Ilustrasi saat dentuman besar atau big bang terjadi. kredit : Particle Physics Laboratory, Annecy-le-Vieux, France
Seperti diketahui, Big Bang atau Dentuman besar merupakan sebuah kejadian yang memicu terbentuknya alam semesta.
Tapi meskipun demikian, informasi akan apa yang terjadi di era
Nukleosintesis Dentuman Besar ketika alam semesta baru berusia beberapa
detik sampai beberapa menit belumlah benar-benar diketahui.
Lantas apa yang harus dilakukan untuk mengetahui apa yang terjadi
dahulu? Jelas tidak mungkin jika manusia pergi ke masa itu, namun
ekstrapolasi hukum fisika bisa membawa manusia untuk menelusuri kembali
apa yang terjadi sekarang sampai ke waktu terjadinya nukleosintesa.
Penelusuran itu bisa berlanjut lebih jauh ke masa lalu untuk memberi
susunan dan gambaran akan apa yang sebenarnya terjadi di masa awal alam
semesta. Tapi sejauh mana bisa berekstrapolasi menuju singularitas masih
menjadi perdebatan tapi disepakati waktunya tidak lebih awal dari epoh
Planck atau 10-43 detik.
Saat alam semesta didominasi oleh materi dan radiasi, gaya tarik
gravitasi antara seluruh partikel cenderung memperlambat laju
pengembangan alam semesta. Hal berbeda terjadi ketika alam semesta masih
lebih kecil dan rapat. Saat itu, laju pengembangan besarnya tidak
terbatas. Titik inilah yang disebut singularitas yang mengacu pada
Dentuman Besar.
Dentuman besar merupakan titik awal proses pengembangan alam semesta.
Sekitar 13,7 milyar tahun lalu, bagian alam semesta yang bisa dilihat
sebenarnya hanya beberapa milimeter dan untuk sampai ke kondisi sekarang
terjadi pengembangan dari kondisi yang panas dan rapat mejadi alam
semesta yang luas dan lebih dingin. Dua pilar utama yang membangun model dentuman besar adalah teori relativitas umum Einstein dan prinsip kosmologi.
Dalam teori yang diajukan Einstein, dinyatakan bahwa teori gravitasi
Newton hanya bekerja pada benda diam atau benda yang bergerak sangat
lambat dibanding kecepatan cahaya. Dalam kasus relativitas umum,
gravitasi tidak lagi digambarkan sebagai medan gravitasi melainkan
sebagai kelengkungan ruang-waktu.
Di sini terdapat hubungan antara
massa-waktu dan massa-energi yang saling mempengaruhi. Distribusi
massa-energi menentukan bentuk kelengkungan ruang-waktu dan kelengkungan
ruang-waktu mempengaruhi bagaimana massa-energi bergerak di dalamnya.
Fisikawan John Wheeler menggambarkan dengan baik saat berkata, “Materi
memberitahu ruang-waktu bagaimana untuk melengkung dan ruang-waktu
memberitahu materi bagaimana untuk bergerak”.
Setelah Relativitas Umum diperkenalkan, sejumlah ilmuwan termasuk
Einstein, berusaha untuk menerapkan dinamika gravitasi yang baru ini
pada alam semesta secara keseluruhan. Pada saat itu, untuk menerapkan dinamika tersebut membutuhkan asumsi
mengenai bagaimana materi di alam semesta terdistribusi. Asumsi
sederhananya, jika kita melihat isi alam semesta, maka ia akan tampak
sama dimanapun dan sama disetiap arah.
Dengan kata lain prinsip
kosmologi menyatakan bahwa dalam skala besar, alam semesta berada dalam
keadaan homogen dan isotropi serta pengamat tidak berada pada posisi
yang istimewa di alam semesta. Homogen memberi arti dimanapun pengamat
berada di alam semesta ia akan mengamati hal yang sama. Sedangkan
isotropi artinya ke arah manapun pengamat memandang ia akan melihat hal
yang sama. Dengan demikian tidak ada tempat istimewa di alam semesta.
Model ini menyatakan bahwa alam semesta seharusnya mengembang dalam
jangka waktu berhingga, dimulai dari keadaan yang sangat panas dan
padat.
Era Nukleosintesis Dentuman Besar
Era nukleosintesis Dentuman Besar dimulai satu menit setelah terjadinya Dentuman Besar saat alam semesta cukup dingin untuk membentuk proton dan netron setelah bariogenesis. Nukleosintesa mengacu pada pembentukan elemen berat, inti atom dengan banyak proton dan netron dari reaksi fusi elemen ringan. Teori Dentuman Besar memberi prediksi kalau alam semesta sangat dini merupakan tempat yang luar biasa panas.
Satu detik setelah Dentuman Besar, temperatur
alam semesta hampir 10 milyar derajat dan terisi oleh lautan netron,
proton, elektron, anti-elektron (positron), foton dan nutrino. Ketika
alam semesta mendingin, netron akan meluruh menjadi proton dan elektron
atau bergabung dengan proton membentuk deutrium (isotop hidrogen). Pada
saat 3 menit awal di alam semesta, deutrium bergabung membentuk helium.
Didapati juga jejak sejumlah lithium yang terbentuk pada masa ini.
Perisitiwa ini berlangsung sekitar 17 menit, sampai temperatur alam
semesta turun sedemikian rupa, sehingga tidak tersedia cukup energi yang
memungkinkan peristiwa ini untuk terus terjadi. Nah, proses
pembentukan elemen ringan di alam semesta dini inilah yang disebut
Nukleosintesa Dentuman Besar.
Ciri lain alam semesta yang juga tidak biasa adalah keteraturannya –
dalam hal ini distribusi galaksi seragam dalam skala besar dan latar
belakang gelombang mikro menunjukan bukti kuat kalau materi
terdistribusi lebih teratur di masa yang awal. Keseragaman ini tidak
biasa karena simpangan kecil cenderung bertumbuh seiring waktu saat area
yang sangat padat runtuh membentuk bintang dan galaksi. Tapi kecepatan
cahaya yang terbatas justru memberi kejutan yang lain.
CMB (cosmic microwave background/ latar belakang gelombang
mikro kosmik), menunjukan rupa alam semesta setelah 370000 tahun setelah
Dentuman Besar. Dan setelah diamati bagian-bagian CMB secara terpisah,
tampak juga area alam semesta yang terpisah lebih dari 370000 tahun
cahaya. Dengan kata lain, waktu yang ada tidak cukup bagi sinyal
berpindah dari satu area ke area lainnya. Pertanyaannya bagaimana area
yang terpisah tersebut tahu bahwa mereka harus memiliki temperatur yang
sama? Bagaimana mereka berkomunikasi? Inilah yang disebut sebagai
masalah horison.
Horison secara sederhana bisa disebut sebagai batas pandang terhadap
sesuatu yang bisa diamati dan yang belum diamati. Alam semesta memiliki
usia yang terbatas (13,7 milyar tahun) sehingga pengamat hanya bisa
melihat pada jarak yang terbatas di angkasa yakni 13,7 milyar tahun.
Model Dentuman Besar tidak memberi gambaran area di angkasa yang berada
diluar horison pengamat , yang bisa saja memiliki ruang waktu yang
berbeda.
Inflasi
Masalah horison punya solusi yang cukup populer dan diterima. Ide yang disebut sebagai inflasi. Bayangkan kalau di masa awal, alam semesta harus melewati periode dimana sesaat lamanya ia didominasi oleh sejumlah besar energi gelap, yang kemudian secara tiba-tiba meluruh menjadi materi dan radiasi. Peningkatan energi gelap ini menyebabkan alam semesta mengalami percepatan dengan laju yang sangat fantastik dan mengembang secara eksponensial dalam waktu singkat. Bahkan satu kedipan matapun lebih lambat dari inflasi alam semesta. Inflasi terjadi dalam waktu kurang dari 1 detik dari 10–36 - 10–32 detik. Akibatnya titik-titik di alam semesta yang tadinya berdekatan, berpisah dengan cepat. Jadi area yang terpisah jauh dan diamati di CMB sebenarnya bertetangga dan saling kontak di masa awal.
Inflasi atau alam semesta mengembang dnegan laju eksponensial
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.
Tapi yang masih menjadi pertanyaan adalah, sampai saat ini tidak ada
model spesifik dari inflasi. Dengan kata lain, belum diketahui energi
gelap seperti apa yang mendominasi alam semesta di masa awal ataupun
bagaimana energi gelap itu berubah menjadi materi dan radiasi. Inflasi
memang menjadi jawaban dari beberapa pertanyaan namun tetap rasa ingin
tahu tentang asal usul alam semesta maupun apa yang memicu terjadinya
inflasi masih terus ada dan menjadi PR bagi para kosmolog untuk
menjawabnya.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar