmologis terbaik untuk merekonstruksi kisah alam semesta sepanjang 14 miliar tahun berdasarkan sepotong keberadaan yang terlihat saat ini.
Orang yang berbeda menggunakan istilah "Big Bang" dengan cara yang berbeda. Paling umum, ini menggambarkan busur alam semesta yang dapat diamati saat menipis dan mendingin dari keadaan panas yang awalnya padat. Deskripsi ini bermuara pada gagasan bahwa kosmos berkembang, sebuah prinsip luas analog dengan kelangsungan hidup yang terkuat dalam biologi yang beberapa orang akan mempertimbangkan dapat diperdebatkan.
Lebih khusus, Big Bang juga bisa merujuk pada kelahiran alam semesta yang dapat diamati itu sendiri - saat sesuatu berubah, memulai peristiwa yang mengarah pada hari ini. Ahli kosmologi telah berdebat selama beberapa dekade tentang perincian dari sepersekian detik itu, dan diskusi berlanjut hari ini.
Teori Big Bang klasik
Bagi sebagian besar sejarah manusia, pengamat langit menganggapnya abadi dan tidak berubah. Edwin Hubble menceritakan kisah ini sebuah pukulan eksperimental pada 1920-an ketika pengamatannya menunjukkan baik galaksi di luar Bima Sakti ada, dan bahwa cahaya mereka tampak membentang - sebuah tanda bahwa mereka bergegas meninggalkan Bumi.
George Lemaître, seorang fisikawan Belgia kontemporer, menafsirkan data dari Hubble dan yang lainnya sebagai bukti alam semesta yang mengembang, suatu kemungkinan yang diizinkan oleh persamaan medan relativitas umum Einstein yang baru-baru ini diterbitkan. Berpikir mundur, Lemaître menyimpulkan bahwa galaksi-galaksi yang memisahkan hari ini pasti telah dimulai bersama dalam apa yang disebutnya "atom purba."
Penggunaan publik pertama dari istilah modern untuk ide Lemaître sebenarnya berasal dari seorang kritikus - astronom Inggris Fred Hoyle. Pada tanggal 28 Maret 1949, Hoyle menciptakan ungkapan selama pembelaan teori pilihannya tentang alam semesta kekal yang menciptakan materi untuk membatalkan pengenceran ekspansi. Hoyle mengatakan gagasan bahwa "semua materi alam semesta diciptakan dalam satu ledakan besar pada waktu tertentu di masa lalu yang jauh," tidak masuk akal. Dalam wawancara selanjutnya, Hoyle menyangkal sengaja menciptakan nama yang memfitnah, tetapi sang moniker terjebak, membuat frustrasi sebagian orang.
"Big Bang adalah istilah yang sangat buruk," kata Paul Steinhardt, seorang kosmologis di Princeton. "Peregangan Besar akan menangkap gagasan yang tepat." Gambaran mental dari ledakan menyebabkan semua jenis kebingungan, menurut Steinhardt. Ini menyiratkan titik pusat, perbatasan yang meluas, dan pemandangan di mana pecahan peluru terbang lebih cepat daripada bongkahan yang lebih berat. Tetapi alam semesta yang mengembang tidak terlihat seperti itu, katanya. Tidak ada pusat, tidak ada tepi, dan galaksi besar dan kecil semua meluncur terpisah dengan cara yang sama (meskipun galaksi yang lebih jauh bergerak lebih cepat di bawah pengaruh energi gelap yang secara kosmologis baru-baru ini).
Terlepas dari namanya, teori Big Bang menemukan penerimaan luas atas kemampuannya yang tak tertandingi untuk menjelaskan apa yang kita lihat. Keseimbangan cahaya dengan partikel-partikel seperti proton dan neutron selama 3 menit pertama, misalnya, membiarkan unsur-unsur awal terbentuk pada kecepatan yang memprediksi jumlah helium dan atom cahaya lainnya saat ini.
"Ada sebuah jendela kecil di waktu di mana nukleus dapat terbentuk," kata Glennys Farrar, seorang kosmolog di New York University. "Setelah itu, alam semesta terus mengembang dan mereka tidak dapat menemukan satu sama lain, dan sebelum itu terlalu panas."
Plasma berawan memenuhi alam semesta selama 378.000 tahun ke depan, sampai pendinginan lebih lanjut membiarkan elektron dan proton membentuk atom hidrogen netral, dan kabut pun hilang. Cahaya yang dipancarkan selama proses ini, yang sejak itu membentang menjadi gelombang mikro, adalah objek yang diketahui paling awal yang dapat dipelajari oleh para peneliti secara langsung. Dikenal sebagai radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB), banyak peneliti menganggapnya sebagai bukti terkuat untuk Dentuman Besar.
Pembaruan eksplosif
Tetapi ketika para kosmolog mendorong lebih jauh ke dalam saat-saat pertama alam semesta, kisah itu terurai. Persamaan relativitas umum menyarankan titik awal panas dan kepadatan tak terbatas - singularitas. Selain tidak masuk akal secara fisik, asal tunggal tidak cocok dengan CMB yang rata dan halus. Fluktuasi suhu dan kepadatan yang hebat dari titik itu akan menghasilkan petak-petak langit dengan sifat yang berbeda, tetapi suhu CMB bervariasi hanya dengan sepersekian derajat. Lengkungan ruang-waktu juga terlihat cukup datar, yang menyiratkan keseimbangan materi dan kelengkungan yang awalnya hampir sempurna yang oleh sebagian besar kosmologis dianggap mustahil.
Alan Guth mengusulkan gambar baru dari pecahan pertama sedetik pada 1980-an, menunjukkan bahwa alam semesta menghabiskan saat-saat paling awal tumbuh secara eksponensial lebih cepat daripada saat ini. Pada titik tertentu, proses ini berhenti, dan mengerem menghasilkan kekacauan partikel yang padat dan panas (tetapi tidak tak terhingga) yang menggantikan singularitas. "Dalam pikiran saya sendiri, saya menganggapnya sebagai Big Bang, ketika alam semesta menjadi panas," kata Farrar.
Teori inflasi, demikian sebutannya, sekarang memiliki sejumlah model yang bersaing. Meskipun tidak ada yang tahu banyak tentang apa yang membuat alam semesta mengembang begitu cepat, teorinya telah menjadi populer karena kemampuannya untuk menjelaskan CMB tanpa sifat yang tampaknya mustahil: Inflasi memelihara fluktuasi kecil (yang berkembang menjadi gugusan galaksi saat ini), sembari meratakan yang utama. "Ini kisah yang sangat manis," kata Steinhardt, yang membantu mengembangkan teorinya. "Yang kita beri tahu anak-anak kita."
Melampaui inflasi
Penelitian terbaru telah memperkenalkan dua kerutan ke dalam narasi kosmik teori inflasi. Pekerjaan oleh Steinhardt dan yang lainnya menunjukkan bahwa inflasi akan berhenti di beberapa daerah (seperti alam semesta yang dapat diamati) tetapi berlanjut di tempat lain, menghasilkan serangkaian wilayah yang terpisah dengan "setiap rangkaian sifat kosmologis," seperti yang dikatakan Steinhardt. Banyak fisikawan menganggap gambaran "multiverse" ini tidak menyenangkan, karena ia membuat prediksi tak terhingga yang tak terhingga jumlahnya.
Di bidang eksperimental, ahli kosmologi berharap bahwa inflasi seharusnya menghasilkan gelombang gravitasi bentang-galaksi di CMB seperti halnya menghasilkan sedikit variasi suhu dan kepadatan. Eksperimen saat ini harus cukup sensitif untuk menemukannya, tetapi riak ruang-waktu primordial belum muncul (meskipun ada satu alarm palsu pada 2014).
Banyak peneliti menunggu pengukuran CMB yang lebih tepat yang dapat membunuh, atau memvalidasi, banyak model inflasi yang masih bertahan. Fisikawan lain, bagaimanapun, tidak melihat kehalusan kosmos sebagai masalah sama sekali - itu berawal seragam dan tidak perlu penjelasan.
Sementara para pencoba berusaha keras untuk mencapai tingkat ketelitian yang baru, beberapa ahli teori telah berpaling dari inflasi untuk mencari cara lain untuk menghancurkan alam semesta. Steinhardt, misalnya, sedang mengerjakan model "bouncing besar", yang mendorong jam mulai mundur lebih jauh, ke periode kontraksi sebelumnya yang memperhalus ruang-waktu dan mengatur panggung untuk ekspansi eksplosif. Dia berharap bahwa terlalu lama, tanda tangan baru, di samping masalah seperti kurangnya gelombang gravitasi purba, akan membuat kosmologis dengan kisah penciptaan baru untuk diceritakan. "Apakah ada fitur lain yang bisa diamati untuk dicari?" Steinhardt berkata, "Tanyakan lagi padaku dalam beberapa tahun dan aku berharap mendapat jawaban."
Tambahan sumber daya:
