Alam semesta merupakan sebuah daerah yang sangat besar, terisi dengan
berbagai komponen yang bisa mengejutkan kita, termasuk hal-hal yang
jauh dari bayangan kita. Teori kosmologi modern dimulai oleh Friedman
pada tahun 1920 dan dikenal juga sebagai model kosmologi standar. Model
kosmologi standar
dimulai dengan prinsip di dalam skala besar, alam
semesta homogen dan isotropis serta pengamat tidak berada pada posisi
yang istimewa di alam semesta. Model ini juga menyatakan bahwa alam
semesta seharusnya mengembang dalam jangka waktu berhingga, dimulai dari
keadaan yang sangat panas dan padat.
Bintang merupakan salah satu objek yang bisa langsung dikenali saat
kita melihat langit, tentu saja disamping bulan dan planet. Bintang
sendiri memiliki beberapa tipe dan kelas, namun seringnya saat melihat
bintang, kita akan langsung membandingkannya dengan Matahari.
Bintang-bintang yang ada di langit terikat satu sama lainnya dalam suatu
ikatan gravitasi yang membentuk galaksi Bima Sakti.
Bima Sakti juga bukan satu-satunya galaksi yang ada di alam semesta.
Bima Sakti hanya merupakan satu dari miliaran galaksi yang ada dalam
alam semesta teramati. Alam semesta teramati ini terdiri dari galaksi
dan materi-materi lainnya yang secara prinsip bisa teramati dari Bumi
saat ini. Tentunya cahaya atau sinyal lainnya dari obyek-obyek ini
membutuhkan waktu untuk mencapai kita.
Model Alam Semesta
Model evolusi alam semesta. Kredit : SDSS
Tahun 1929, Edwin Hubble yang bekerja di Carniege Observatories di Pasadena, California mengukur pergeseran merah dari sejumlah galaksi jauh.
Ia juga mengukur jarak relatif dengan pengukuran kecerlangan semu
bintang variabel Cepheid di setiap galaksi. saat melakukan plot
pergeseran merah terhadap jarak relatif, Hubble menemukan kalau
pergeseran merah galaksi jauh ini meningkat dalam fungsi linear terhadap
jarak. Galaksi-galaksi jauh itu bergerak saling menjauh satu sama
lainnya, dan memberikan adanya gambaran kalau alam semesta ternyata
tidak tetap melainkan mengembang.
Jika demikian, bisa dikatakan alam semesta di masa lalu itu jauh
lebih kecil dan lebih jauh lagi ke masa lalu, alam semesta ini hanya
berupa sebuah titik. Titik yang kemudian dikenal sebagai dentuman besar,
sekaligus awal dari alam semesta yang bisa kita pahami saat ini. Alam
semesta yang mengembang ini terbatas dalam ruang dan waktu.
Newton mengetahui bahwa jika deskripsi gravitasinya benar, maka gaya
gravitasi antar seluruh partikel bermassa dalam alam semesta akan secara
akumulatif membuat alam semesta runtuh. Oleh karena itu ia mengusulkan
alam semesta besarnya tak hingga. Persamaan medan Einstein
mengusulkan alam semesta yang dinamik (walaupun awalnya Einstein
sendiri, seperti kebanyakan orang hingga 1920an, berpikir bahwa alam
semesta statik.
Mengapa alam semesta ini tidak runtuh seperti prediksi Newton dan
Einstein? Jawabannya tak lain karena semenjak awal terjadinya, alam
semesta ini sudah mengembang. Dalam alam semesta mengembang, ada 3
solusi yang diajukan untuk memprediksikan nasib alam semesta secara
kesluruhan. Nah nasib yang mana yang akan dialami tentunya bergantung
pada pengukuran kecepatan mengembang alam semesta relatif terhadap
jumlah materi di dalam alam semesta.
Secara umum ketiga solusi itu adalah, alam semesta terbuka, alam
semesta datar dan alam semesta tertutup. Untuk alam semesta terbuka, ia
akan mengembang selamanya, jika ia merupakan alam semesta datar maka
akan terjadi pengembangan selamanya dengan laju pengembangan mendekati
nol setelah waktu tertentu. Jika alam semesta merupakan alam semesta
tertutup, ia akan berhenti mengembang dan mulai mengalami keruntuhan
terhadap dirinya sendiri dan kemungkinan akan memicu terjadinya dentuman
besar lainnya. Untuk ketiga solusi ini, alam semesta akan mengalami
perlambatan dalam mengembang sebagai akibat dari gravitasi.
Pengamatan yang dilakukan saat ini pada supernova jauh menunjukan
terjadinya pengembangan alam semesta yang mengalami percepatan, yang
diakibatkan oleh keberadaan energi kelam. Tak seperti gravitasi yang
memperlambat terjadinya pengembangan, energi kelam justru mempercepat
pengembangan. Nah jika memang energi kelam ini memainkan peranan yang
penting dalam evolusi alam semesta, maka kemungkinan yang terjadi alam
semesta akan terus mengembang secara eksponensial selamanya.
Alam Semesta Dini
Namun sesungguhnya, alam semesta yang kita lihat saat ini berbeda jauh
dengan masa lalu. Jika manusia mengalami yang namanya pertumbuhan dari
bayi sampai dewasa, alam semesta juga demikian. Di awal sejarahnya, alam
semesta merupakan daerah yang sangat panas dan padat. Suatu keadaan
yang berbeda jauh dari alam semesta yang ada saat ini yang sudah sangat
layak menjadi tempat hunia. Jika kita menelaah ke masa lalu, maka akan
ditemukan pada saat awal sejarah alam semesta, keadaanya yang panas
tidak memungkinkan adanya atom, karena elektron bergerak bebas dan pada
keadaan yang lebih awal lagi, nuklei terpisah menjadi proton dan netron,
dan alam semesta merupakan plasma yang luar biasa panas yang terdiri
dari partikel-partikel sub nuklir. Jika kita telusuri lebih jauh lagi ke
awal alam semesta maka akan ditemukan kalau alam semesta memiliki titik
awal yang dikenal sebagai dentuman besar atau ledakan besar.
Model perjalanan alam semesta. Kredit : NASA/WMAP team
Jika gambaran besar alam semesta kita majukan dari Big Bang, maka
akan kita temukan kalau alam semesta mengembang dari plasma yang panas
dan padat menjadi alam semesta yang cukup dingin yang terlihat saat ini.
Namun dalam sejarah pengembangannya, ada beberapa periode singkat saat
alam semesta masih berusia sekitar 1 menit dimana proton dan netron
tersintesis menjadi nuklei ( helium, deutrium, dan lithium, bersamaan
dengan proton-proton tunggal yang membentuk nukeli hidrogen). Kemudian
elektron bergabung dengan nuklei membentuk atom saat alam semesta
berusia sekitar 370 000 tahun. Pada titik inilah alam semesta menjadi
transparan dan dari radiasi foton yang lepas kita bisa mendapatkan
informasi tentang alam semesta.
Peta pengamatan yang dihasilkan COBE. Peta paling bawah merupakan variasi temperatur dari radiasi latar belakang. Kredit : COBE
Pada saat alam semesta mengembang panjang gelombang mengalami
pergeseran menjadi lebih panjang, sehingga temperatur radiasi menurun
sampai sekitar 3 derajat Kelvin, membentuk apa yang kita kenal sebagai
cosmic microwave background (CMB). CMB sendiri bisa dinyatakan sebagai
emisi yang datang dari alam semesta yang masih sangat muda dan partikel
berada dalam keadaan setimbang termodinamik sempurna. CMB menjadi sangat
penting, karena CMB merupakan petunjuk yang membawa informasi alam
semesta dini. Hasil CMB menunjukkan adanya homogenitas atau keseragaman
yang tinggi dalam distribusi temperatur alam semesta.
Isi alam semesta sendiri cukup beragam, bukan hanya apa yang bisa
terlihat. Dari yang terdeteksi, ternyata alam semesta ini 5% terdiri
dari materi (atom yang membentuk bintang, gas, debu, dan planet). Dan
ada 25 % dari alam semesta yang terisi oleh materi gelap, partikel baru
yang bahkan beum bisa dideteksi oleh laboratorium manapun di bumi ini.
Sementara 70% alam semesta diisi oleh energi gelap, yang terdistribusi
merata dan energi ini pun masih menjadi sbeuah misteri yang tak
terpecahkan bagi dunia sains. Energi gelap diperkirakan merupakan energi
vakum yang tak terpisahkan dari ruang waktu atau mungkin bisa juga
sesuatu yang jauh lebih eksotik dari itu.
Tampaknya model Big Bang konvensional memberikan suatu keselarasan
dengan hasil observasi, selama kita memberikan suatu kondisi awal yang
spesifik pada awal alam semesta yakni : alam semesta yang mengembang
dengan kerapatan yang sama di semua titik dalam ruang, namun ada
gangguan kecil yang menyebabkan alam semesta berkembang ke keadaan
sekarang. Mengapa demikian?
Dari model kosmologi standar terdapat dua permasalahan besar yakni
masalah horison dan masalah kurvatur alam semesta. Semakin dini alam
semesta, kerapatannya akan mendekati kerapatan kritis, maka berapapun
kerapatan alam semesta sekarang, pada alam semesta dini perbedaan
kerapatannya haruslah sangat kecil. Kalau tidak, maka kita tidak akan
bisa menjumpai alam semesta pada keadaan sekarang. Jika perbedaannya
besar, maka untuk model alam semesta tertutup, alam semesta sudah
mengalami kehancuran besar atau big crunch dan untuk model alam semesta
mengembang, temperatur 3 Kelvin telah dicapai sebelum saat ini.
Sedangkan masalah horison berkaitan dengan batas sesuatu yang bisa
diamati dengan yang belum teramati. Intinya, dari CMB kita temukan
adanya keseragaman temperatur. Nah temperatur ini bisa seragam tentu
karena adanya komunikasi antara partikel-partikel dalam alam semesta.
Namun setelah kita telusuri jejak ke masa lalu, ternyata horison itu
kecil dan menunjukkan kalau setelah big bang dan alam semesta mengembang
partikel-partikel yang awalnya bisa saling berkomunikasi akan tidak
bisa saling berkomunikasi lagi karena berada di luar horison tersebut.
Nah bagaimana supaya partikel-partikel tersebut bisa saling
berkomunikasi? Jawabannya perbesar horison, nah jawaban yang
memungkinkan untuk kedua masalah ini adalah adanya inflasi alam semesta.
Inflasi alam semesta. Kredit : guidetothecosmos.com
Apa itu Inflasi? Inflasi alam semesta merupakan pengembangan alam
semesta secara eksponensial dalam waktu yang sangat singkat saat alam
semesta dini. Bahkan satu kedipan matapun lebih lambat dari inflasi alam
semesta. Inflasi terjadi dalam waktu kurang dari 1 detik. Cepat sekali
bukan? Mengapa perlu adanya inflasi?
Inflasi diperlukan untuk memecahkan masalah kurvatur alam semesta
maupun masalah horizon. Dengan adanya inflasi maka horizon alam semesta
bisa diperbesar sampai keadaan dimana partikel-partikel berada dalam
lingkup horizon dan bisa slaing berkomunkiasi. Selain itu dengan
pengembangan alam semesta secara tiba-tiba (eksponensial) maka setelah
alam semesta mengalami inflasi, setelah itu ia akan mengembang mengikuti
model standar dan pada akhirnya bisa mencapai keadaan saat ini. Tanpa
inflasi evolusi alam semesta mungkin sudah mencapai masa akhirnya
(kehancuran besar untuk alam semesta tertutup) atau kondisi dimana
temperatur alam semesta mencapai suhu 3 K terjadi jauh sebelum sekarang.
Namun sampai saat ini belum ada model inflasi yang pasti. Berbagai
model inflasi masih terus dikembangkan. Alam semesta memang menyimpan
segudang misteri untuk dipecahkan, namun setiap satu misteri terungkap
akan muncul misteri baru. Ruang waktu seperti sebuah jajaran teka teki
yang menanti manusia untuk mengisi setiap jawaban.