Ilustrasi. Big Bang, teori awal mula semesta yang menyebut muasalnya dari satu titik ultra-padat yang kemudian terus mengembang. (Tangkapan layar web nasa.gov)
Jakarta, CNN Indonesia --
Teori Dentuman Besar di dunia sains dianggap sebagai awal dari segalanya, sekitar 13,8 miliar tahun yang lalu. Alam semesta meledak dan berkembang menjadi 'ada'. Lalu seperti apa kondisi sebelum Big Bang?
Sean Carroll, fisikawan teoretis di California Institute of Technology menyebut "Big Bang adalah momen dalam waktu, bukan titik dalam ruang."
Menurut penulis 'The Big Picture: On the Origins of Life, Meaning and the Universe Itself' (2016) itu, ada kemungkinan bahwa alam semesta pada Big Bang sangat kecil atau sangat besar.
Pasalnya, tidak ada cara untuk melihat ke masa lalu. Yang kita benar-benar tahu, kata Caroll dikutip dari LiveScience, adalah bahwa Big Bang itu "sangat, sangat padat dan dengan cepat menjadi kurang padat."
Pada Dentuman Besar, lanjutnya, segala sesuatu menjadi lebih padat dan lebih panas daripada sekarang, tetapi tidak ada lagi yang "di luar" daripada yang ada saat ini.
Saat menjawab soal potensi seseorang, dengan pandangan seperti dewa, berdiri dalam kehampaan [di luar semesta] sambil melihat 'bayi' alam semesta yang mengerut tepat sebelum Big Bang, Carol menyebut itu tidak mungkin.
Baginya, alam semesta tidak mengembang ke luar angkasa; ruang itu sendiri lah yang diperluas.
"Tidak peduli di mana Anda berada di alam semesta, jika Anda menelusuri kembali 14 miliar tahun [lalu], Anda sampai pada titik di mana [semesta] itu sangat panas, padat, dan berkembang pesat," kata dia.
Caroll mengakui tidak ada yang tahu persis apa yang terjadi di alam semesta sampai 1 detik setelah Big Bang, ketika alam semesta cukup mendingin buat proton dan neutron bertabrakan dan tetap bersatu.
Paul M. Sutter, astrofisikawan di SUNY Stony Brook dan Flatiron Institute di New York City, menyebut perjalanan saintifik ke momen pertama kosmos atau semesta matematika membuat matematika semakin sulit untuk dipecahkan, sampai ke titik di mana semuanya berhenti.
Tanda utama bahwa kita memiliki medan yang belum dijelajahi adalah singularitas atau titik dengan kepadatan tak terhingga, awal Dentuman Besar.
Dilihat dari nilai nominalnya, ini memberi tahu kita bahwa pada satu titik, alam semesta dijejalkan ke dalam titik yang sangat kecil dan sangat padat.
Sutter menyebut ini jelas tidak masuk akal, dan yang benar-benar memberitahu kita adalah bahwa kita membutuhkan fisika baru untuk menyelesaikan masalah ini. Alat (toolkit) kita, kata dia, saat ini tidak cukup baik.
Bermacam teori dan hipotesis
Beberapa ilmuwan pun merilis pandangannya terkait Big Bang. Jika teori-teori itu semua terdengar agak halu, itu karena para ilmuwan belum memiliki cara untuk mengintip kembali ke momen Big Bang, apalagi apa yang terjadi sebelumnya.
Namun, Caroll menyebut tetap ada ruang untuk bisa dijelajahi.
Deteksi gelombang gravitasi dari tabrakan galaksi yang kuat pada tahun 2015 membuka kemungkinan bahwa gelombang ini dapat digunakan untuk memecahkan misteri mendasar tentang perluasan alam semesta pada detik krusial pertama itu.
Fisikawan teoretis juga memiliki pekerjaan yang harus dilakukan, kata Carroll, seperti membuat prediksi yang lebih akurat tentang bagaimana gaya kuantum seperti gravitasi kuantum dapat bekerja.
"Kami bahkan tidak tahu apa yang kami cari," kata Carroll, "sampai kami punya teori."
Berikut di antaranya teori-teori tersebut:
1. Awal dari segala awal
Hal ini diutarakan karena ketiadaan bukti atau alat untuk mengukur apa yang terjadi sebelum Big Bang.
Fisikawan Stephen Hawking menyebut momen Big Bang ini adalah yang paling penting: sebelum Big Bang, katanya, peristiwa tidak dapat diukur, dan dengan demikian tidak dapat ditentukan.
Hawking menyebut ini hipotesis tanpa tapal batas (no-boundary proposal): waktu dan ruang, katanya, terbatas, tetapi mereka tidak memiliki batas atau titik awal atau akhir, sama seperti planet Bumi yang terbatas tetapi tidak memiliki ujung.
"Karena peristiwa sebelum Big Bang tidak memiliki konsekuensi pengamatan, seseorang mungkin juga memotongnya dari teori dan mengatakan bahwa waktu dimulai saat Big Bang," katanya dalam sebuah wawancara di acara National Geographic "StarTalk" pada 2018.
Karena pandangannya itulah, dalam buku terakhirnya 'Brief Answers to Big Questions' (2018), Hawking menutup potensi soal keberadaan Tuhan.
"Saya pikir alam semesta tercipta secara spontan dari ketiadaan, menurut hukum sains. Jika Anda menerima itu seperti saya, bahwa hukum alam itu tetap, maka tidak dibutuhkan waktu lama untuk bertanya: Apa ada peran tersisa untuk Tuhan?" cetusnya.
Baginya, pandangan bahwa hukum-hukum fisika, termasuk teori Big Bang, adalah ciptaan Tuhan tak memberi bukti nyata soal wujud Pencipta.
"Jika Anda suka, Anda dapat mengatakan hukum-hukum itu kreasi Tuhan. Tetapi hal itu lebih kepada definisi dari Tuhan ketimbang bukti eksistensinya," tulis Hawking.
"Apakah Tuhan menciptakan hukum kuantum yang dapat membuat Big Bang terjadi?" tulis Hawking, "Saya tidak berkeinginan menyerang kepercayaan siapa pun, tetapi saya kira, sains punya penjelasan yang lebih menarik ketimbang entitas abadi itu."
Teori Dawai di halaman berikutnya...
2. Semesta cermin
Caroll mengungkap gagasan ilmiah lain yang menyatakan Big Bang bukanlah permulaan waktu, melainkan momen simetri (moment of symmetry).
Dalam gagasan ini, ada alam semesta lain sebelum Big Bang yang identik dengan alam semesta kita tetapi dengan peningkatan entropi ke masa lalu, bukan ke masa depan.
Peningkatan entropi, atau peningkatan ketidakteraturan dalam suatu sistem, kata Caroll, pada dasarnya adalah anak panah waktu. jadi di alam semesta cermin ini, waktu akan berjalan berlawanan dengan waktu di alam semesta modern dan alam semesta kita berada di masa lalu.
Pendukung teori ini juga menyatakan bahwa sifat-sifat lain dari alam semesta akan terbalik di alam semesta cermin ini.
Misalnya, fisikawan David Sloan menulis di Blog Sains Oxford University, asimetri dalam molekul dan ion (yang disebut chiralities) akan berada dalam orientasi yang berlawanan dengan apa yang ada di alam semesta kita.
3. Big Bounce
Teori lainnya berpendapat bahwa Big Bang bukanlah awal dari segalanya, melainkan momen ketika alam semesta beralih dari periode kontraksi ke periode ekspansi, alias Big Bounce.
Gagasan ini menunjukkan bahwa mungkin ada Big Bang yang tak terbatas saat alam semesta mengembang, berkontraksi, dan mengembang lagi.
Caroll menyebut masalah dengan ide-ide ini adalah bahwa tidak ada penjelasan mengapa atau bagaimana alam semesta yang mengembang akan berkontraksi dan kembali ke keadaan entropi rendah.
Carroll dan rekannya Jennifer Chen memiliki visi pra-Big Bang mereka sendiri. Pada 2004, fisikawan menyatakan bahwa mungkin alam semesta yang kita kenal sekarang adalah turunan dari alam semesta induk akibat perobekan ruang-waktu (space-time).
Ini seperti peluruhan inti radioaktif, kata Carroll. Ketika meluruh, inti memuntahkan partikel alfa atau beta. Alam semesta induk dapat melakukan hal yang sama, kecuali sebagai pengganti partikel, memuntahkan alam semesta 'bayi' yang mungkin tanpa batas.
"Itu hanya fluktuasi kuantum dan biarkan itu terjadi," kata Carroll.
Menurutnya, bayi alam semesta ini adalah "alam semesta yang benar-benar paralel," dan tidak berinteraksi atau memengaruhi satu sama lain.
5. Konsep Ekpyrotic
Sutter, dikutip dari Space, menyebut butuh teori yang bisa menangani gravitasi dan kekuatan lain yang digabungkan pada energi sangat tinggi untuk menjelaskan Big Bang. Menurutnya, itu bisa dirangkum oleh Teori Dawai (String Theory).
Salah satu gagasan awal teori string adalah alam semesta 'ekpyrotic'. Dalam bahasa asalnya, yakni Yunani, kata itu berarti "kobaran api" atau "api".
Dalam skenario ini, Big Bang dipicu oleh sesuatu yang lain yang terjadi sebelumnya. Big Bang bukanlah permulaan, melainkan satu bagian dari proses yang lebih besar.
Perluasan konsep ekpyrotic menghasilkan sebuah teori, lagi-lagi dimotivasi oleh teori string, yang disebut kosmologi siklus (cyclic cosmology).
"Ssecara teknis, gagasan tentang alam semesta yang berulang terus-menerus berusia ribuan tahun dan lebih tua dari fisika, tetapi Teori Dawai memberikan landasan matematis yang kokoh untuk gagasan itu," kata Sutter.
"Siklus alam semesta berjalan persis seperti yang Anda bayangkan, terus-menerus memantul di antara Big Bang dan Big Crunch, berpotensi untuk kekekalan di masa lalu dan kekekalan di masa depan," lanjutnya.
Masalah utama teori ini adalah latar belakang gelombang mikro kosmik dan sisa cahaya fosil dari alam semesta yang baru berusia 380 ribu tahun.
Namun, 'api' ekpyrotic terus menyala selama bertahun-tahun. Sebuah makalahkarya Robert Brandenberger dan Ziwei Wang dari McGill University di Kanada yang diterbitkan pada Maret 2020 mengeksplorasi kerutan (wrinkle) dalam matematika.
Dua fisikawan itu menemukan bahwa momen "memantul", yakni ketika alam semesta kita menyusut ke titik yang sangat kecil dan kembali ke keadaan Big Bang, adalah saat yang peling mungkin untuk mendapatkan hasil uji observasi yang tepat.
Namun, untuk menguji model ini sepenuhnya, kita harus menunggu generasi baru eksperimen kosmologi.
Jakarta, CNN Indonesia --
Teori Dentuman Besar di dunia sains dianggap sebagai awal dari segalanya, sekitar 13,8 miliar tahun yang lalu. Alam semesta meledak dan berkembang menjadi 'ada'. Lalu seperti apa kondisi sebelum Big Bang?
Sean Carroll, fisikawan teoretis di California Institute of Technology menyebut "Big Bang adalah momen dalam waktu, bukan titik dalam ruang."
Menurut penulis 'The Big Picture: On the Origins of Life, Meaning and the Universe Itself' (2016) itu, ada kemungkinan bahwa alam semesta pada Big Bang sangat kecil atau sangat besar.
Pasalnya, tidak ada cara untuk melihat ke masa lalu. Yang kita benar-benar tahu, kata Caroll dikutip dari LiveScience, adalah bahwa Big Bang itu "sangat, sangat padat dan dengan cepat menjadi kurang padat."
Pada Dentuman Besar, lanjutnya, segala sesuatu menjadi lebih padat dan lebih panas daripada sekarang, tetapi tidak ada lagi yang "di luar" daripada yang ada saat ini.
Saat menjawab soal potensi seseorang, dengan pandangan seperti dewa, berdiri dalam kehampaan [di luar semesta] sambil melihat 'bayi' alam semesta yang mengerut tepat sebelum Big Bang, Carol menyebut itu tidak mungkin.
Baginya, alam semesta tidak mengembang ke luar angkasa; ruang itu sendiri lah yang diperluas.
"Tidak peduli di mana Anda berada di alam semesta, jika Anda menelusuri kembali 14 miliar tahun [lalu], Anda sampai pada titik di mana [semesta] itu sangat panas, padat, dan berkembang pesat," kata dia.
Caroll mengakui tidak ada yang tahu persis apa yang terjadi di alam semesta sampai 1 detik setelah Big Bang, ketika alam semesta cukup mendingin buat proton dan neutron bertabrakan dan tetap bersatu.
Paul M. Sutter, astrofisikawan di SUNY Stony Brook dan Flatiron Institute di New York City, menyebut perjalanan saintifik ke momen pertama kosmos atau semesta matematika membuat matematika semakin sulit untuk dipecahkan, sampai ke titik di mana semuanya berhenti.
Tanda utama bahwa kita memiliki medan yang belum dijelajahi adalah singularitas atau titik dengan kepadatan tak terhingga, awal Dentuman Besar.
Dilihat dari nilai nominalnya, ini memberi tahu kita bahwa pada satu titik, alam semesta dijejalkan ke dalam titik yang sangat kecil dan sangat padat.
Sutter menyebut ini jelas tidak masuk akal, dan yang benar-benar memberitahu kita adalah bahwa kita membutuhkan fisika baru untuk menyelesaikan masalah ini. Alat (toolkit) kita, kata dia, saat ini tidak cukup baik.
Bermacam teori dan hipotesis
Beberapa ilmuwan pun merilis pandangannya terkait Big Bang. Jika teori-teori itu semua terdengar agak halu, itu karena para ilmuwan belum memiliki cara untuk mengintip kembali ke momen Big Bang, apalagi apa yang terjadi sebelumnya.
Namun, Caroll menyebut tetap ada ruang untuk bisa dijelajahi.
Deteksi gelombang gravitasi dari tabrakan galaksi yang kuat pada tahun 2015 membuka kemungkinan bahwa gelombang ini dapat digunakan untuk memecahkan misteri mendasar tentang perluasan alam semesta pada detik krusial pertama itu.
Fisikawan teoretis juga memiliki pekerjaan yang harus dilakukan, kata Carroll, seperti membuat prediksi yang lebih akurat tentang bagaimana gaya kuantum seperti gravitasi kuantum dapat bekerja.
"Kami bahkan tidak tahu apa yang kami cari," kata Carroll, "sampai kami punya teori."
Berikut di antaranya teori-teori tersebut:
1. Awal dari segala awal
Hal ini diutarakan karena ketiadaan bukti atau alat untuk mengukur apa yang terjadi sebelum Big Bang.
Fisikawan Stephen Hawking menyebut momen Big Bang ini adalah yang paling penting: sebelum Big Bang, katanya, peristiwa tidak dapat diukur, dan dengan demikian tidak dapat ditentukan.
Hawking menyebut ini hipotesis tanpa tapal batas (no-boundary proposal): waktu dan ruang, katanya, terbatas, tetapi mereka tidak memiliki batas atau titik awal atau akhir, sama seperti planet Bumi yang terbatas tetapi tidak memiliki ujung.
"Karena peristiwa sebelum Big Bang tidak memiliki konsekuensi pengamatan, seseorang mungkin juga memotongnya dari teori dan mengatakan bahwa waktu dimulai saat Big Bang," katanya dalam sebuah wawancara di acara National Geographic "StarTalk" pada 2018.
Karena pandangannya itulah, dalam buku terakhirnya 'Brief Answers to Big Questions' (2018), Hawking menutup potensi soal keberadaan Tuhan.
"Saya pikir alam semesta tercipta secara spontan dari ketiadaan, menurut hukum sains. Jika Anda menerima itu seperti saya, bahwa hukum alam itu tetap, maka tidak dibutuhkan waktu lama untuk bertanya: Apa ada peran tersisa untuk Tuhan?" cetusnya.
Baginya, pandangan bahwa hukum-hukum fisika, termasuk teori Big Bang, adalah ciptaan Tuhan tak memberi bukti nyata soal wujud Pencipta.
"Jika Anda suka, Anda dapat mengatakan hukum-hukum itu kreasi Tuhan. Tetapi hal itu lebih kepada definisi dari Tuhan ketimbang bukti eksistensinya," tulis Hawking.
"Apakah Tuhan menciptakan hukum kuantum yang dapat membuat Big Bang terjadi?" tulis Hawking, "Saya tidak berkeinginan menyerang kepercayaan siapa pun, tetapi saya kira, sains punya penjelasan yang lebih menarik ketimbang entitas abadi itu."
Teori Dawai di halaman berikutnya...
Semesta Cermin Hingga Ekpyrotic
Ilustrasi. Semesta saat ini diduga cuma bagian dari rangkaian semesta. (ESA/Webb, NASA & CSA, A. Martel)
2. Semesta cermin
Caroll mengungkap gagasan ilmiah lain yang menyatakan Big Bang bukanlah permulaan waktu, melainkan momen simetri (moment of symmetry).
Dalam gagasan ini, ada alam semesta lain sebelum Big Bang yang identik dengan alam semesta kita tetapi dengan peningkatan entropi ke masa lalu, bukan ke masa depan.
Peningkatan entropi, atau peningkatan ketidakteraturan dalam suatu sistem, kata Caroll, pada dasarnya adalah anak panah waktu. jadi di alam semesta cermin ini, waktu akan berjalan berlawanan dengan waktu di alam semesta modern dan alam semesta kita berada di masa lalu.
Pendukung teori ini juga menyatakan bahwa sifat-sifat lain dari alam semesta akan terbalik di alam semesta cermin ini.
Misalnya, fisikawan David Sloan menulis di Blog Sains Oxford University, asimetri dalam molekul dan ion (yang disebut chiralities) akan berada dalam orientasi yang berlawanan dengan apa yang ada di alam semesta kita.
3. Big Bounce
Teori lainnya berpendapat bahwa Big Bang bukanlah awal dari segalanya, melainkan momen ketika alam semesta beralih dari periode kontraksi ke periode ekspansi, alias Big Bounce.
Gagasan ini menunjukkan bahwa mungkin ada Big Bang yang tak terbatas saat alam semesta mengembang, berkontraksi, dan mengembang lagi.
Caroll menyebut masalah dengan ide-ide ini adalah bahwa tidak ada penjelasan mengapa atau bagaimana alam semesta yang mengembang akan berkontraksi dan kembali ke keadaan entropi rendah.
Carroll dan rekannya Jennifer Chen memiliki visi pra-Big Bang mereka sendiri. Pada 2004, fisikawan menyatakan bahwa mungkin alam semesta yang kita kenal sekarang adalah turunan dari alam semesta induk akibat perobekan ruang-waktu (space-time).
Ini seperti peluruhan inti radioaktif, kata Carroll. Ketika meluruh, inti memuntahkan partikel alfa atau beta. Alam semesta induk dapat melakukan hal yang sama, kecuali sebagai pengganti partikel, memuntahkan alam semesta 'bayi' yang mungkin tanpa batas.
"Itu hanya fluktuasi kuantum dan biarkan itu terjadi," kata Carroll.
Menurutnya, bayi alam semesta ini adalah "alam semesta yang benar-benar paralel," dan tidak berinteraksi atau memengaruhi satu sama lain.
5. Konsep Ekpyrotic
Sutter, dikutip dari Space, menyebut butuh teori yang bisa menangani gravitasi dan kekuatan lain yang digabungkan pada energi sangat tinggi untuk menjelaskan Big Bang. Menurutnya, itu bisa dirangkum oleh Teori Dawai (String Theory).
Salah satu gagasan awal teori string adalah alam semesta 'ekpyrotic'. Dalam bahasa asalnya, yakni Yunani, kata itu berarti "kobaran api" atau "api".
Dalam skenario ini, Big Bang dipicu oleh sesuatu yang lain yang terjadi sebelumnya. Big Bang bukanlah permulaan, melainkan satu bagian dari proses yang lebih besar.
Perluasan konsep ekpyrotic menghasilkan sebuah teori, lagi-lagi dimotivasi oleh teori string, yang disebut kosmologi siklus (cyclic cosmology).
"Ssecara teknis, gagasan tentang alam semesta yang berulang terus-menerus berusia ribuan tahun dan lebih tua dari fisika, tetapi Teori Dawai memberikan landasan matematis yang kokoh untuk gagasan itu," kata Sutter.
"Siklus alam semesta berjalan persis seperti yang Anda bayangkan, terus-menerus memantul di antara Big Bang dan Big Crunch, berpotensi untuk kekekalan di masa lalu dan kekekalan di masa depan," lanjutnya.
Masalah utama teori ini adalah latar belakang gelombang mikro kosmik dan sisa cahaya fosil dari alam semesta yang baru berusia 380 ribu tahun.
Namun, 'api' ekpyrotic terus menyala selama bertahun-tahun. Sebuah makalahkarya Robert Brandenberger dan Ziwei Wang dari McGill University di Kanada yang diterbitkan pada Maret 2020 mengeksplorasi kerutan (wrinkle) dalam matematika.
Dua fisikawan itu menemukan bahwa momen "memantul", yakni ketika alam semesta kita menyusut ke titik yang sangat kecil dan kembali ke keadaan Big Bang, adalah saat yang peling mungkin untuk mendapatkan hasil uji observasi yang tepat.
Namun, untuk menguji model ini sepenuhnya, kita harus menunggu generasi baru eksperimen kosmologi.
