Model siklus Alam Semesta: degenerasi materi terjadi tanpa henti

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-16 16:08

Pada awal 2000-an, dua fisikawan dari Universitas Princeton mengusulkan model kosmologis, yang menurutnya Big Bang bukanlah peristiwa unik, tetapi ruang-waktu ada jauh sebelum alam semesta lahir.

Dalam model siklus, alam semesta melewati siklus mandiri yang tak terbatas. Pada 1930-an, Albert Einstein mengemukakan gagasan bahwa alam semesta dapat mengalami siklus big bang dan kompresi besar yang tak berujung. Perluasan alam semesta kita mungkin merupakan hasil dari runtuhnya alam semesta yang mendahuluinya. Dalam kerangka model ini, kita dapat mengatakan bahwa Semesta terlahir kembali dari kematian pendahulunya. Jika demikian, maka Big Bang bukanlah sesuatu yang unik, itu hanyalah satu ledakan kecil di antara ledakan lainnya yang jumlahnya tak terbatas. Teori siklik tidak serta merta menggantikan teori Big Bang, melainkan mencoba menjawab pertanyaan lain: misalnya, apa yang terjadi sebelum Big Bang dan mengapa Big Bang mengarah pada periode ekspansi yang cepat?

Salah satu model siklus baru Semesta diusulkan oleh Paul Steinhardt dan Neil Turok pada tahun 2001. Steinhardt menggambarkan model ini dalam artikelnya, yang disebut The Cyclic Model of the Univers. Dalam teori string, membran, atau "bran", adalah objek yang ada dalam sejumlah dimensi. Menurut Steinhardt dan Turok, tiga dimensi spasial yang kita lihat berhubungan dengan bran-bran ini. Dua bran 3D dapat eksis secara paralel, dipisahkan oleh dimensi tambahan yang tersembunyi. Bran ini - mereka dapat dianggap sebagai pelat logam - dapat bergerak di sepanjang dimensi ekstra ini dan bertabrakan satu sama lain, menciptakan Big Bang, dan karenanya alam semesta (seperti milik kita). Ketika mereka bertabrakan, peristiwa terungkap sesuai dengan model Big Bang standar: materi panas dan radiasi dibuat, inflasi cepat terjadi, dan kemudian semuanya menjadi dingin - dan struktur seperti galaksi, bintang, dan planet terbentuk. Namun, Steinhardt dan Turok berpendapat bahwa selalu ada beberapa interaksi antara bran-bran ini, yang mereka sebut antar-bran: menarik mereka bersama-sama, menyebabkan mereka bertabrakan lagi dan menghasilkan Big Bang berikutnya.

Model Steinhardt dan Turok bagaimanapun menantang beberapa asumsi model Big Bang. Misalnya, menurut mereka, Big Bang bukanlah awal dari ruang dan waktu, melainkan transisi dari fase evolusi sebelumnya. Jika kita berbicara tentang model Big Bang, maka dikatakan bahwa peristiwa ini menandai awal langsung dari ruang dan waktu. Selain itu, dalam siklus tumbukan bran ini, struktur alam semesta berskala besar harus ditentukan oleh fase kompresi: yaitu, ini terjadi sebelum mereka bertabrakan dan Big Bang berikutnya terjadi. Menurut teori Big Bang, struktur skala besar alam semesta ditentukan oleh periode ekspansi cepat (inflasi), yang terjadi tak lama setelah ledakan. Selain itu, model Big Bang tidak memprediksi berapa lama alam semesta akan ada, dan dalam model Steinhardt durasi setiap siklus adalah sekitar satu triliun tahun.

Hal yang baik tentang model siklus Semesta adalah, tidak seperti model Big Bang, model ini dapat menjelaskan apa yang disebut konstanta kosmologis. Besarnya konstanta ini secara langsung berkaitan dengan percepatan ekspansi Semesta: ini menjelaskan mengapa ruang berkembang begitu cepat. Menurut pengamatan, nilai konstanta kosmologis sangat kecil. Sampai saat ini, diyakini bahwa nilainya 120 kali lipat lebih kecil dari yang diperkirakan oleh teori Big Bang standar. Perbedaan antara observasi dan teori ini telah lama menjadi salah satu masalah terbesar dalam kosmologi modern. Namun, belum lama ini, data baru diperoleh tentang perluasan Alam Semesta, yang menurutnya berkembang lebih cepat dari yang diperkirakan sebelumnya. Masih menunggu pengamatan baru dan konfirmasi (atau sanggahan) dari data yang sudah diperoleh.

Steven Weinberg, peraih Nobel 1979, mencoba menjelaskan perbedaan antara mengamati dan memprediksi model dengan menggunakan apa yang disebut prinsip antropik. Menurutnya, nilai konstanta kosmologis bersifat acak dan berbeda di berbagai belahan alam semesta. Kita tidak perlu heran bahwa kita hidup di daerah yang langka di mana kita mengamati nilai kecil dari konstanta ini, karena hanya dengan nilai ini bintang, planet, dan kehidupan dapat berkembang. Beberapa fisikawan, bagaimanapun, tidak puas dengan penjelasan ini karena kurangnya bukti bahwa nilai ini berbeda di wilayah lain di Alam Semesta yang dapat diamati.

Model serupa dikembangkan oleh fisikawan Amerika Larry Abbott pada 1980-an. Namun, dalam modelnya, penurunan konstanta kosmologis ke nilai rendah begitu lama sehingga semua materi di Alam Semesta selama periode tersebut akan tersebar di ruang angkasa, meninggalkannya, pada kenyataannya, kosong. Menurut model siklus Semesta Steinhardt dan Turok, alasan mengapa nilai konstanta kosmologis sangat kecil adalah karena awalnya sangat besar, tetapi seiring waktu, dengan setiap siklus baru, ia menurun. Dengan kata lain, dengan setiap ledakan besar, jumlah materi dan radiasi di Semesta "nol", tetapi bukan konstanta kosmologis. Selama banyak siklus, nilainya telah turun, dan hari ini kami mengamati dengan tepat nilai ini (5, 98 x 10-10 J / m3).

Dalam sebuah wawancara, Neil Turok berbicara tentang model alam semesta siklik miliknya dan Steinhardt sebagai berikut:

“Kami telah mengusulkan sebuah mekanisme di mana teori superstring dan teori-M (teori gravitasi kuantum gabungan terbaik kami) memungkinkan alam semesta melalui Big Bang. Tetapi untuk memahami apakah asumsi kami sepenuhnya konsisten, diperlukan kerja teoretis lebih lanjut."

Para ilmuwan berharap dengan perkembangan teknologi, akan ada kesempatan untuk menguji teori ini bersama dengan orang lain. Jadi, menurut model kosmologi standar (ΛCDM), periode yang dikenal sebagai inflasi terjadi tak lama setelah Big Bang, yang mengisi alam semesta dengan gelombang gravitasi. Pada tahun 2015, sinyal gelombang gravitasi tercatat, bentuknya bertepatan dengan prediksi Relativitas Umum untuk penggabungan dua lubang hitam (GW150914). Pada tahun 2017, fisikawan Kip Thorne, Rainer Weiss dan Barry Barish dianugerahi Hadiah Nobel untuk penemuan ini. Selanjutnya juga terekam gelombang gravitasi yang berasal dari peristiwa penggabungan dua bintang neutron (GW170817). Namun, gelombang gravitasi dari inflasi kosmik belum tercatat. Selain itu, Steinhardt dan Turok mencatat bahwa jika model mereka benar, maka gelombang gravitasi seperti itu akan terlalu kecil untuk "dideteksi".