Melihat alam semesta kita saat ini, sangat mudah untuk merasa senang dengan apa yang Anda lihat. Bintang-bintang di langit malam kita hanyalah sebagian kecil, beberapa ribu dari ratusan miliar yang ada di Bima Sakti kita. Bima Sakti sendiri hanyalah salah satu dari triliunan galaksi yang ada di alam semesta teramati, yang membentang ke segala arah selama sekitar 46 miliar tahun cahaya. Dan semuanya dimulai sekitar 13,8 miliar tahun yang lalu dari keadaan panas, padat, cepat, dan meluas yang dikenal sebagai Big Bang.
Dari Big Banglah kita mendapatkan kesempatan untuk menggambarkan Alam Semesta kita penuh dengan materi dan radiasi dan untuk menghubungkan hukum fisika terkenal yang menjelaskan bentuk modern dari kosmos. Tapi alam semesta terus berkembang. Bintang baru muncul, ruang berkembang. Bagaimana ini akan berakhir? Mari kita tanyakan sains.
Apa akhir dari alam semesta
Untuk waktu yang lama, ilmuwan yang mempelajari struktur dan evolusi alam semesta telah mempertimbangkan tiga kemungkinan berdasarkan fisika sederhana relativitas umum dan konteks perluasan alam semesta. Di satu sisi, gravitasi secara aktif menarik semuanya; itu adalah gaya tarik yang dikendalikan oleh materi dan energi dalam segala bentuknya yang ada di alam semesta. Di sisi lain, ada tingkat ekspansi awal yang memisahkan semuanya.
Big Bang adalah sebuah tembakan, setelah itu balapan terbesar sepanjang masa dimulai: antara gravitasi dan perluasan alam semesta. Siapa yang akan menang pada akhirnya? Jawaban atas pertanyaan ini akan menentukan nasib dunia kita.
Kami mengira Alam Semesta memiliki pilihan berikut:
Video promosi:
- Alam Semesta akan runtuh dalam Kompresi Besar. Ekspansi akan dimulai dengan cepat dan sejumlah besar materi serta radiasi akan terkoyak. Jika ada lebih dari cukup materi dan energi, alam semesta akan mengembang hingga ukuran maksimum tertentu, ekspansi akan membalikkan kontraksi dan alam semesta akan runtuh lagi.
- Alam semesta akan berkembang selamanya dan mengarah pada Great Freeze. Semuanya akan mulai sama seperti di atas, tetapi kali ini jumlah materi dan energi tidak akan cukup untuk menahan ekspansi. Alam semesta akan mengembang selamanya karena laju ekspansi terus menurun, tetapi tidak pernah mencapai nol.
- Ekspansi alam semesta cenderung tanpa gejala ke nol. Bayangkan situasi garis batas antara dua contoh di atas. Satu proton lagi - dan kita runtuh; kurang satu - kami berkembang tanpa batas. Dalam kasus kritis ini, Alam Semesta berkembang selamanya, tetapi dengan kecepatan serendah mungkin.
Untuk mengetahui opsi mana yang benar, kami hanya perlu mengukur seberapa cepat alam semesta mengembang dan bagaimana laju perluasan berubah seiring waktu. Selebihnya adalah masalah fisika.
Ini telah menjadi salah satu tantangan terbesar dalam astrofisika saat ini. Ukur kecepatan di mana alam semesta berkembang dan cari tahu bagaimana struktur ruang berubah hari ini. Ukur bagaimana tingkat ekspansi berubah dari waktu ke waktu dan cari tahu bagaimana struktur ruang telah berubah di masa lalu.
Gabungkan dua bagian informasi ini dan bagaimana laju ekspansi telah berubah dan apa yang memungkinkan Anda untuk menentukan dari apa alam semesta terbuat dan berapa proporsinya.
Sejauh yang kami ketahui, berdasarkan pengukuran ini, kami menentukan bahwa alam semesta terdiri dari radiasi 0,01%, neutrino 0,1%, materi biasa 4,9%, materi gelap 27%, energi gelap 68%. Pencarian ini, yang bagi sebagian orang dimulai pada 1920-an, menerima jawaban yang tidak terduga pada akhir 1990-an.
Jadi jika energi gelap mendominasi perluasan alam semesta, apa artinya ini bagi takdir kita? Itu semua tergantung pada bagaimana - atau apakah - energi gelap berkembang dari waktu ke waktu. Berikut lima opsi.
Energi gelap adalah konstanta kosmologis yang dominan dalam ekspansi. Ini adalah default dan memperhitungkan data terbaik kami. Sementara materi menjadi kurang padat saat alam semesta mengembang, berkurang saat volume mengembang, energi gelap mewakili jumlah energi bukan-nol yang melekat pada struktur ruang itu sendiri. Saat alam semesta mengembang, densitas dark energy tetap konstan, yang menyebabkan pemuaian selalu positif.
Ini menghasilkan alam semesta yang berkembang secara eksponensial dan pada akhirnya akan mendorong apa pun yang bukan bagian dari grup lokal kita. 97% dari Alam Semesta yang terlihat menjadi tidak dapat diakses dalam kondisi seperti itu.
Energi gelap itu dinamis dan menjadi lebih kuat dari waktu ke waktu. Energi gelap tampaknya merupakan bentuk energi baru yang melekat di ruang itu sendiri, yang menyiratkan bahwa ia memiliki kepadatan energi yang konstan. Tapi itu juga bisa berubah seiring waktu. Salah satu cara yang mungkin untuk berubah adalah bahwa ia meningkat secara bertahap, yang akan menyebabkan percepatan laju perluasan alam semesta.
Objek jarak jauh tidak hanya akan menjauh dari kita, tetapi melakukannya dengan lebih cepat dan lebih cepat. Lebih buruk lagi, objek yang sekarang terikat secara gravitasi - seperti gugus galaksi, masing-masing galaksi, tata surya, dan bahkan atom - suatu hari akan terlepas saat energi gelap mengeras. Di saat-saat terakhir keberadaan alam semesta, partikel-partikel subatom dan jalinan ruang-waktu itu sendiri akan terkoyak. Nasib ini - Big Rip - adalah pilihan kedua kita.
Energi gelap itu dinamis dan melemah seiring waktu. Bagaimana lagi energi gelap bisa berubah? Alih-alih memperkuat, itu mungkin melemah. Tentu saja, laju pemuaian konsisten dengan jumlah energi yang konstan di ruang itu sendiri, tetapi kepadatan energi ini juga dapat menurun.
Jika melemah menjadi nol, semuanya akan datang ke salah satu kemungkinan yang dijelaskan di atas: Pembekuan Besar. Alam semesta akan mengembang, tetapi tanpa materi dan bentuk energi lain yang cukup untuk membantunya runtuh lagi.
Jika pembusukan berubah menjadi negatif, hal itu dapat menyebabkan kemungkinan lain: Penyusutan Besar. Alam semesta akan dipenuhi dengan energi yang melekat pada ruang, yang secara tiba-tiba akan mengubah tanda-tanda dan menyebabkan ruang berkontraksi. Opsi ini juga dimungkinkan.
Energi gelap akan berubah menjadi bentuk energi lain yang meremajakan alam semesta. Jika energi gelap tidak hancur, tetapi tetap konstan atau bahkan meningkat, kemungkinan lain muncul. Energi yang melekat pada struktur ruang ini mungkin tidak selalu tetap dalam bentuk ini. Sebaliknya, ia bisa berubah menjadi materi dan radiasi, serupa dengan saat inflasi kosmik berakhir dan Big Bang dimulai.
Jika energi gelap tetap konstan hingga titik ini, ia akan menciptakan versi Big Bang pijar yang sangat, sangat dingin dan menyebar, di mana hanya neutrino dan foton yang dapat menciptakan dirinya sendiri. Tetapi jika intensitas energi gelap meningkat, itu bisa mengarah pada keadaan yang mirip dengan inflasi, diikuti oleh Big Bang baru yang benar-benar panas. Ini adalah cara termudah untuk meremajakan Semesta dengan parameter yang diberikan.
Energi gelap dikaitkan dengan energi nol dari vakum kuantum dan akan membusuk, menghancurkan alam semesta kita. Ini adalah kesempatan yang paling merusak dari semuanya. Bagaimana jika energi gelap bukanlah jumlah sebenarnya dari ruang kosong dalam konfigurasi energi terendah, tetapi merupakan hasil dari kesimetrian di awal alam semesta, ketika mereka berada dalam konfigurasi minimum yang salah?
Jika demikian, pasti ada cara untuk membuat terowongan kuantum ke keadaan energi yang lebih rendah dengan mengubah hukum fisika dan menghilangkan semua keadaan terikat (yaitu partikel) medan kuantum saat ini. Jika ruang hampa kuantum tidak stabil dalam pengertian ini, maka di mana pun peluruhan ini terjadi, akibatnya adalah kehancuran segala sesuatu di alam semesta melalui gelembung yang merambat dengan kecepatan cahaya. Jika sinyal seperti itu sampai pada kita, kita juga akan berakhir.
Meskipun kita tidak tahu kemungkinan mana yang akan berlaku untuk Semesta kita, datanya hanya memilih dengan panik untuk mendukung opsi pertama: energi gelap memang sebuah konstanta. Saat ini, pengamatan kami tentang bagaimana alam semesta telah berevolusi - terutama berkat radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik dan struktur skala besar alam semesta - memberlakukan batasan yang parah pada seberapa banyak ruang gerak bagi energi gelap untuk berubah.
Ilya Khel
