Salah satu pertanyaan utama yang selalu ada dan tidak meninggalkan kesadaran manusia adalah pertanyaan: "bagaimana Semesta muncul?" Tentu saja, tidak ada jawaban yang pasti untuk pertanyaan ini, dan tidak mungkin diperoleh dalam waktu dekat, tetapi sains bekerja ke arah ini dan membentuk model teoretis tertentu tentang asal mula Alam Semesta kita. Pertama-tama, seseorang harus mempertimbangkan sifat-sifat dasar Semesta, yang harus dijelaskan dalam kerangka model kosmologis.
*** Model harus memperhitungkan jarak yang diamati antar objek, serta kecepatan dan arah pergerakannya. Perhitungan tersebut didasarkan pada hukum Hubble: cz = H0D, di mana z adalah pergeseran merah suatu benda, D adalah jarak ke benda ini, dan c adalah kecepatan cahaya.
*** Usia alam semesta dalam model harus melebihi usia benda tertua di dunia.
*** Model harus memperhitungkan kelimpahan awal elemen.
*** Model tersebut harus memperhitungkan struktur skala besar yang teramati di alam semesta.
*** Model harus mempertimbangkan latar belakang yang diamati.
Video promosi:
Sejarah Singkat Alam Semesta. Singularitas menurut artis (foto)
Pertimbangkan secara singkat teori yang diterima secara umum tentang asal-usul dan evolusi awal alam semesta, yang didukung oleh sebagian besar ilmuwan. Saat ini, teori Big Bang berarti kombinasi dari model alam semesta yang panas dengan Big Bang. Dan, meskipun konsep-konsep ini pertama kali ada secara independen satu sama lain, sebagai hasil dari penyatuan mereka, dimungkinkan untuk menjelaskan komposisi kimia awal alam semesta, serta keberadaan radiasi relik.
Menurut teori ini, alam semesta muncul sekitar 13,77 miliar tahun yang lalu dari suatu benda padat yang dipanaskan - suatu keadaan tunggal yang sulit dijelaskan dalam kerangka fisika modern. Masalah dengan singularitas kosmologis, antara lain, adalah ketika mendeskripsikannya, sebagian besar kuantitas fisik, seperti massa jenis dan suhu, cenderung tak terbatas. Pada saat yang sama, diketahui bahwa pada kerapatan tak hingga, entropi (ukuran kekacauan) harus cenderung nol, yang tidak bertepatan dengan suhu tak hingga.
Evolusi alam semesta
*** 10 detik pertama dalam -43 detik setelah Big Bang disebut sebagai tahap kekacauan kuantum. Sifat alam semesta pada tahap keberadaan ini menentang deskripsi dalam kerangka fisika yang kita kenal. Ada disintegrasi ruang-waktu tunggal yang berkelanjutan menjadi kuanta.
*** Momen Planck - momen akhir dari kekacauan kuantum, yang jatuh pada 10 dalam -43 detik. Pada saat ini, parameter alam semesta sama dengan nilai Planck, seperti suhu Planck (sekitar 1032 K). Pada zaman Planck, keempat interaksi fundamental (lemah, kuat, elektromagnetik, dan gravitasi) digabungkan menjadi satu jenis interaksi. Tidak mungkin menganggap momen Planck sebagai periode panjang tertentu, karena fisika modern tidak bekerja dengan parameter yang lebih kecil daripada yang Planck.
*** Tahap inflasi. Tahap selanjutnya dalam sejarah Alam Semesta adalah tahap inflasi. Pada momen inflasi pertama, interaksi gravitasi dipisahkan dari medan supersimetrik terpadu (yang sebelumnya memasukkan bidang interaksi fundamental). Selama periode ini, materi memiliki tekanan negatif, yang menyebabkan peningkatan eksponensial energi kinetik alam semesta. Sederhananya, selama periode ini alam semesta mulai membengkak dengan sangat cepat, dan menjelang akhir energi medan fisik diubah menjadi energi partikel biasa. Pada akhir tahap ini, suhu zat dan radiasi meningkat secara signifikan. Seiring dengan berakhirnya tahap inflasi, interaksi yang kuat terlihat menonjol. Juga pada saat ini asimetri baryon Semesta muncul.
[Asimetri Baryon Semesta adalah fenomena yang diamati dari dominasi materi atas antimateri di Semesta]
*** Tahap dominasi radiasi. Tahapan selanjutnya dalam perkembangan Semesta, yang meliputi beberapa tahapan. Pada tahap ini, suhu alam semesta mulai menurun, terbentuk kuark, kemudian hadron dan lepton. Pada era nukleosintesis terjadi pembentukan unsur kimia awal, helium disintesis. Namun, radiasi masih mendominasi materi.
*** Era dominasi substansi. Setelah 10.000 tahun, energi materi secara bertahap melebihi energi radiasi, dan pemisahannya terjadi. Zat mulai mendominasi radiasi, latar belakang relik muncul. Juga, pemisahan materi dengan radiasi secara signifikan meningkatkan ketidakhomogenan awal dalam distribusi materi, akibatnya galaksi dan supergalaxies mulai terbentuk. Hukum Semesta telah menjadi bentuk yang kita amati hari ini.
Gambaran di atas tersusun dari beberapa teori fundamental dan memberikan gambaran umum tentang pembentukan alam semesta pada tahap awal keberadaannya.
Dari mana asalnya alam semesta?
Jika alam semesta berawal dari singularitas kosmologis, lalu dari mana asal singularitas tersebut? Belum mungkin memberikan jawaban pasti untuk pertanyaan ini. Pertimbangkan beberapa model kosmologis yang mempengaruhi "kelahiran alam semesta".
Model siklik. Pemodelan dedak (foto)
Model-model ini didasarkan pada pernyataan bahwa Semesta selalu ada dan dari waktu ke waktu hanya keadaannya yang berubah, bergerak dari ekspansi ke kontraksi - dan sebaliknya.
*** Model Steinhardt-Turok. Model ini didasarkan pada teori string (teori-M), karena menggunakan objek seperti "bran".
[Bran (dari membran) dalam teori string (teori-M) adalah hipotesis benda fisik multidimensi fundamental yang berdimensi kurang dari dimensi ruang tempatnya berada]
Menurut model ini, alam semesta tampak terletak di dalam bran-tri, yang secara berkala, setiap beberapa triliun tahun, bertabrakan dengan bran-tri lain, yang menyebabkan semacam Big Bang. Selanjutnya, bran-tri kita mulai menjauh dari yang lain dan berkembang. Pada titik tertentu, bagian energi gelap lebih diutamakan dan laju ekspansi bran-tri-bran meningkat. Ekspansi kolosal menyebarkan materi dan radiasi sedemikian rupa sehingga dunia menjadi hampir homogen dan kosong. Pada akhirnya, tubrukan tri-bran berulang kali terjadi, akibatnya bran kita kembali ke fase awal siklusnya, kembali melahirkan "Semesta" kita.
*** Teori Loris Baum dan Paul Frampton juga menyebutkan tentang sifat siklus alam semesta. Menurut teori mereka, yang terakhir setelah Big Bang akan mengembang karena energi gelap hingga mendekati momen "disintegrasi" ruang-waktu itu sendiri - Big Rip. Seperti yang Anda ketahui, dalam "sistem tertutup, entropi tidak berkurang" (hukum kedua termodinamika). Mengikuti pernyataan ini bahwa Semesta tidak dapat kembali ke keadaan semula, karena selama proses seperti itu entropi harus berkurang. Namun, masalah ini diselesaikan dalam kerangka teori ini. Menurut teori Baum dan Frampton, sesaat sebelum Big Rip, Alam Semesta hancur menjadi banyak "tambalan", yang masing-masing memiliki nilai entropi yang agak kecil. Mengalami serangkaian transisi fase, "sisa-sisa" alam semesta sebelumnya ini memunculkan materi dan berkembang serupa dengan Semesta asli. Dunia baru ini tidak berinteraksi satu sama lain, karena mereka menyebar dengan kecepatan yang lebih tinggi dari kecepatan cahaya. Jadi, para ilmuwan telah menghindari singularitas kosmologis, yang dengannya kelahiran alam semesta dimulai menurut sebagian besar teori kosmologis. Artinya, pada akhir siklusnya, Semesta terpecah menjadi banyak dunia lain yang tidak berinteraksi yang akan menjadi alam semesta baru.
*** Kosmologi siklik konformal adalah model siklik Roger Penrose dan Vahagn Gurzadyan. Menurut model ini, Semesta mampu memasuki siklus baru tanpa melanggar hukum kedua termodinamika. Teori ini didasarkan pada asumsi bahwa lubang hitam menghancurkan informasi yang diserap, yang entah bagaimana secara "sah" menurunkan entropi alam semesta. Kemudian setiap siklus keberadaan Semesta dimulai dengan kemiripan dengan Big Bang dan diakhiri dengan singularitas.
Model lain tentang asal mula alam semesta
Di antara hipotesis lain yang menjelaskan kemunculan Alam Semesta yang terlihat, dua hipotesis berikut ini yang paling populer:
*** Teori inflasi yang kacau - teori Andrey Linde. Menurut teori ini, ada medan skalar tertentu, yang tidak homogen di seluruh volumenya. Artinya, di berbagai wilayah alam semesta, medan skalar memiliki arti yang berbeda. Kemudian, di daerah yang medannya lemah tidak terjadi apa-apa, sedangkan daerah dengan medan kuat mulai mengembang (inflasi) karena energinya, sehingga membentuk alam semesta baru. Skenario ini menyiratkan keberadaan banyak dunia yang tidak muncul secara bersamaan dan memiliki kumpulan partikel dasar sendiri, dan akibatnya, hukum alam.
*** Teori Lee Smolin - mengasumsikan bahwa Big Bang bukanlah awal dari keberadaan Alam Semesta, tetapi hanya fase transisi antara dua keadaannya. Sejak sebelum Big Bang alam semesta ada dalam bentuk singularitas kosmologis, yang sifatnya mirip dengan singularitas lubang hitam, Smolin menyatakan bahwa alam semesta bisa muncul dari lubang hitam.
Ada juga pola di mana alam semesta muncul terus menerus, bercabang dari induknya dan menemukan tempatnya sendiri. Selain itu, sama sekali tidak perlu hukum fisik yang sama ditetapkan di dunia seperti itu. Semua dunia ini "bersarang" dalam satu kontinum ruang-waktu, tetapi mereka begitu terpisah sehingga mereka tidak merasakan kehadiran satu sama lain dengan cara apa pun. Secara umum, konsep inflasi memungkinkan - terlebih lagi, memaksa! - untuk percaya bahwa di dalam megakosmos raksasa terdapat banyak alam semesta yang terisolasi dengan pengaturan yang berbeda.
Terlepas dari kenyataan bahwa model siklis dan model lain menjawab sejumlah pertanyaan, jawaban yang tidak dapat diberikan oleh teori Big Bang, termasuk masalah singularitas kosmologis. Namun, bersama dengan teori inflasi, Big Bang menjelaskan lebih lengkap asal usul alam semesta, dan juga menyatu dengan banyak pengamatan.
Saat ini, para peneliti terus mempelajari secara intensif skenario yang mungkin untuk asal usul alam semesta, bagaimanapun, untuk memberikan jawaban yang tak terbantahkan untuk pertanyaan "Bagaimana alam semesta muncul?" - tidak mungkin berhasil dalam waktu dekat. Ada dua alasan untuk ini: bukti langsung teori kosmologis secara praktis tidak mungkin, hanya tidak langsung; bahkan secara teoritis tidak ada cara untuk mendapatkan informasi yang akurat tentang dunia sebelum Big Bang. Karena dua alasan ini, para ilmuwan hanya dapat mengajukan hipotesis dan membangun model kosmologis yang paling tepat menggambarkan sifat alam semesta yang kita amati.
