Apa yang kebanyakan orang anggap mereka ketahui tentang Big Bang adalah salah

Banyak buku teks dan pendidik sains mencoba menggambarkan Big Bang sebagai kelahiran alam semesta – sebuah permulaan ledakan yang terjadi pada titik tertentu yang menciptakan materi dan melemparkannya ke dalam kehampaan seperti pecahan granat.

Namun Big Bang sebenarnya bukanlah momen penciptaan, melainkan lebih merupakan dampak setelahnya. Big Bang tidak muncul dari lokasi tertentu ruang angkasadan itu bukanlah ledakan — setidaknya tidak dalam pengertian tradisional.

Budaya populer — dan dengan enggan para kosmolog — membuat kesalahan yang disayangkan dengan menggunakan nama untuk teori tersebut yang bahkan menimbulkan suara ledakan mesiu. Jadi… bazinga?

“Seringkali dikatakan bahwa seluruh alam semesta yang sekarang dapat kita amati pernah dikompresi menjadi volume sebesar bola golf,” tulis John Mather, ahli astrofisika pemenang Hadiah Nobel dan ilmuwan proyek senior untuk NASA'S Teleskop Luar Angkasa James Webbdi dalam sebuah esai untuk Theedge.org. “Tetapi kita harus membayangkan bahwa bola golf hanyalah bagian kecil dari alam semesta yang bahkan tidak terbatas pada saat itu.”

Teori Big Bang menggambarkan suatu peristiwa ketika yang ada ruang angkasa – jauh lebih panas, lebih padat, dan lebih kecil pada saat itu – tiba-tiba dan dengan cepat mulai meregang. Alam semesta primitif merupakan kumpulan partikel-partikel kecil, cahaya, dan energi yang mendidih, namun ketika ia mengembang, ruang angkasa menjadi cukup dingin untuk memungkinkannya berkembang. proses penting terjadi, seperti membentuk atom dan unsur. Ekspansi berlanjut hingga saat ini.

Itu saja. Laporan ini tidak menjelaskan kondisi sebelum ekspansi. Ia tidak memperkirakan ke arah mana alam semesta berkembang. Bahkan tidak dijelaskan apa yang menyebabkan perluasan tersebut. Dan ada alasan mengapa mencoba membayangkan peristiwa tersebut sebagai sebuah ledakan dapat menghasilkan beberapa kesimpulan yang salah.

“Tidak ada ilmuwan terkemuka yang akan mengklaim bahwa kita memahami secara rinci apa yang terjadi tepat pada saat alam semesta dimulai. Hanya saja kita tidak memahaminya,” kata Don Lincoln, ilmuwan senior di Fermilab di Illinois, dalam sebuah pernyataan. sebuah video. “Meskipun kita tidak tahu segalanya tentang bagaimana alam semesta dimulai, saya terus-menerus terkejut dengan fakta bahwa kita tahu begitu banyak.”

Big Bang berkaitan dengan bisa dilihat semesta

Untuk memahami Big Bang – dan komentar Mather sebelumnya – pertama-tama penting untuk memperjelas bahwa teori ini berlaku untuk alam semesta yang terlihat, bukan alam semesta secara keseluruhan. Alam semesta tampak adalah gelembung kosmos yang berpusat pada sudut pandang kita dari Bumi, dengan radius yang ditentukan oleh kecepatan cahaya. Keseluruhan gelembungnya sekitar 92 miliar tahun cahaya lebar.

Ukuran gelembung tidak ditentukan oleh jangkauan teleskop, namun oleh keterbatasan cahaya. Ada jarak maksimum dari mana foton bisa saja melakukan perjalanan ke pengamat di zaman alam semesta. Batasan ini dikenal dengan sebutan cakrawala cahaya kosmik: Sinyal potensial apa pun di luarnya belum sempat mencapai kita — dan tidak akan pernah sampai, bahkan miliaran tahun ke depan. Itu karena pada jarak ekstrim tertentu, benda yang letaknya jauh akan menyusut lebih cepat dari kecepatan cahaya.

Jadi, apa yang ada di balik gelembung ini? Tidak ada yang tahu karena ia tidak dapat dilihat, namun para ilmuwan bisa berspekulasi bahwa ada lebih banyak alam semesta. Lagi pula, seiring dengan perluasan ruang angkasa, para ilmuwan menyadari bahwa, setiap detik, ribuan bintang menghilang dari pandangan kita, melampaui cakrawala tersebut.

Dimana tepatnya Big Bang terjadi?

Big Bang harus dianggap sebagai sebuah “titik” dalam waktu tetapi tidak terjadi di tempat tertentu. Para astronom sering mengatakan bahwa Big Bang terjadi di mana-mana, dan ini merupakan gagasan yang membingungkan jika Anda selama ini menganggap Big Bang seperti bom yang meledak.

Bayangkan sebuah skenario hipotetis di mana ruang dipadatkan dalam sebuah titik, seperti balon seukuran kepala peniti. Lalu bayangkan balon kecil ini entah bagaimana bisa mengembang hingga seukuran jeruk. Dalam analogi ini, Anda dapat mulai memahami mengapa tidak ada “titik asal” Big Bang: Tidak ada yang tersisa dari tempat permulaannya; titik kepala peniti menjadi lebih besar secara eksponensial.

Inilah salah satu alasan mengapa banyak ahli astrofisika mengatakan semua tempat di alam semesta yang dapat diketahui dapat dianggap sebagai bagian darinya pusat Big Bang. Menurut teori, tidak ada lokasi tertentu yang menjadi tempat pecahannya terhempas.

Astronom Edwin Hubble menggunakan teleskop Hooker 100 inci di California untuk mengamati bahwa galaksi-galaksi sedang menyusut di ruang angkasa ke segala arah.
Kredit: NASA / Edwin P. Hubble Papers / Perpustakaan Huntington

Big Bang sebenarnya bukanlah sebuah ledakan

Pengamatan ilmiah mendukung gagasan perluasan alam semesta yang cepat versus ledakan. Misalnya, jika ada ledakan seperti petasan yang menyebarkan materi ke luar, maka hukum fisika akan menyatakan bahwa puing-puing yang berada lebih jauh dari tempat ledakan akan bergerak lebih cepat daripada benda yang lebih dekat ke titik awal ledakan.

“Itu karena benda-benda yang jauh dari petasan harus bergerak lebih cepat. Begitulah cara mereka menjauh,” kata Lincoln.

Tapi bukan itu yang dilihat para astronom. Di kosmos, jarak antar galaksi bertambah, in semua arah — tidak hanya relatif terhadap titik pusat. Ahli astronomi Edwin Hubbleuntuk siapa Teleskop Luar Angkasa Hubble kemudian dinamai, ditemukan ini pada tahun 1929.

Dengan menggunakan Teleskop Hooker 100 inci di California, Hubble mencatat bahwa semakin jauh jarak suatu galaksi dari Bimasaktigalaksi asal Bumi, tampaknya semakin cepat menyusut. Dia menemukan jawabannya dengan memplot kecepatan dan jarak 24 galaksi terdekat. Plotnya menunjukkan bahwa segala sesuatu melayang secara seragam, dengan kecepatan yang sebanding dengan jarak, ke segala arah.

Laju ekspansi disebut sebagai Konstanta Hubble. Dua tahun setelah pengamatan Hubble, seorang astronom dan pendeta Belgia, Georges Lemaitremenggunakan premis ini untuk menerbitkan teori mirip Big Bang pertama yang menjelaskan permulaan alam semesta.

Para ahli kosmologi percaya bahwa alam semesta telah mengembang selama 13,8 miliar tahun sejak Big Bang.
Kredit: Britt Griswold (Maslow Media Group) / Ilustrasi NASA

Bagaimana para astronom mengetahui bahwa alam semesta mengembang

Dengan temuan Hubble bahwa ruang angkasa itu sendiri mengembang, para ilmuwan dapat memperkirakannya usia alam semesta. Rumus kecepatan – yang mungkin Anda pelajari di sekolah menengah – adalah jarak dibagi waktu. Para ilmuwan sudah mengetahui kecepatan galaksi dan jaraknya, sehingga mereka dapat mengetahui durasinya dengan membagi jarak dengan kecepatan.

Jika para ilmuwan memundurkan waktu dari masa sekarang ke masa di mana segala sesuatu di alam semesta yang dapat diketahui menyusut kembali menjadi balon kecil yang kempes, maka hal itu akan terjadi sekitar 13,8 miliar tahun yang lalu.

Jadi, jika alam semesta berumur 13,8 miliar tahun, orang mungkin salah berasumsi bahwa gelembung alam semesta yang terlihat memiliki radius 13,8 miliar tahun cahaya, dengan lebar keseluruhan 27,6 miliar tahun cahaya. Namun alam semesta tidak tinggal diam, dan jarak antar benda tidak tetap. Perluasan ruang angkasa menjelaskan perbedaan antara 27,6 miliar tahun cahaya dan 92 miliar tahun cahaya, diameter alam semesta tampak.

Apakah para ilmuwan telah menyangkal Big Bang?

Para ilmuwan belum menyangkal Teori Big Bang, namun mereka menemukan ketidaksepakatan dalam laju ekspansi – Konstanta Hubble – dari pengukuran tim peneliti yang berbeda. Perbedaan pendapat tersebut dikenal dengan istilah Ketegangan Hubble.

Singkatnya, pengukuran kecepatan berdasarkan pengamatan teleskop terhadap alam semesta saat ini agak lebih tinggi dibandingkan proyeksi berdasarkan kondisi alam semesta yang diketahui pada masa pertumbuhannya. Selama beberapa tahun terakhir, para astronom menganggap ada sesuatu yang menyebabkan laju ekspansi semakin cepat. Studi menggunakan teleskop Webb menemukan perbedaan kecil namun signifikan dalam laju ekspansi mungkin bukan akibat salah perhitungan tapi aspek alam semesta yang belum dipahami.

Saat para ilmuwan berupaya memecahkan misteri ini, Big Bang mungkin memerlukan beberapa penyesuaian, namun sejauh ini kesenjangan tersebut belum mengubah kesimpulannya, yaitu bahwa ruang angkasa dulunya lebih kecil dan lebih panas, lalu tiba-tiba melebar, dan terus meluas.

Fisikawan AS Arno Penzias dan Robert Wilson secara tidak sengaja menemukan Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik, yang memenuhi alam semesta yang terlihat.
Kredit: Kolaborasi ESA / Planck

Laju ekspansi alam semesta awal

Para peneliti telah menghitung laju perluasan bayi alam semesta menggunakan data yang disebut Cosmic Microwave Background. Fisikawan AS Arno Penzias dan Robert Wilson secara tidak sengaja menemukan fenomena inisisa-sisa cahaya redup dari 380.000 tahun setelah Big Bang, menggunakan teleskop radio pada tahun 1965.

Sekitar waktu yang sama, tim terpisah di Universitas Princeton telah memperkirakan bahwa gelombang seperti itu akan terjadi. Jika para astronom adalah arkeolog, penemuan ini sama saja dengan penemuan fosil cahaya paling awal. Ini adalah benda tertua di alam semesta yang pernah dilihat siapa pun.

Tanda panas ini, yang memancar dari atom-atom yang kini berjarak lebih dari 46 miliar tahun cahaya dan membentang menjadi gelombang mikro, memenuhi langit. Badan Antariksa Eropa Misi Planck memetakan gelombang mikro untuk mengukur fluktuasi suhu yang sangat kecil. Variasi kecil ini memungkinkan para ilmuwan menyimpulkan tingkat ekspansi pada saat itu.

Bagaimana teori 'inflasi kosmik' cocok dengan Big Bang

Inflasi kosmik mencoba menggambarkan satu fase singkat namun penting dalam narasi Big Bang yang meluncurkan alam semesta ke dalam garis waktu perluasannya.

Alan Guth, fisikawan teoretis di MIT, mengemukakan gagasan tersebut pada tahun 1980. Gagasan tersebut menunjukkan bahwa suatu bentuk gravitasi tolak-menolak, seperti energi gelapmendorong perluasan pesat alam semesta dalam sekejap. Fase ini akan berlangsung selama sepersekian triliun detik. Kemudian, energi yang mendorong inflasi dimatikan.

“Saya biasanya menggambarkan inflasi sebagai teori ‘ledakan’ Big Bang,” kata Guth dalam Tanya Jawab tahun 2014 oleh universitas. “Dalam bentuk aslinya, teori Big Bang bukanlah teori tentang ledakan. Teori ini tidak menjelaskan apa pun tentang apa yang terjadi, mengapa terjadi, atau apa yang terjadi sebelum terjadi.”

Selama fase inflasi, alam semesta kecil ini akan mengembang dengan kecepatan yang lebih cepat daripada kecepatan cahaya. Dan pahami ini: Itu tidak akan melanggar hukum fisika apa pun.

“Memang benar bahwa tidak ada yang bisa bergerak melalui ruang angkasa lebih cepat daripada cahaya, namun tidak ada batasan mengenai seberapa cepat ruang angkasa dapat berkembang,” kata Lincoln.

Bagaimana 'Big Bang' mendapatkan namanya

Fred Hoyleseorang astronom dan komunikator sains terkenal di Inggris, sebagian besar dianggap sebagai penemu “big bang” pada tahun 1949. Dalam banyak hal, ia adalah Neil deGrasse Tyson pada masanya. Namun saat ini banyak ahli astrofisika dan kosmolog yang menyesalkan bahwa istilah yang salah tersebut masih melekat.

Dalam siaran BBC, Hoyle menjelaskan teori-teori yang didasarkan pada gagasan bahwa “semua materi di alam semesta diciptakan dalam satu ledakan besar pada waktu tertentu di masa lalu,” menurut sebuah transkrip diterbitkan di majalah BBC. Dia kemudian menyebutkan ungkapan itu lagi dalam bukunya tahun 1950, The Nature of the Universe.

Hoyle menolak keras gagasan asal usul alam semesta secara tiba-tiba, namun dia tidak menggunakan kata “big bang” untuk meremehkannya, menurut sebuah esai baru-baru ini tentang hal itu di jurnal Alam. Sebaliknya, ia bermaksud menyampaikan hipotesis dengan metafora deskriptif untuk membantu menyampaikan maksudnya melalui radio.

BazingaMemang.