Fisikawan teoretis dan kosmolog harus mencari jawaban atas pertanyaan paling mendasar: "Mengapa kita ada di sini?", "Kapan Semesta muncul?" dan "Bagaimana ini bisa terjadi?" Namun, terlepas dari pentingnya menemukan jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini, ada pertanyaan yang menutupi semuanya dengan minat: "Apa yang terjadi sebelum Big Bang?"
Jujur saja: kita tidak bisa menjawab pertanyaan ini. Tidak ada yang bisa. Tapi bagaimanapun, tidak ada yang melarang berspekulasi tentang topik ini dan mempertimbangkan beberapa asumsi menarik? Sean Carroll dari California Institute of Technology, misalnya, setuju dengan ini. Bulan lalu, Carroll mengambil bagian dalam pertemuan dua tahunan American Astronomical Society, di mana dia mengusulkan beberapa skenario "pra-ledakan", yang "akord terakhirnya" bisa jadi adalah kemunculan alam semesta kita. Sekali lagi, ini hanya spekulasi, bukan teori, jadi harap pertimbangkan itu.
“Saat itu, boleh dikatakan, hukum fisika yang kita ketahui belum berlaku, karena“kemudian”mereka belum ada,” kata Carroll.
“Ketika fisikawan mengatakan mereka tidak tahu apa yang terjadi, mereka mengatakannya dengan serius. Segmen sejarah ini benar-benar berada dalam kegelapan yang tak tertembus,”kata Peter Voight, ahli fisika teoretis di Universitas Columbia.
Salah satu sifat teraneh dari alam semesta kita adalah tingkat entropi yang sangat rendah. Istilah ini memiliki banyak interpretasi, tetapi dalam hal ini kita berbicara tentang derajat gangguan. Dan dalam kasus Alam Semesta, ada lebih banyak keteraturan di dalamnya daripada kekacauan. Bayangkan sebuah bom berisi pasir. Bom itu meledak, dan milyaran butiran pasir yang terkandung di dalamnya tersebar ke berbagai arah - sebenarnya, di hadapan Anda ada model Big Bang.
“Tapi bukannya hamburan kacau yang diharapkan, butiran pasir ini, yang mewakili materi alam semesta kita, segera berubah menjadi banyak“istana pasir”yang sudah jadi, terbentuk dengan tidak jelas bagaimana dan tanpa bantuan dari luar,” - kata Stephen Countryman, seorang mahasiswa pascasarjana di Universitas Columbia.
Hasil Big Bang dapat (dan mungkin seharusnya) adalah munculnya entropi massa tingkat tinggi dalam bentuk materi yang tidak terdistribusi secara merata. Namun, sebaliknya, kita melihat sistem bintang, galaksi, dan seluruh gugus galaksi saling berhubungan. Kami melihat ketertiban.
Selain itu, penting untuk dipahami bahwa entropi, atau kekacauan, hanya dapat meningkat seiring waktu - istana pasir yang sama, cepat atau lambat dan tanpa bantuan dari luar, kembali terurai menjadi banyak butiran pasir. Selain itu, seperti yang ditunjukkan Carroll, pengamatan kita terhadap waktu secara langsung terkait dengan tingkat entropi sejak awal mula alam semesta. Pada saat yang sama, entropi itu sendiri dapat dianggap sebagai sejenis properti fisik yang bergantung pada waktu dengan hanya satu arah pergerakan - ke masa depan.
Video promosi:
Jadi, entropi, menurut hukum fisika, hanya dapat meningkat, tetapi levelnya saat ini di alam semesta sangat rendah. Menurut Carroll, ini hanya dapat berarti satu hal: Semesta awal memiliki tingkat yang lebih rendah, yaitu, Semesta seharusnya lebih terorganisir dan teratur. Dan ini, pada gilirannya, dapat memunculkan gagasan tentang apa yang terjadi pada Alam Semesta kita sebenarnya sebelum Big Bang itu sendiri.
“Ada banyak orang yang percaya bahwa alam semesta awal adalah sistem yang sangat sederhana, tidak menarik dan tanpa ekspresi. Namun, begitu Anda menghubungkan entropi dengan pertanyaan ini, perspektifnya segera berubah, dan Anda menyadari bahwa dalam hal ini ada hal-hal yang perlu dijelaskan,”lanjut Carroll.
Bahkan jika kita mengesampingkan entropi, maka kita akan memiliki aspek lain yang sama pentingnya yang perlu disesuaikan dengan Alam Semesta tempat kita tinggal saat ini. Selain itu, dalam beberapa kasus, tingkat entropi yang rendah tampaknya kurang signifikan dibandingkan yang lain. Oleh karena itu, kami akan mencoba mempertimbangkan tiga asumsi paling populer tentang apa yang mungkin terjadi pada Semesta sebelum Big Bang.
Model Rebound Besar
Menurut salah satu hipotesis, rendahnya tingkat entropi alam semesta kita disebabkan oleh fakta bahwa kemunculannya sendiri adalah hasil dari disintegrasi beberapa alam semesta "sebelumnya". Hipotesis ini mengatakan bahwa alam semesta kita bisa saja terbentuk sebagai hasil dari kompresi cepat ("pantulan"), yang didorong oleh efek kompleks gravitasi quantum (singularitas), yang kemudian melahirkan Big Bang. Pada gilirannya, ini mungkin menunjukkan bahwa kita dapat hidup dengan kesuksesan yang sama baik di titik mana pun dalam urutan tak terbatas dari Semesta yang muncul, dan, sebaliknya, dalam "iterasi pertama" Alam Semesta.
Model hipotetis penampakan Alam Semesta ini kadang-kadang disebut model "Pentalan Besar". Penyebutan pertama istilah ini terdengar di tahun 60-an, tetapi model ini berubah menjadi hipotesis yang kurang lebih terbentuk hanya di tahun 80-an - awal 90-an.
Di antara poin kontroversial yang kurang signifikan, model Big Bounce juga memiliki kekurangan yang jelas. Misalnya, gagasan runtuh menjadi singularitas bertentangan dengan teori relativitas umum Einstein - aturan yang dengannya gravitasi bekerja. Fisikawan percaya bahwa efek singularitas bisa ada di dalam lubang hitam, tetapi hukum fisika yang kita ketahui tidak dapat memberi kita mekanisme untuk menjelaskan mengapa "alam semesta lain", setelah mencapai singularitas, harus memunculkan Big Bang.
"Tidak ada dalam relativitas umum yang menunjukkan" pantulan "alam semesta baru sebagai hasil singularitas," kata Sean Carroll.
Namun, ini bukan satu-satunya poin kontroversial yang besar. Faktanya adalah bahwa model Big Bounce menyiratkan adanya jalur waktu bujursangkar dengan penurunan entropi, namun, seperti yang disebutkan di atas, entropi hanya meningkat seiring waktu. Dengan kata lain, menurut hukum fisika yang kita ketahui, kemunculan alam semesta yang memantul adalah mustahil.
Perkembangan lebih lanjut dari model tersebut menyebabkan munculnya hipotesis bahwa waktu di alam semesta dapat bersifat siklus. Tetapi pada saat yang sama, model tersebut masih belum dapat menjelaskan bagaimana perluasan alam semesta saat ini akan digantikan oleh kontraksi. Namun ini tidak berarti bahwa pola Pentalan Besar sepenuhnya salah. Ada kemungkinan bahwa teori kita saat ini tentang hal itu tidak sempurna dan tidak sepenuhnya dipikirkan. Bagaimanapun, hukum fisika yang kita miliki sekarang berasal dari batas yang menurutnya kita dapat mengamati alam semesta.
Model Alam Semesta Tidur
“Mungkin sebelum Big Bang, alam semesta adalah ruang statis yang sangat padat dan berkembang perlahan,” ahli fisika seperti Kurt Hinterbichler, Austin Joyce, dan Justin Khoury berteori.
Alam semesta "pra-ledakan" ini harus memiliki keadaan metastabil, yaitu stabil hingga muncul keadaan yang bahkan lebih stabil. Dengan analogi, bayangkan sebuah tebing, yang tepinya terdapat batu besar dalam keadaan bergetar. Setiap kontak dengan batu besar akan mengarah pada fakta bahwa batu itu jatuh ke dalam jurang atau - yang lebih dekat dengan kasus kita - Big Bang akan terjadi. Menurut beberapa teori, alam semesta “pra-ledakan” bisa ada dalam bentuk yang berbeda, misalnya dalam bentuk ruang yang rata dan sangat padat. Akibatnya, periode metastabil ini berakhir: ia berkembang secara dramatis dan memperoleh bentuk dan keadaan seperti yang kita lihat sekarang.
"Model alam semesta tidur, bagaimanapun, juga memiliki masalah," kata Carroll.
"Ini juga mengasumsikan bahwa alam semesta kita memiliki tingkat entropi yang rendah dan tidak menjelaskan mengapa demikian."
Namun, Hinterbichler, fisikawan teoritis di Case Western Reserve University, tidak melihat munculnya entropi rendah sebagai masalah.
“Kami hanya mencari penjelasan tentang dinamika yang terjadi sebelum Big Bang, yang menjelaskan mengapa kami melihat apa yang kami lihat sekarang. Sejauh ini, hanya ini yang tersisa bagi kami,”kata Hinterbichler.
Bagaimanapun, Carroll percaya bahwa ada teori lain tentang alam semesta "pra-ledakan" yang dapat menjelaskan tingkat entropi rendah yang ditemukan di alam semesta kita.
Model Multiverse
Munculnya alam semesta baru dari "alam semesta induk"
Model multiverse hipotetis menghindari keengganan penurunan entropi dari model Big Bounce dan memberikan penjelasan untuk level rendahnya saat ini, kata Carroll. Ini berasal dari gagasan "inflasi" - model alam semesta yang diterima dengan baik tetapi tidak lengkap. Istilah "inflasi" dan penjelasan pertama untuk model ini diusulkan pada tahun 1981 oleh fisikawan Alan Guth, saat ini di Massachusetts Institute of Technology. Menurut model ini, ruang setelah Big Bang telah berkembang secara dramatis. Begitu dramatisnya sehingga kecepatan perluasan ini lebih tinggi dari kecepatan cahaya. Menurut mekanika kuantum, fluktuasi energi acak dan halus terus-menerus terjadi di ruang angkasa. Pada suatu titik dalam periode inflasi, puncak fluktuasi ini mencapai maksimumnya dan menyebabkan munculnya galaksi,rongga dan struktur entropi rendah berskala besar yang kita amati di alam semesta saat ini.
Model inflasi itu sendiri dikembangkan berdasarkan pengamatan radiasi latar gelombang mikro kosmik - jenis radiasi tertua yang muncul hanya beberapa ratus ribu tahun setelah Big Bang. Ilmuwan percaya bahwa model inflasi memprediksi keberadaannya dengan sempurna.
Salah satu hipotesisnya adalah bahwa multiverse mungkin merupakan hasil inflasi. Asumsinya mengatakan bahwa ada seseorang yang sangat, sangat besar alam semesta, dari waktu ke waktu memunculkan alam semesta yang lebih padat. Selain itu, tidak ada bentuk komunikasi antara alam semesta ini yang memungkinkan. Markus Wu dari PBS Nova menjelaskan:
“Pada awal 80-an, fisikawan sampai pada kesimpulan bahwa inflasi dapat memiliki sifat tak terhingga, hanya berhenti di beberapa wilayah ruang, menciptakan semacam“kantong”tertutup. Namun, inflasi di antara "kantong-kantong" ini terus berlanjut, dan ia mengalir lebih cepat dari kecepatan cahaya. Pada gilirannya, "kantong" yang diisolasi dari satu sama lain akhirnya menjadi Alam Semesta.
Carroll paling terkesan dengan model ini, meskipun model yang diusulkannya sendiri agak berbeda dari yang dijelaskan di atas:
“Ini hanyalah salah satu versi teori multiverse, tetapi perbedaan utama di sini adalah bahwa 'alam semesta induk' dapat memiliki tingkat entropi yang tinggi dan menciptakan alam semesta dengan tingkat entropi yang rendah,” kata Carroll.
Menurut model ini, sebelum Big Bang, ada semacam ruang besar yang mengembang tempat lahir alam semesta kita dan alam semesta lain yang jumlahnya tak terbatas. Alam semesta lain berada di luar kemampuan kita untuk mendeteksinya dan bisa saja terbentuk sebelum dan sesudah alam semesta kita.
Perlu dicatat bahwa saat ini ini adalah salah satu model paling populer. Namun demikian, para ilmuwan tentu saja melihatnya secara berbeda. Beberapa mendukung gagasan ini, yang lain, sebaliknya, sama sekali tidak setuju dengannya. Namun jika kita mengambil Peter Voight dari Columbia University sebagai contoh, maka teori Multiverse, meskipun terlihat sangat menarik dari sudut pandang sains populer, dapat membuat fisikawan malas dan membuat mereka berhenti mencari jawaban atas pertanyaan paling mendasar, misalnya, mengapa konstanta fisik ada di alam semesta kita? persis seperti apa adanya - menghapus semua variabilitas.
"Para ahli teori berspekulasi tentang kemungkinan jumlah alam semesta yang tak terbatas, dan pada akhirnya kita dapat menemukan model yang jelas yang dapat menjelaskan mengapa nilai (seperti sifat dasar partikel yang kita amati) dapat berbeda satu sama lain di setiap alam semesta," kata Voight …
Voight khawatir bahwa suatu hari nanti pertanyaan utama sains di bidang ini adalah alasan pada topik "betapa beruntungnya kita berada di alam semesta acak ini, di mana segala sesuatu terjadi seperti ini, dan tidak berbeda, meskipun kemungkinannya sangat beragam, jadi mari kita tinggalkan usaha ini dengan teori ".
Apa yang bisa diringkas? Banyak fisikawan dibayar untuk berdebat dan menulis buku di mana mereka mencoba menggambarkan bagaimana Big Bang dan model alam semesta "pra-ledakan" dapat menjelaskan apa yang kita lihat hari ini, meskipun mereka sendiri tidak tahu dan benar-benar tidak tahu. kenapa gitu. Faktanya adalah, meskipun ada penyederhanaan yang serius baik dalam model dan penjelasan matematika, kami belum mendekati jawaban yang benar, dan kami masih memiliki banyak alasan tentang topik ini sampai kami mencapai hasil yang diinginkan.
“Penting tidak hanya mengemukakan teori dan hipotesis. Jauh lebih penting untuk menjelaskan kepada orang-orang bahwa sebenarnya kita sendiri belum memahami apa yang kita bicarakan. Semua ini hanya pada tingkat asumsi, tetapi saya berharap cepat atau lambat kami dapat menemukan jawaban yang tepat yang cocok untuk semua orang,”kata Carroll.
NIKOLAY KHIZHNYAK
