Alam semesta memiliki permulaan. Tapi darimana mulainya? Anda menjadi apa pada awalnya? Kita tahu bahwa semuanya dimulai dengan ekspansi yang cukup cepat dan diakhiri dengan sejumlah besar galaksi yang terbuat dari partikel kecil. Tapi apa yang terjadi sebelum itu? Apa hukum fisika ketika semuanya dimulai? Fisikawan terkenal James Hartl dan Stephen Hawking memberikan beberapa jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini beberapa dekade lalu. Sebuah karya baru oleh sekelompok fisikawan lain menganalisis interpretasi populer Hawking dan Hartle tentang geometri Big Bang dan mengalami beberapa masalah. Hasil ini menjelaskan masalah awal mula alam semesta. Hambatan baru yang harus diatasi oleh semua teori masa depan.
“Kami mencoba melakukan penghitungan yang lebih teliti dan mendapatkan solusi yang berbeda,” kata Job Feldbrügge, seorang mahasiswa pascasarjana di Perimeter Institute. "Teori yang kami gunakan menyoroti teori yang ada dan menunjukkan bahwa itu mungkin tidak bekerja seperti yang kami harapkan."
Ilmuwan biasanya mencoba memahami permulaan alam semesta dengan melihat hukum gravitasi Einstein, yang disebut relativitas umum, dan memutarnya secara terbalik. Bagaimanapun, mereka ingin sampai pada titik di mana alam semesta sangat kecil. Tetapi pertanyaan paling menarik muncul tentang seperti apa alam semesta muda itu, apakah cukup kecil untuk mematuhi hukum mekanika kuantum, yang mengatur partikel, atom, dan foton terkecil.
Ada beberapa cara untuk memulai alam semesta seperti milik kita. Mungkin, pikir Hawking dan Hartle, alam semesta terkondensasi ini hanyalah satu titik di ruang angkasa dengan keadaan kuantum khusus, yang disebut fungsi gelombang, yang menjelaskan semuanya dalam bahasa mekanika kuantum. Kemudian waktunya tiba. Filsafat dan agama perlu banyak berbicara tentang topik ini, tetapi ahli matematika hanya perlu pena dan kertas. Alam semesta mirip titik ini berevolusi dari matematika relativitas umum dengan sifat asli mekanika kuantum yang dibangun ke dalam strukturnya. Dengan demikian, fluktuasi acak kecil dalam energi di ruang angkasa ini, selama ekspansi cepat - inflasi - harus berubah menjadi perbedaan kepadatan skala besar yang kita amati di alam semesta modern, dengan galaksi dan ruang kosong. Teori Hawking dan Hartle adalah salah satu dari beberapa cara untuk menandai permulaan alam semesta tanpa singularitas, titik volume nol, dan massa tak hingga yang tidak masuk akal. Gagasan lain, seperti yang dikemukakan oleh Alexander Vilenkin, tidak menyiratkan singularitas awal ini.
Artikel baru yang baru-baru ini muncul di server pracetak arXiv menunjukkan masalah. Menghitung dalam matematika Hawking, Hartles, dan Vilenkin, tim baru tidak mendapatkan fluktuasi kuantum kecil yang diperlukan untuk menciptakan alam semesta saat ini. Alih-alih, fluktuasi ini sangat besar dan menciptakan alam semesta yang sama sekali berbeda dari kita.
“Perhitungan yang kami buat menghasilkan gelombang gravitasi yang kuat setelah Big Bang,” kata Feldbrugge - fluktuasi besar dalam bentuk ruangwaktu itu sendiri. “Itu tidak bisa mengarah ke alam semesta seperti sekarang ini. Perhitungannya bertentangan dengan apa yang kita lihat."
Hartl tidak terlalu mengkhawatirkan hasil tim Feldbrugge. “Dalam kosmologi, kami masih memiliki terlalu sedikit data dibandingkan dengan yang seharusnya,” katanya. "Jadi kami melakukan yang terbaik untuk mendukung bagian teori yang paling sesuai dengan pengamatan kami." Dia melihat karya baru sebagai upaya lain untuk membalikkan permainan dengan menawarkan lebih banyak informasi dan jalur matematika berbeda yang dapat diikuti para ilmuwan. "Peneliti memiliki hak untuk memilih apakah akan mengejar ide ini atau yang lain."
Timnya juga baru-baru ini menerbitkan makalah lain yang merevisi matematikanya sendiri dan menunjukkan mengapa teorinya masih berfungsi.
Video promosi:
Namun matematika Feldbrugge dan timnya tampaknya menunjukkan bahwa kemunculan mulus alam semesta tanpa singularitas bukanlah "pilihan". Matematika mereka secara langsung membantah Hartle dan Hawking.
Menghubungkan mekanika kuantum dan relativitas umum untuk menjelaskan awal mula alam semesta bukanlah hal baru atau hampir pasti. Faktanya, ini adalah salah satu masalah utama yang coba dipecahkan oleh fisikawan teoretis, mengingat pentingnya memahami asal mula alam semesta, ketika kedua himpunan hukum diterapkan pada skala yang sama, dan pentingnya lubang hitam di mana gravitasi begitu kuat sehingga cahaya tidak bisa meninggalkannya.
Tetapi yang paling penting, Feldbrugge tidak percaya bahwa alam semesta yang dimulai dengan hukum mekanika dan relativitas kuantum dapat menciptakan fluktuasi kecil yang akan mengarah ke alam semesta seperti milik kita - menurutnya pasti ada sesuatu yang lain. “Tidak jelas solusi mana yang akan menjadi pilihan terakhir,” katanya.
Pendapat fisikawan tentang masalah ini sangat berbeda. Paul Steinhardt, profesor fisika di Universitas Princeton, mengatakan sudah ada cara alternatif untuk menghindari masalah di pekerjaan baru, serta keluhan lain tentang model Hawking-Hartle. Yang disebut model tak terbatas ini memerlukan beberapa solusi matematika untuk menciptakan alam semesta seperti milik kita.
“Apa alternatifnya? Sebuah pantulan tanpa singularitas, katanya, mengacu pada model yang ia kembangkan bersama ahli kosmologi teoretis yang berbasis di Princeton, Anna Idjas. Menurut model ini, alam semesta runtuh dan kemudian terbentang menjadi alam semesta kita sendiri, jauh sebelum seseorang dapat mulai memikirkan tentang efek mekanika kuantum.
Sabine Hossenfelder, seorang peneliti di Institut Frankfurt untuk Studi Lanjutan, tidak yakin dengan hasil baru ini. “Satu-satunya hal yang dapat saya simpulkan adalah bahwa kita tidak tahu bagaimana alam semesta dimulai sebelum karya ini ditulis. Dan kami tidak mengetahuinya setelah karya ini diterbitkan”. Para ahli teori mengambil matematika dengan serius dan telah melakukan perhitungan ini dengan waktu dan ruang jauh sebelum teleskop mengonfirmasinya. Satu-satunya cara untuk mengetahui dengan pasti apa yang sedang terjadi adalah melalui eksperimen.
Saat ini, sebagian besar teori ini dapat dikonfirmasi atau dibantah dengan pengamatan cahaya tertua yang turun kepada kita, latar belakang gelombang mikro kosmik. Ilmuwan berharap wawasan dari teori mereka akan membantu mengisolasi tanda tangan penting dari data ini.
Apakah mungkin untuk memeriksa pekerjaan Feldbrugge dan timnya? Mereka baru saja mulai. Tentunya butuh waktu lama untuk mengeceknya. Para ilmuwan pada akhirnya harus menciptakan alam semesta yang menyerupai alam semesta kita. Namun detail dari proses ini belum ditentukan.
ILYA KHEL
