Akankah alam semesta mengembang selamanya atau akhirnya runtuh menjadi bintik kecil?
Sebuah makalah yang diterbitkan pada bulan Juni menyarankan ekspansi tanpa batas tidak mungkin menurut teori fisika utama - sebuah dugaan yang membuat gelombang besar di komunitas fisika.
"Orang menjadi sangat, agak, emosional tentang hal itu karena jika itu benar dan ditemukan, itu akan spektakuler," kata Timm Wrase, seorang ahli fisika di Universitas Teknologi Wina.
Sekarang, Wrase dan rekan-rekannya telah menerbitkan studi terpisah yang menyodok lubang besar dalam argumen itu, yang berarti alam semesta yang terus berkembang tidak dapat dikesampingkan dulu.
Energi gelap dan ekspansi kosmik
Alam semesta kita dipenuhi dengan kekuatan besar yang tak terlihat yang tampaknya menentang gravitasi. Fisikawan menyebut gaya ini energi gelap, dan diperkirakan terus mendorong alam semesta ke luar.
Tetapi pada bulan Juni, sekelompok fisikawan menerbitkan sebuah makalah dalam jurnal pracetak arXiv yang menyiratkan bahwa energi gelap berubah seiring waktu. Ini berarti bahwa alam semesta tidak akan mengembang selamanya tetapi pada akhirnya akan runtuh ke ukuran sebelum Big Bang.
Namun, hampir segera, fisikawan menemukan masalah dengan teori: Beberapa kelompok independen kemudian menerbitkan makalah yang menyarankan revisi terhadap dugaan. Sekarang, sebuah makalah yang diterbitkan pada 2 Oktober di jurnal Physical Review D menunjukkan bahwa, sebagaimana adanya, dugaan asli tidak mungkin benar karena tidak dapat menjelaskan keberadaan bos Higgs - yang kita tahu ada, terima kasih kepada Large Hadron Collider, penumbuk partikel raksasa di perbatasan antara Prancis dan Swiss.
Namun, dengan sedikit penyesuaian teoretis, dugaan alam semesta yang runtuh masih bisa bertahan, Wrase, rekan penulis pada makalah Physical Review D yang baru, mengatakan kepada Live Science.
Bagaimana kita menjelaskan semua yang pernah ada?
Teori string, kadang-kadang disebut teori segalanya, adalah kerangka matematis yang elegan tetapi tidak terbukti secara eksperimental untuk menyatukan teori relativitas umum Einstein dengan mekanika kuantum. Teori string menunjukkan bahwa semua partikel yang membentuk alam semesta bukan benar-benar titik tetapi string satu dimensi yang bergetar - dan perbedaan dalam getaran itu memungkinkan kita untuk melihat satu partikel sebagai foton dan lainnya sebagai elektron.
Agar teori string menjadi penjelasan yang layak untuk alam semesta, bagaimanapun, itu harus memasukkan energi gelap.
Bayangkan energi gelap ini seperti bola di lanskap pegunungan dan lembah yang mewakili jumlah energi potensial yang dimilikinya, kata Wrase. Jika sebuah bola berdiri di atas gunung, itu mungkin diam, tetapi ia bisa berguling ke bawah dengan sedikit gangguan, sehingga itu tidak stabil. Jika bola duduk di lembah, itu tidak berubah atau bergerak, memiliki energi rendah dan berada di alam semesta yang stabil, karena bahkan dorongan yang kuat akan membuatnya jatuh kembali ke lembah.
Ahli teori string lama berasumsi bahwa energi gelap adalah konstan dan tidak berubah di alam semesta. Dengan kata lain, itu meringkuk di lembah di antara gunung-gunung, tidak bergulir dari puncak gunung dan dengan demikian tidak berubah sepanjang waktu, kata Wrase.
Tetapi dugaan yang dikemukakan pada bulan Juni menunjukkan bahwa, agar teori string berfungsi, lanskap tidak memiliki gunung atau lembah di atas permukaan laut. (Dalam konsepsi ini, alam semesta kita berdiri di atas permukaan laut - yang secara metaforis menandai titik di mana energi gelap mulai menyatukan alam semesta atau mendorong alam semesta terpisah.)
Melainkan, lanskap sedikit miring dan bola energi gelap terus bergulir ke bawah. "Sementara itu bergulir ke bawah, energi gelap menjadi lebih kecil dan lebih kecil," kata Wrase. "Tinggi bola sesuai dengan jumlah energi gelap di alam semesta kita."
Dalam teori ini, energi gelap mungkin pada akhirnya membuat jalan di bawah permukaan laut dan mulai menarik alam semesta kembali bersama ke bentuk sebelum Big Bang.
Tapi hanya ada satu masalah, kata Wrase.
"Kami telah menunjukkan bahwa puncak gunung yang tidak stabil seperti itu harus ada," katanya. Itu karena kita tahu partikel Higgs ada. Dan kami telah secara eksperimental membuktikan bahwa partikel Higgs dapat ada di puncak gunung ini atau "alam semesta yang tidak stabil," dan dapat diganggu dengan sedikit sentuhan, katanya.
Kesulitan dengan stabilitas alam semesta
Cumrun Vafa, seorang ahli teori string di Harvard dan penulis senior makalah dugaan dari Juni, mengatakan kepada Live Science dalam sebuah email bahwa, memang dugaan asli memiliki "kesulitan dengan alam semesta yang tidak stabil." Makalah baru ini dan beberapa lainnya menunjukkan masalah ini, tambahnya. Tetapi ada beberapa makalah yang mengusulkan sedikit revisi terhadap dugaan yang masih akan mematuhi batasan Wrase dan timnya yang diusulkan, katanya.
Bahkan dalam dugaan yang direvisi, "kita tidak akan berada di alam semesta yang stabil tetapi hal-hal akan berubah," kata Wrase. Revisi mengatakan puncak gunung bisa ada, tetapi lembah yang stabil tidak bisa, katanya. (Bayangkan bentuk sadel kuda). Bola akhirnya harus mulai bergulir dan energi gelap harus berubah dalam waktu, tambahnya. Tetapi "jika dugaan itu salah, maka energi gelap bisa konstan, kita akan duduk di lembah di antara dua gunung," dan alam semesta akan terus mengembang.
Dalam 10 hingga 15 tahun, ia berharap satelit yang lebih tepat mengukur perluasan alam semesta dapat membantu kita memahami apakah energi gelap itu konstan atau berubah.
Vafa setuju. "Ini adalah saat-saat yang menyenangkan dalam kosmologi dan mudah-mudahan dalam beberapa tahun mendatang kita akan melihat bukti eksperimental untuk perubahan energi gelap di alam semesta kita," katanya.
