Alam semesta kita berasal 13,7 miliar tahun yang lalu, dihasilkan oleh Big Bang, dan selama beberapa generasi, para ilmuwan telah mencoba memahami fenomena ini.
Pada akhir tahun 20-an abad XX, Edwin Hubble menemukan bahwa semua galaksi yang kita lihat tersebar - seperti pecahan granat setelah ledakan, pada saat yang sama astronom dan teolog Belgia Georges Lemaitre mengajukan hipotesisnya (pada tahun 1931 hal itu diterbitkan di halaman "Nature"). Dia percaya bahwa sejarah alam semesta dimulai dengan ledakan "atom primer", dan ini memunculkan waktu, ruang, dan materi (sebelumnya, pada awal 1920-an, ilmuwan Soviet Alexander Fridman, yang menganalisis persamaan Einstein, juga sampai pada kesimpulan bahwa "Alam semesta diciptakan dari satu titik" dan butuh "puluhan miliar tahun biasa kita").
Awalnya, para astronom dengan keras menolak alasan teolog Belgia itu. Karena teori Big Bang berpadu sempurna dengan kepercayaan Kristen kepada Tuhan Pencipta. Selama dua abad, para ilmuwan telah menekan masuknya segala jenis spekulasi religius ke dalam sains tentang "permulaan dari semua permulaan". Dan sekarang Tuhan, yang diusir dari alam di bawah goyangan roda mekanika Newton, tiba-tiba kembali. Dia datang dalam api Big Bang, dan sulit untuk memikirkan gambaran yang lebih gemilang dari penampilannya.
Namun, masalahnya bukan hanya dalam teologi - Big Bang tidak mematuhi hukum ilmu eksakta. Momen terpenting dalam sejarah Alam Semesta berada di luar pemahaman. Pada titik tunggal (khusus) ini, yang terletak pada sumbu ruang-waktu, teori relativitas umum berhenti beroperasi, karena tekanan, suhu, kepadatan energi, dan kelengkungan ruang bergerak cepat hingga tak terbatas, yaitu, mereka kehilangan semua makna fisiknya. Pada titik ini, semua detik, meter, dan satuan astronomi ini menghilang, tidak berubah menjadi nol, bukan menjadi nilai negatif, tetapi menjadi tidak ada sama sekali, menjadi tidak bermakna mutlak. Titik ini merupakan celah yang tidak bisa diatasi pada panggung logika atau matematika, sebuah lubang menembus ruang dan waktu.
Baru pada akhir 1960-an Roger Penrose dan Stephen Hawking menunjukkan secara meyakinkan bahwa, dalam kerangka teori Einstein, singularitas Big Bang tidak bisa dihindari. Namun, ini tidak dapat memfasilitasi pekerjaan para ahli teori. Bagaimana menggambarkan Big Bang? Apa, misalnya, penyebab kejadian ini? Lagi pula, jika di hadapannya tidak ada waktu sama sekali, maka sepertinya tidak ada alasan yang melahirkannya.
Seperti yang kita pahami sekarang, untuk membuat teori Big Bang yang lengkap, penting untuk menghubungkan ajaran Einstein, menjelaskan ruang dan waktu, dengan teori kuantum, yang membahas partikel elementer dan interaksinya. Mungkin, mungkin diperlukan lebih dari satu dekade sebelum memungkinkan untuk melakukan ini dan mendapatkan satu "rumus alam semesta".
Dan di mana, misalnya, energi yang sangat besar dapat muncul yang memunculkan ledakan kekuatan luar biasa ini? Mungkinkah itu diwarisi oleh Semesta kita dari pendahulunya, yang runtuh menjadi satu titik? Namun, lalu dari mana dia mendapatkannya? Ataukah energi itu dituangkan ke dalam ruang hampa purba, yang darinya Semesta kita terlepas seperti "gelembung busa"? Atau apakah alam semesta generasi yang lebih tua mentransfer energi ke alam semesta generasi muda melalui lubang hitam - titik-titik tunggal itu - di kedalaman mana, mungkin, dunia baru lahir yang tidak akan pernah kita lihat? Bagaimanapun juga, Alam Semesta dalam model seperti itu muncul sebagai "sistem terbuka", yang tidak sepenuhnya sesuai dengan gambaran "klasik" dari Big Bang: "Tidak ada apa-apa, dan tiba-tiba alam semesta lahir."
Alam semesta pada saat pembentukan berada dalam kondisi yang sangat padat dan panas.
Video promosi:
Atau mungkin, menurut beberapa peneliti, Semesta kita pada umumnya … tanpa energi, atau lebih tepatnya, energi totalnya nol? Energi positif radiasi yang dipancarkan materi dilapiskan ke energi negatif gravitasi. Plus dan minus menghasilkan nol. Angka “0” yang terkenal kejam ini tampaknya menjadi kunci untuk memahami sifat Big Bang. Dari dia - dari "nol", dari "tidak ada" - semuanya langsung lahir. Kebetulan. Secara spontan. Hanya. Penyimpangan yang dapat diabaikan dari 0 menimbulkan longsoran peristiwa universal. Seseorang juga dapat membuat perbandingan seperti itu: bola batu, yang berada di atas beberapa Chomolungma setipis puncak menara, tiba-tiba terayun dan berguling ke bawah, menciptakan "longsoran peristiwa".
1973 - fisikawan Edward Trion dari Amerika, mencoba menggambarkan proses kelahiran alam semesta kita, menggunakan prinsip ketidakpastian Heisenberg, salah satu fondasi teori kuantum. Menurut prinsip ini, semakin akurat kita, misalnya, mengukur energi, semakin tidak pasti waktu. Jadi, jika energinya benar-benar nol, maka waktunya bisa sangat lama. Begitu besar sehingga cepat atau lambat akan muncul fluktuasi dalam ruang hampa kuantum tempat Semesta akan dilahirkan. Ini akan mengarah pada pertumbuhan pesat ruang angkasa, yang tampaknya dari ketiadaan. “Hanya saja alam semesta terkadang lahir, itu saja,” begitu sederhana Trion menjelaskan latar belakang Big Bang. Itu adalah Ledakan Acak yang besar. Itu saja.
Bisakah Big Bang terjadi lagi?
Cukup aneh, ya. Kita hidup di alam semesta yang masih bisa berbuah dan melahirkan dunia baru. Beberapa model telah diciptakan yang menggambarkan "Big Bang" di masa depan.
Mengapa, misalnya, dalam kekosongan yang sama yang melahirkan alam semesta kita, fluktuasi baru tidak muncul? Mungkin, selama 13,7 miliar tahun ini, sekumpulan dunia yang tak terhitung banyaknya muncul di sebelah alam semesta kita, yang tidak saling bersentuhan sama sekali. Mereka memiliki hukum alam yang berbeda, ada konstanta fisik yang berbeda. Di sebagian besar dunia ini, kehidupan tidak pernah bisa muncul. Banyak dari mereka langsung mati, pingsan. Tetapi di beberapa alam semesta - secara kebetulan! - Ada kondisi-kondisi yang memungkinkan munculnya kehidupan.
Tapi intinya bukan hanya di ruang hampa yang tersisa sebelum dimulainya "semua zaman dan bangsa." Fluktuasi yang penuh dengan dunia masa depan juga dapat muncul dalam ruang hampa yang tersebar di Semesta kita - lebih tepatnya, dalam energi gelap yang mengisinya. Model "Semesta yang diperbarui" ini dikembangkan oleh ahli kosmologi Amerika, penduduk asli Uni Soviet, Alexander Vilenkin. "Poni besar" baru ini tidak mengancam kita. Mereka tidak akan menghancurkan struktur Alam Semesta, tidak akan membakarnya menjadi abu, tetapi hanya menciptakan ruang baru di luar batas pengamatan dan pemahaman kita. Mungkin, "ledakan" seperti itu, yang menandai kelahiran dunia baru, terjadi di kedalaman banyak lubang hitam yang menghiasi ruang angkasa, kata ahli astrofisika Amerika Lee Smolin.
Penduduk asli Uni Soviet lainnya, yang tinggal di Barat, kosmolog Andrei Linde percaya bahwa kita sendiri mampu menciptakan Big Bang baru, setelah mengumpulkan sejumlah besar energi di ruang angkasa melebihi batas kritis tertentu. Menurut perhitungannya, insinyur luar angkasa di masa depan dapat mengambil sejumput materi yang tak terlihat - hanya seperseratus miligram - dan memadatkannya sedemikian rupa sehingga energi dari gumpalan ini menjadi 1015 gigalektronvolt. Lubang hitam kecil akan terbentuk, yang akan mulai mengembang secara eksponensial. Ini akan menciptakan "alam semesta anak" dengan ruang-waktunya sendiri, dengan cepat terpisah dari alam semesta kita.
… Ada banyak hal fantastis di alam Big Bang. Namun validitas teori ini dibuktikan dengan sejumlah fenomena alam. Ini termasuk perluasan alam semesta yang diamati, gambaran distribusi unsur-unsur kimiawi, serta radiasi latar belakang kosmik, yang disebut "peninggalan Big Bang".
Sebelum Big Bang?
Dunia tidak ada selamanya. Itu berasal dari api Big Bang. Namun, apakah ini fenomena unik dalam sejarah antariksa? Atau peristiwa yang berulang seperti kelahiran bintang dan planet? Bagaimana jika Big Bang hanyalah fase transisi dari satu keadaan Keabadian ke keadaan lain?
Banyak fisikawan mengatakan bahwa awalnya ada Sesuatu dan bukan Ketiadaan. Mungkin alam semesta kita - seperti yang lainnya - lahir dari ruang hampa kuantum dasar. Tetapi tidak peduli seberapa "sesederhana apapun" keadaan seperti itu - dan hukum fisika tidak mengizinkan keberadaan kurang dari ruang hampa kuantum - ia tidak dapat disebut "Tidak ada".
Mungkin Alam Semesta yang kita lihat hanyalah keadaan agregat Keabadian? Dan susunan galaksi dan gugus galaksi yang aneh - sesuatu seperti kisi kristal, yang di dunia berdimensi-n yang ada sebelum kelahiran alam semesta kita, memiliki struktur yang sama sekali berbeda dan yang mungkin diprediksi oleh "rumus untuk segala sesuatu" yang dicari Einstein? Dan apakah itu akan ditemukan dalam beberapa dekade mendatang? Ilmuwan mengintip dengan seksama melalui dinding Yang Tidak Diketahui, yang telah melindungi alam semesta kita, mencoba memahami apa yang terjadi beberapa saat sebelumnya, menurut gagasan kita yang biasa, sama sekali tidak ada. Bentuk kosmos Abadi apa yang dapat dibayangkan dengan memberikan ruang dan waktu dengan kualitas-kualitas yang tidak terbayangkan di alam semesta kita?
Beberapa teori paling menjanjikan yang coba dipaksakan oleh fisikawan ke dalam Eternity secara keseluruhan mungkin adalah teori geometri kuantum, dinamika spin kuantum, atau gravitasi kuantum. Kontribusi terbesar untuk perkembangan mereka dibuat oleh Abei Ashtekar, Ted Jacobson, Jerzy Lewandowski, Carlo Rovelli, Lee Smolin dan Thomas Thiemann. Semua ini adalah konstruksi fisik paling kompleks, seluruh istana didirikan dari formula dan hipotesis, hanya untuk menyembunyikan terobosan yang tersembunyi di kedalaman dan kegelapannya, singularitas ruang dan waktu.
Era singularitas
Jalan lingkar teori baru memaksa kita untuk melangkahi kebenaran yang tampaknya jelas. Jadi, dalam geometri kuantum, ruang dan waktu, yang sebelumnya terfragmentasi tanpa batas, tiba-tiba pecah menjadi pulau-pulau terpisah - bagian-bagian, kuanta, yang kurang dari itu tidak ada apa-apa. Semua titik tunggal dapat disematkan di "bongkahan batu" ini. Ruang-waktu itu sendiri berubah menjadi jalinan struktur satu dimensi - sebuah "jaringan putaran", yaitu, menjadi struktur diskrit, semacam rantai, dijalin dari tautan terpisah.
Volume ruang sekecil mungkin hanya 10-99 sentimeter kubik. Nilai ini sangat kecil sehingga dalam satu sentimeter kubik terdapat lebih banyak kuanta ruang daripada sentimeter kubik yang sama di alam semesta yang kita amati (volumenya adalah 1085 sentimeter dalam kubus). Tidak ada apa pun di dalam kuanta ruang, tidak ada energi, tidak ada materi - seperti di dalam titik matematika - menurut definisi - tidak ada segitiga atau ikosahedron. Tetapi jika kita menerapkan hipotesis "jaringan submikroskopis alam semesta" untuk menggambarkan Big Bang, kita mendapatkan hasil yang luar biasa, seperti yang ditunjukkan oleh Abei Ashtekar dan Martin Bojovald dari University of Pennsylvania.
Jika kita mengganti persamaan diferensial dalam teori Standar kosmologi, yang mengasumsikan aliran ruang yang kontinu, dengan persamaan diferensial lain yang mengikuti teori geometri kuantum, maka singularitas misterius itu lenyap. Fisika tidak berakhir di mana Big Bang dimulai - ini adalah kesimpulan pertama yang menggembirakan para kosmolog, yang menolak menerima sifat-sifat alam semesta yang kita lihat sebagai kebenaran tertinggi.
Dalam teori gravitasi kuantum, diasumsikan bahwa Semesta kita (seperti yang lainnya) lahir sebagai hasil dari fluktuasi acak dari vakum kuantum - lingkungan makroskopis global di mana tidak ada waktu. Setiap kali fluktuasi ukuran tertentu muncul dalam ruang hampa kuantum, alam semesta baru lahir. Ia "bercabang" dari lingkungan homogen tempat ia dibentuk dan memulai hidupnya sendiri. Sekarang dia memiliki sejarahnya sendiri, ruangnya sendiri, waktunya sendiri, panah waktunya sendiri.
Dalam fisika modern, sejumlah teori telah diciptakan yang menunjukkan bagaimana dari lingkungan yang ada selamanya, di mana tidak ada Macrotime, tetapi di beberapa titik di mana mikrotimnya mengalir, dunia yang begitu besar bisa muncul, seperti kita.
Misalnya, fisikawan Gabriele Veneziano dan Maurizio Gasperini dari Italia, dalam kerangka teori string, menyatakan bahwa apa yang disebut "string vakum" pada awalnya ada. Fluktuasi kuantum acak di dalamnya mengarah pada fakta bahwa kerapatan energi mencapai nilai kritis, dan ini menyebabkan keruntuhan lokal. Yang diakhiri dengan lahirnya Semesta kita dari ruang hampa.
Dalam kerangka teori geometri kuantum, Abei Ashtekar dan Martin Bojovald menunjukkan bahwa ruang dan waktu dapat muncul dari struktur fundamental yang lebih primitif, yaitu “jaringan spin”.
Eckhard Rebhan dari Universitas Düsseldorf dan - secara terpisah darinya - George Ellis dan Roy Maartens dari Universitas Cape Town mengembangkan gagasan tentang "alam semesta statis", yang telah dipikirkan oleh Albert Einstein dan astronom Inggris Arthur Eddington. Dalam upaya mereka untuk menghilangkan efek gravitasi kuantum, Rebhan dan rekan-rekannya telah menemukan ruang bola di tengah-tengah kekosongan abadi (atau, jika Anda lebih suka, keabadian kosong), di mana tidak ada waktu. Karena beberapa ketidakstabilan, proses inflasi berkembang di sini, yang mengarah ke Big Bang yang panas.
Tentu saja, model yang terdaftar bersifat spekulatif, tetapi pada dasarnya sesuai dengan tingkat perkembangan fisika modern dan hasil pengamatan astronomi beberapa dekade terakhir. Bagaimanapun, satu hal sudah jelas. Big Bang lebih merupakan peristiwa biasa dan alami, dan bukan satu-satunya.
Akankah teori semacam ini membantu kita memahami apa yang mungkin terjadi sebelum Big Bang? Jika alam semesta lahir, apa yang melahirkannya? Di manakah “jejak genetik” dari induknya muncul dalam teori kosmologi modern? 2005 - Abei Ashtekar, misalnya, mempublikasikan hasil perhitungan barunya (Tomasz Pavlovsky dan Paramprit Singh membantu melakukannya). Dari mereka jelas bahwa jika premis awal benar, maka ruang-waktu yang sama ada sebelum Big Bang seperti setelah peristiwa ini. Fisika alam semesta kita, seolah-olah dalam cermin, tercermin dalam fisika dunia lain. Dalam kalkulasi ini, Big Bang, seperti layar cermin, memotong keabadian, menempatkan di samping yang tidak sesuai - alam dan pantulannya. Dan apakah keaslian di sini, apakah hantu itu?
Satu-satunya hal yang dapat dilihat "dari sisi lain kaca cermin" adalah bahwa Semesta tidak mengembang pada saat itu, tetapi sedang menyusut. Big Bang menjadi titik keruntuhannya. Pada saat ini, ruang dan waktu berhenti sejenak untuk dipantulkan kembali - untuk terus - bangkit seperti burung phoenix di dunia yang kita kenal, alam semesta yang kita ukur dengan rumus, kode dan angka kita. Alam semesta benar-benar berubah menjadi luar dalam, seperti sarung tangan atau kemeja, dan terus berkembang sejak saat itu. Ledakan Dahsyat, menurut Ashtekar, bukanlah "penciptaan seluruh Semesta dari Ketiadaan", tetapi hanya sebuah transisi dari satu bentuk dinamis Keabadian ke bentuk lain. Mungkin Alam Semesta sedang mengalami serangkaian "poni besar" yang tak berujung, dan puluhan miliar (atau apa pun) tahun yang memisahkan fase-fase individu ini hanyalah periode "sinusoid kosmik".menurut hukum yang mana alam semesta hidup?
Direkomendasikan untuk tontonan: "Siapa yang Menciptakan Alam Semesta? Ledakan Besar - Penjelasan Ilmiah Penting: Semua Argumen"
A. Volkov
