Tentang Singularitas Big Bang

Kosmologi merupakan cabang ilmu fisika yang mempelajari alam semesta secara keseluruhan. Teori relativitas umum, yang dirumuskan Einstein pada tahun 1915, merupakan pondasi utama dari kosmologi. Menurut teori ini, geometri dari ruang-waktu ditentukan oleh distribusi materi dan energi di alam semesta. Evolusi alam semesta dalam skala besar dapat ditentukan dari solusi persamaan relativitas umum. Pada tahun 1922, Alexander Friedmann menemukan solusi dari persamaan relativitas umum yang memberikan implikasi bahwa alam semesta ternyata terus mengembang semakin besar. Solusi yang serupa juga ditemukan oleh Georges Lemaitre pada tahun 1927 yang kemudian ia kembangkan menjadi teori kosmologi yang mapan. Solusi Friedmann dan Lemaitre di atas adalah berdasarkan asumsi prinsip kosmologi yang menyatakan bahwa alam semesta dalam skala besar bersifat homogen dan isotropik, yang artinya sifat-sifat alam semesta di semua arah akan selalu terlihat sama bagi semua pengamat. Solusi tersebut juga menunjukkan bahwa mengembangnya alam semesta dapat ditelusuri awal mulanya berasal dari sebuah singularitas. Yaitu keadaan dimana semua materi terkompres menjadi sebuah titik dengan kerapatan materi dan kelengkungan ruang-waktu (curvature) yang tidak terhingga. Karena itu semua teori fisika saat ini menjadi tidak berlaku di titik tersebut. Inilah asal-usul dari teori Big Bang, yang merupakan awal dari ilmu kosmologi modern. Dalam teori Big Bang juga dapat diprediksi bahwa umur alam semesta atau terjadinya Big Bang kira-kira 13.8 milyar tahun yang lalu.

Teori Big Bang [1]

Suhu radiasi awal dari peristiwa Big Bang diprediksi sekitar 10^15 K (atau kira-kira 1 milyar kali lipat lebih panas dari suhu inti Matahari). Konfirmasi dari peristiwa Big Bang diberikan oleh eksperimen Arno Penzias dan Robert Wilson pada tahun 1965, saat mereka berhasil mendeteksi radiasi elektromagnetik yang dihasilkan pada saat awal terjadinya Big Bang. Radiasi tersebut dinamakan Cosmic Microwave Background (CMB). Untuk capaian ini, Penzias dan Wilson mendapatkan hadiah Nobel Fisika tahun 1978. Pengukuran yang jauh lebih teliti dikerjakan oleh George Smoot dan John Mather berdasarkan data dari satelit COBE (Cosmic Background Explorer). Tingkat ketelitian hasil eksperimen ini jauh lebih akurat dibandingkan pengukuran sebelumnya, yakni sekitar 50 dibanding 1 juta. Berkat hasil karya tersebut, Smoot dan Mather mendapatkan hadiah Nobel Fisika tahun 2006.

Teori Big Bang sesungguhnya hanya menjelaskan peristiwa setelah Big Bang, sama sekali tidak menjelaskan peristiwa Big Bang itu sendiri. Teori ini berhasil menjelaskan bagaimana alam semesta pada mulanya berasal dari sebuah titik singularitas, dengan kerapatan dan temperatur tidak berhingga, lalu dari titik ini terjadi ledakan besar, kemudian alam semesta mengembang menjadi besar dan lalu mendingin, hingga proses terbentuknya galaksi-galaksi dan bintang-bintang. Namun teori tersebut tidak menjelaskan penyebab peristiwa Big Bang atau pun hakikat dari titik singularitas itu sendiri.

Tidak seperti solusi Friedmann-Lemaitre yang mengasumsikan prinsip kosmologi sebelumnya, Stephen Hawking dan Roger Penrose dalam teorema singularitas mereka, berhasil menunjukkan bahwa jika teori relativitas umum benar, maka peristiwa Big Bang haruslah berasal dari sebuah singularitas. Meskipun begitu, secara umum dipercaya bahwa jika efek-efek kuantum diperhitungkan, maka singularitas dapat dihindari. Sebagai contoh, beberapa model dari teori Quantum Gravity, misalnya Loop Quantum Cosmology, mengklaim bahwa titik singularitas bisa dihindari, dan menggambarkan asal-usul pertama alam semesta sebagai bola api dengan temperatur dan kerapatan energi luar biasa tinggi, tetapi tidak sampai infinite. Tetapi perlu juga ditekankan disini bahwa teori Quantum Gravity masih belum berhasil diformulasikan secara memuaskan sampai sekarang, sehingga masih belum dapat diterima secara luas oleh para fisikawan. Contoh lainnya misalnya pada tahun 1983 Stephen Hawking dan James Hartle menunjukkan bahwa dengan memakai metode path integral, singularitas ternyata juga dapat dihindari, tetapi akibatnya konsep waktu menjadi imajiner ketika mencapai sekitar Planck time, yakni sekitar 10^-43 detik setelah terjadinya Big Bang. Teori ini menyatakan bahwa alam semesta tidak memiliki batas (no-boundary proposal). Jika alam semesta memiliki batas, berarti ada sesuatu di luar alam semesta, sehingga sesuatu tersebut dapat keluar masuk alam semesta melalui batas tersebut. Menurut teori ini, batas tersebut tidak ada dan karenanya alam semesta tidak dipengaruhi oleh apa pun di luarnya. Hal ini memberi implikasi bahwa alam semesta bersifat tertutup di masa lalu dan juga tidak memiliki awal (waktu saat t = 0 detik menjadi tidak terdefinisi). Teori ini tidak diterima secara luas oleh pakar kosmologi karena tidak ada bukti matematika dan fisika yang menyakinkan. Selain persoalan singularitas, teori Big Bang juga tidak dapat menjelaskan beberapa persoalan kosmologi yang lain, seperti misalnya horizon problem, yakni teka-teki mengapa alam semesta terlihat homogen dan isotropik secara statistik sebagaimana yang dinyatakan dalam prinsip kosmologi.

Referensi:
[1]https://thecreationclub.com/cross-examining-the-big-bang/

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Citra Matahari Terkini

Latest image from Helioviewer.org.