Jika alam semesta sudah tidak terbatas, ia berkembang menjadi apa?

Alam semesta akan mengembang menjadi apa jika sudah tak terhingga? – Mael, usia 10, Missoula, Montana

Saat Anda memanggang sepotong roti atau muffin, Anda memasukkan adonan ke dalam loyang. Saat adonan dipanggang dalam oven, adonan mengembang ke dalam loyang. Kepingan coklat atau blueberry dalam adonan muffin akan semakin menjauh satu sama lain saat adonan muffin mengembang.

Perluasan alam semesta, dalam beberapa hal, serupa. Namun ada satu hal yang salah dari analogi ini – ketika adonan mengembang di dalam loyang, alam semesta tidak memiliki tempat untuk mengembang. Itu hanya berkembang ke dalam dirinya sendiri.

Ini mungkin terasa seperti permainan asah otak, tetapi alam semesta dianggap sebagai segala sesuatu yang ada di alam semesta. Di alam semesta yang mengembang, tidak ada pan. Hanya adonan. Sekalipun ada panci, ia akan menjadi bagian dari alam semesta dan oleh karena itu ia akan mengembang bersama panci tersebut.

Bahkan bagi saya, seorang profesor fisika dan astronomi yang telah mempelajari alam semesta selama bertahun-tahun, gagasan ini sulit untuk dipahami. Anda tidak mengalami hal seperti ini dalam kehidupan sehari-hari Anda. Ini seperti menanyakan arah mana yang lebih jauh ke utara dari Kutub Utara.

Cara lain untuk memikirkan perluasan alam semesta adalah dengan memikirkan bagaimana galaksi lain menjauh dari galaksi kita, Bima Sakti. Para ilmuwan mengetahui bahwa alam semesta mengembang karena mereka dapat melacak galaksi lain yang menjauh dari galaksi kita. Mereka mendefinisikan ekspansi menggunakan laju perpindahan galaksi lain dari kita. Definisi ini memungkinkan mereka membayangkan perluasan tanpa memerlukan sesuatu untuk diperluas.

Alam semesta yang mengembang

Alam semesta dimulai dengan Big Bang 13,8 miliar tahun yang lalu. Big Bang menggambarkan asal mula alam semesta sebagai singularitas yang sangat padat dan panas. Titik kecil ini tiba-tiba mengalami perluasan pesat yang disebut inflasi, dimana setiap tempat di alam semesta meluas ke luar. Namun nama Big Bang menyesatkan. Itu bukanlah ledakan raksasa, seperti namanya, melainkan masa di mana alam semesta mengembang dengan pesat.

Alam semesta kemudian dengan cepat memadat dan mendingin, dan mulai menghasilkan materi dan cahaya. Akhirnya, ia berkembang menjadi apa yang kita kenal sekarang sebagai alam semesta.

Gagasan bahwa alam semesta kita tidak statis dan dapat mengembang atau menyusut pertama kali dipublikasikan oleh fisikawan Alexander Friedman pada tahun 1922. Ia membenarkan secara matematis bahwa alam semesta mengembang.

Meskipun Friedman membuktikan bahwa alam semesta mengembang, setidaknya di beberapa titik, Edwin Hubble-lah yang meneliti lebih dalam laju ekspansi tersebut. Banyak ilmuwan lain yang memastikan bahwa galaksi-galaksi lain sedang menjauh dari Bima Sakti, namun pada tahun 1929, Hubble menerbitkan makalahnya yang terkenal yang mengkonfirmasi bahwa seluruh alam semesta mengembang, dan laju perluasannya semakin meningkat.

Penemuan ini terus membingungkan para astrofisikawan. Fenomena apa yang memungkinkan alam semesta mengatasi gaya gravitasi yang menjaganya tetap utuh sekaligus mengembang dengan menarik benda-benda di alam semesta hingga terpisah? Dan yang lebih penting lagi, laju ekspansinya semakin cepat seiring berjalannya waktu.

Banyak ilmuwan menggunakan visual yang disebut corong ekspansi untuk menggambarkan percepatan ekspansi alam semesta sejak Big Bang. Bayangkan sebuah corong yang dalam dengan pinggiran yang lebar. Sisi kiri corong – ujung yang sempit – melambangkan permulaan alam semesta. Saat Anda bergerak ke kanan, Anda bergerak maju dalam waktu. Pelebaran kerucut melambangkan perluasan alam semesta.

Di luar corong ekspansi

Jadi, apa yang ada di luar corong ekspansi?

Para ilmuwan tidak memiliki bukti apa pun di luar alam semesta yang kita kenal. Namun, beberapa orang memperkirakan bahwa mungkin ada banyak alam semesta. Sebuah model yang mencakup banyak alam semesta dapat memperbaiki beberapa masalah yang dihadapi para ilmuwan dengan model alam semesta kita saat ini.

Salah satu masalah besar dalam fisika kita saat ini adalah para peneliti tidak dapat mengintegrasikan mekanika kuantum, yang menjelaskan cara kerja fisika dalam skala sangat kecil, dan gravitasi, yang mengatur fisika skala besar.

Aturan bagaimana materi berperilaku dalam skala kecil bergantung pada probabilitas dan jumlah energi yang terkuantisasi atau tetap. Pada skala ini, objek bisa muncul dan menghilang. Materi dapat berperilaku seperti gelombang. Dunia kuantum sangat berbeda dari cara kita memandang dunia.

Pada skala besar, yang oleh para fisikawan disebut sebagai mekanika klasik, objek berperilaku sesuai dengan apa yang kita harapkan sehari-hari. Benda tidak terkuantisasi dan dapat memiliki jumlah energi yang terus menerus. Objek tidak muncul dan menghilang.

Dunia kuantum berperilaku seperti saklar lampu, di mana energi hanya memiliki pilihan untuk hidup dan mati. Dunia yang kita lihat dan berinteraksi berperilaku seperti saklar peredup, yang memungkinkan adanya semua tingkat energi.

Namun para peneliti mengalami masalah ketika mereka mencoba mempelajari gravitasi pada tingkat kuantum. Dalam skala kecil, fisikawan harus berasumsi bahwa gravitasi bersifat terkuantisasi. Namun penelitian yang dilakukan banyak dari mereka tidak mendukung gagasan tersebut.

Salah satu cara untuk membuat teori-teori ini bekerja sama adalah teori multiverse. Ada banyak teori yang melampaui alam semesta kita saat ini untuk menjelaskan bagaimana gravitasi dan dunia kuantum bekerja sama. Beberapa teori terkemuka antara lain teori string, kosmologi bran, teori kuantum loop dan banyak lainnya.

Apapun itu, alam semesta akan terus mengembang, dengan jarak antara Bima Sakti dan sebagian besar galaksi lain semakin jauh seiring berjalannya waktu.