Terciptanya Alam Semesta dari Ketiadaan

Pernahkah terpikirkan olehmu mengapa dan bagaimana alam semesta kita bisa tercipta? Ini adalah pertanyaan yang “menghantui” manusia sejak berabad-abad yang lalu. Berbagai kebudayaan manusia di masa lampau memiliki cerita yang berbeda-beda tentang penciptaan alam semesta, bergantung pada kepercayaan yang dianut. Tapi, sains memiliki sudut pandang tersendiri terhadap pertanyaan besar ini.

Dalam beberapa tahun ke belakang, para astronom telah melakukan penelitian tentang pembentukan alam semesta. Mereka meyakini bahwa dengan memahami sejarah pembentukan alam semesta dan proses fisis yang terjadi, kita akan mendapatkan petunjuk tentang mengapa alam semesta tercipta. Satu teori yang diterima secara umum saat ini adalah Big Bang (Dentuman Besar), yaitu alam semesta berawal dari suatu titik singularitas yang kemudian mengembang dan membentuk dunia yang kita ketahui saat ini. Ide ini mungkin terdengar gila, tetapi para astronom yakin bahwa Big Bang dapat terjadi secara alami berdasarkan dua teori yang belum terbantahkan hingga saat ini: mekanika kuantum dan relativitas umum.

img1

Ilustrasi pembentukan alam semesta yang dimulai dari Big Bang, tahap inflasi, hingga pembentukan struktur skala besar yang teramati saat ini. (Kredit: NASA/WMAP Science Team & Ryan Kaldari)


Pembentukan Partikel dan Ruang-Waktu

Apa yang memicu terjadinya Big Bang? Pertama, kita harus meninjaunya berdasarkan mekanika kuantum. Mekanika kuantum adalah cabang ilmu fisika yang berurusan dengan benda-benda kecil seperti atom, elektron, proton, dan partikel kecil lainnya. Ini merupakan teori yang sukses dan mendasari kemajuan teknologi di bidang elektronika modern. Berdasarkan mekanika kuantum, ruang hampa tidaklah benar-benar kosong. Ruang tersebut sebenarnya diisi oleh partikel dan antipartikel yang muncul dan menghilang seketika. Mereka tidak bertahan lama sehingga tidak dapat diamati secara langsung. Namun, kita dapat mempelajari karakteristik partikel dan antipartikel tersebut berdasarkan efek yang ditimbulkannya ketika mereka muncul dan menghilang.

img2Gugus galaksi merupakan struktur skala besar di alam semesta. (Kredit: NASA, ESA, STScI, CLASH Team, Hubble Heritage Team, AURA)

Mari kita ubah pembahasan kita dari benda-benda sangat kecil seperti atom ke benda yang sangat besar seperti galaksi. Teori terbaik untuk menjelaskan struktur skala besar tersebut adalah teori relativitas umum yang dikemukakan oleh Albert Einstein. Teori ini sangat ampuh untuk menjelaskan bagaimana ruang, waktu, dan gravitasi bekerja. Relativitas umum sangat berbeda dengan mekanika kuantum. Bahkan hingga saat ini, para ilmuwan belum mampu menyatukan kedua teori tersebut seutuhnya (baca di sini untuk lebih jelasnya).

Satu hal yang ditemukan para ilmuwan adalah ketika teori kuantum dan relativitas umum digunakan untuk mempelajari ruang-waktu pada skala yang sangat kecil, ruang-waktu tersebut menjadi tidak stabil. Ruang-waktu tidak lagi kontinu dan berubah menjadi “gelembung-gelembung” diskrit. Artinya, ruang-waktu terkuantisasi dan dapat berfluktuasi (muncul dan menghilang seketika), sama seperti pada kasus partikel dan antipartikel.


Alam Semesta dari Gelembung Ruang-Waktu

Kita tahu bahwa bukan hanya partikel dan antipartikel yang dapat muncul dan menghilang dari kehampaan. Gelembung ruang-waktu pun dapat berperilaku demikian. Tapi, jika gelembung ruang-waktu tersebut tidak stabil dan hanya dapat bertahan dalam waktu yang bahkan lebih singkat dari kedipan mata, bagaimana gelembung ruang-waktu tersebut dapat membentuk alam semesta yang kita tinggali saat ini? Salah satu solusinya adalah teori inflasi kosmik.

Saat ini, para ilmuwan sepakat bahwa alam semesta kita dimulai dari peristiwa yang disebut sebagai Big Bang. Semua materi dan energi yang ada di alam semesta pada awalnya bersatu padu dalam suatu titik yang sangat kecil (titik singularitas) dan kemudian meledak dan mengembang. Pengembangan tersebut masih berlangsung hingga saat ini dan telah dibuktikan oleh para astronom berdasarkan fakta bahwa kebanyakan galaksi yang teramati cenderung bergerak menjauhi kita.

img3

Ilustrasi tentang partikel dan antipartikel yang dapat tercipta dari ketiadaan berdasarkan fluktuasi kuantum. (Sumber: https://usercontent2.hubstatic.com/12488173_f496.jpg)

Teori inflasi kosmik mengusulkan bahwa pada sepersekian detik setelah Big Bang terjadi, alam semesta mengembang dengan sangat cepat, bahkan jauh lebih cepat daripada pengembangannya saat ini. Teori ini diusulkan oleh fisikawan yang bernama Alan Guth pada tahun 1980-an dan kemudian dikembangkan lebih jauh oleh Andrei Linde. Ide utamanya adalah alam semesta mengembang dengan sangat cepat, dari seukuran inti atom lalu membesar hingga seukuran butiran pasir, dalam waktu sepersekian detik. Ketika pengembangan tersebut melambat, medan gaya yang memicu terjadinya inflasi berubah menjadi materi dan energi yang mengisi alam semesta kita saat ini. Meskipun terdengar sangat aneh, teori inflasi cocok dengan fakta yang ada saat ini. Salah satunya adalah teori tersebut dapat menjelaskan mengapa radiasi latar belakang kosmik (sisa cahaya yang ditinggalkan Big Bang) strukturnya hampir halus dan seragam di bagian langit mana pun. Jika inflasi tidak terjadi, seharusnya struktur tersebut tidak terlihat seperti saat ini.


Alam Semesta Datar

Inflasi juga memberikan alat bagi para astronom untuk menentukan seperti apa geometri/bentuk alam semesta. Hal ini juga penting untuk memahami mengapa alam semesta bisa tercipta dari ketiadaan. Teori relativitas Einstein mengajarkan kita bahwa ruang-waktu yang kita tinggali ini memiliki tiga kemungkinan bentuk. Kemungkinan pertama adalah bentuknya datar seperti permukaan meja. Kemungkinan kedua yaitu bentuknya melengkung ke dalam (tertutup) seperti permukaan bola, sehingga jika kamu berjalan cukup jauh dari suatu titik ke arah tertentu, kamu dapat tiba ke titik yang sama ketika kamu mulai berjalan. Kemungkinan ketiga adalah bentuknya melengkung ke luar (terbuka) seperti permukaan pelana kuda. Jadi, bentuk mana yang benar?

img4

Ilustrasi geometri alam semesta. Bagian bawah, dari kiri ke kanan yaitu alam semesta berbentuk terbuka, datar, dan tertutup. Pembuktian geometri mana yang merepresentasikan alam semesta kita saat ini dapat dilakukan dengan mengamati radiasi latar belakang kosmik. (Kredit: NASA)

Mungkin kamu pernah belajar bahwa besarnya sudut-sudut segitiga jika dijumlahkan akan sama dengan 180 derajat. Tapi, perlu diketahui bahwa pernyataan tersebut benar jika kamu menggambar segitiga tersebut di permukaan yang datar (contohnya kertas datar). Jika kamu menggambar segitiga di permukaan bola, jumlah sudut-sudut segitiga tersebut akan bernilai lebih dari 180 derajat. Untuk kasus segitiga yang digambar di permukaan pelana kuda, jumlah sudut-sudutnya adalah kurang dari 180 derajat. Kamu dapat membuktikannya sendiri jika tidak percaya.

Meskipun radiasi latar belakang kosmik yang kita amati saat ini hampir sangat seragam di semua arah langit, ada bagian radiasi yang temperaturnya lebih dingin atau lebih panas dibandingkan dengan bagian di sekitarnya. Dengan mengukur perbedaan ukuran di radiasi latar belakang tersebut, astronom dapat menentukan geometri/bentuk alam semesta kita dengan konsep segitiga seperti tadi. Hasilnya adalah kita tinggal di alam semesta yang berbentuk datar.


Alam Semesta Tunggal (
Universe) atau Banyak (Multiverse)?

Jika kita cermati cerita tadi, menciptakan alam semesta seperti terlihat “mudah”. Mekanika kuantum mengajarkan kita bahwa “ketiadaan” adalah sesuatu yang tidak stabil sehingga perubahan dari “tidak ada” menjadi “ada” adalah sesuatu yang tidak terelakkan. Gelembung ruang-waktu yang awalnya sangat kecil ternyata dapat menjadi alam semesta yang begitu luas akibat inflasi kosmik. Tapi, apakah hal tersebut hanya terjadi sekali? Jika suatu gelembung ruang-waktu dapat berinflasi menjadi alam semesta, apa yang mencegah gelembung ruang-waktu lain untuk melakukan hal yang sama?

Hal inilah yang memunculkan ide bahwa alam semesta sebenarnya tidak tunggal. Andrei Linde mengusulkan bahwa gelembung-gelembung ruang-waktu tersebut akan mengembang dan membentuk alam semestanya masing-masing. Alam semesta lain tersebut mungkin akan sangat berbeda dengan alam semesta yang kita tinggali. Misalnya dimensi ruangnya bukan tiga (panjang, lebar, tinggi) melainkan lima atau lebih. Gravitasinya juga mungkin puluhan atau bahkan ribuan kali lebih kuat atau lemah dari gravitasi kita. Bahkan mungkin materi yang terbentuk tidak seperti materi-materi yang kita kenal saat ini. Namun, hingga kini kita belum memiliki bukti kuat bahwa alam semesta lain benar-benar ada.

Masih banyak misteri tentang alam semesta kita yang menunggu untuk dipecahkan. Tapi satu hal yang perlu diingat, meskipun alam semesta bisa tercipta secara alami berdasarkan mekanika kuantum dan teori relativitas umum, bukan berarti tidak ada kontribusi Tuhan di sana. Harus ada sosok yang menciptakan hukum-hukum tersebut agar alam semesta yang kita tinggali saat ini dapat tercipta.


Referensi:

  1. http://www.bbc.com/earth/story/20141106-why-does-anything-exist-at-all
  2. Krauss, Lawrence M. 2012. A Universe from Nothing: Why There Is Something Rather than Nothing. New York: Free Press.
  3. Weinberg, Steven. 1993. The First Three Minutes: A Modern View of the Origin of the Universe. New York: Basic Books.

Penulis: Irham Taufik Andika
Editor: Fathin Qurratu Ainy 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

w

Connecting to %s