Diposting Minggu, 10 April 2011 jam 7:01 pm oleh Evy Siscawati

Saat-saat Menjelang Keruntuhan Teori Inflasi

Suka dengan artikel ini?

Jelajahi artikel-artikel FaktaIlmiah yang berdasarkan apa yang dibaca dan ditonton teman-teman.
Terbitkan aktivitas Anda sendiri dan dapatkan kendali penuh.
Login

Minggu, 10 April 2011 -


 

Para astronom mengamati kalau alam semesta mengembang dan telah melakukan hal tersebut setidaknya sejak 13,7 miliar tahun lalu. Namun apa yang terjadi pada saat-saat terawal, terlalu awal untuk diamati secara langsung? Gagasan terdepan dikenal sebagai inflasi kosmik. Diduga kalau janin alam semesta mendadak mengembang seperti balon. Pengembangan mendadak tersebut memakan semua lengkungan dan lipatan dalam ruang waktu, sehingga menjelaskan geometri alam semesta sekarang, yang menyisakan sedikit sekali ketidakseragaman yang menjadi benih-benih galaksi.

Era Inflasi

Jika kita tarik garis lurus dari saat big bang menuju masa kini, skala alam semesta hanyalah kurang dari satu centimeter saja. Tapi tidak, alam semesta kita memiliki diameter sekitar beberapa miliar tahun cahaya (10^28 cm). Pastilah pengembangan alam semesta di masa lalu jauh lebih cepat dari sekarang. Tapi alat pengamatan kita tidak mampu mencapai masa sebelum itu. Batas pengamatan langsung astronom hanyalah 10^12 detik (30 ribu tahun) setelah big bang dan alam semesta masih berkecepatan seperti sekarang. Batas pengamatan tidak langsung hanya mampu menjamah hingga 10^4 (3 jam) setelah big bang dan kecepatan tetap berbeda sedikit sekali. Datanglah Alan Guth dengan teori inflasinya yang mengatakan bahwa alam semesta mendadak mempercepat pengembangannya dari ukuran planck (10^-35 cm) menjadi seukuran titik di akhir kalimat ini, pada 10^-35 detik setelah big bang hingga 10^-32 detik.

Kecepatan hampir satu triliun triliun kali kecepatan cahaya ini haruslah ada penyebabnya. Apa yang menyebabkan inflasi? Untuk mengetahui hal ini, Steinhardt menggunakan analogi bola yang menggelinding masuk ke dalam lubang berbentuk mangkuk (lembah gelombang). Alam semesta kita menggelinding dan ketika berada di bibir mangkuk, saat itulah terjadi inflasi, dan begitu tiba di dasar mangkuk, alam semesta hanya menggelinding maju mundur sebelum akhirnya berhenti. Kita sekarang berada di dasar mangkuk, dan mangkuk ini adalah mangkuk medan inflasi. Energi potensial berubah menjadi energi biasa seperti materi gelap, materi biasa atau panas dan radiasi yang mengisi alam semesta sekarang. Alam semesta memasuki periode tenang dan memperlambat pengembangan sehingga materi-materi dapat menggerombol membentuk struktur-struktur kosmik.

 

Skema Waktu terhadap Luas Alam semesta

Inflasi memecahkan tiga masalah besar. Pertama ia menjelaskan mengapa alam semesta begitu seragam dan datar seperti sekarang. Kedua, semua teori yang dikembangkan menunjukkan inflasi memang harus ada. Ketiga, teori inflasi berhasil meramalkan pola persebaran yang diperlihatkan gelombang mikro latar belakang kosmik (CMB) dan galaksi-galaksi sekarang.  Tapi masalah yang dikandung teori inflasi ternyata lebih besar.

Masalah

Terlalu Kebetulan

Ada sekelompok parameter fisika yang disebut lambda. Lambda menentukan bagaimana bentuk kurva energi inflasi. Gambaran magkuk di atas hanya mewakili satu dari sekian banyak variasi mangkuk yang bisa terbentuk dengan menggeser-geser nilai lambda. Setiap versi lambda sama kemungkinannya dengan versi lambda lainnya. Lalu kenapa alam semesta kita memiliki versi lambda seperti sekarang? Kebetulan?

Perhitungan lebih lanjut malah semakin memusingkan. Roger Penrose mencoba menghitung semua variasi yang mungkin muncul dari interaksi gravitasi dan medan inflasi. Beberapa versi terlihat menghasilkan alam semesta seperti sekarang ini, datar dan seragam. Tapi masalahnya, bukan hanya tanpa inflasipun alam semesta dapat datar dan seragam, tapi kemungkinan alam semesta seperti sekarang muncul tanpa ada inflasi jauh lebih besar dari jika ada inflasi. Kemungkinannya satu berbanding sepuluh pangkat googol (satu googol = 10^100 jadi 10^(10^100)).

Tahun 2008, Gary W Gibbons dan Neil G Turok mencoba memeriksa teori inflasi dengan pendekatan lain. Hasilnya juga sama seperti Penrose. Terlalu kebetulan kalau alam semesta terjadi lewat inflasi seperti sekarang. Kemungkinan kalau alam semesta muncul tanpa inflasi lebih besar daripada lewat inflasi.

Hal ini berarti, untuk menghasilkan alam semesta sekarang, harus ada kondisi awal yang unik. Beberapa parameter harus tersetel selaras. Tapi kembali, ada tak terhingga kemungkinan kondisi awal yang bisa terpilih. Kenapa harus berawal dari itu? Kebetulan lagi?

Kondisi awal yang harus terpilih dengan hati-hati telah menghancurkan pondasi dasar teori inflasi, yaitu teori ini ada tanpa peduli alam semesta harus seperti apa awalnya.

Meramalkan Segalanya

Andrei Linde menghitung kalau alam semesta yang bermula dari inflasi akan mengembang selamanya. Hal ini membawa pada konsekuensi gejolak kuantum di dalam alam semesta. Gejolak kuantum sangat langka tapi begitu muncul, ia akan mengembang, seperti halnya big bang yang mengalami inflasi dahulu. Proses terjadi tak terhingga, dan yang kita akan dapatkan adalah alam semesta didalam alam semesta di dalam alam semesta di dalam alam semesta, begitu seterusnya.

Tapi, setiap alam semesta baru ini punya sifat yang berbeda dengan alam semesta yang mengandungnya. Sekarang apa yang terjadi adalah pelanggaran prinsip dasar teori ilmiah  seperti dinyatakan Karl Popper, teori ilmiah harus memiliki kemampuan teruji benar atau salah. Dalam alam semesta dengan sifat yang tak terhingga variasinya, maka segala yang mungkin terjadi akan terjadi. Akibatnya, apa gunanya lagi prediksi? Apa maknanya teori inflasi membuat prediksi jika ia memprediksikan segalanya?

Analogi untuk memahami inflasi

Solusi

Pendekatan Pembatasan Nilai Variabel

Pendekatan ini memberi nilai pada alam semesta seperti apa yang diizinkan untuk eksis. Tapi ada banyak variabel yang bisa dipilih. Mana yang harus dibatasi? Volume. Jika alam semesta punya batas volume, maka alam semesta di dalamnya bisa mengembang sementara yang mewadahinya diam. Akibatnya kedua alam semesta bertumbukan, alam semesta lama akan hancur. Akibatnya, kembali pada masalah pertama teori inflasi, terlalu kebetulan kalau di alam semesta kita tidak ada alam semesta lain yang mengembang.

Para pendukung pendekatan pembatasan nilai mengambil pendekatan yang tidak biasa, yaitu trial dan error. Mereka menemukan dan menguji nilai dengan berharap suatu saat menemukan jawaban yang mereka inginkan : Alam semesta kita sangat mungkin (tidak terbentuk secara kebetulan). Anggaplah suatu saat mereka berhasil. Maka mereka memerlukan prinsip baru untuk membenarkan penggunaan nilai yang mereka pilih, lalu prinsip untuk menentukan prinsip baru tersebut, lalu prinsip untuk menentukan prinsip dari prinsip baru tersebut, dan seterusnya, ad infinitum.

Pendekatan Antropik

Pendekatan antropik mengakui kalau alam semesta kita kebetulan. Cukup untuk semata memuat kehidupan saja. Sayangnya alam semesta kita tidaklah minimal. Ia begitu mulus dan halus dari sekedar diperlukan untuk menopang kehidupan.

Teori Siklik

Sekarang yang diperlukan adalah hanya dua jenis alam semesta: satu yang kasar, nasibnya adalah melambat dan akhirnya mengerut dan satu lagi, yang lebih umum, adalah alam semesta yang mengalami fase penghalusan seperti alam semesta kita.

Teori siklis menawarkan hal ini. Menurut teori siklis, big bang bukanlah asal usul ruang dan waktu. Big bang hanyalah sebuah pantulan dari fase pengerutan menuju fase pengembangan, yang disertai penciptaan materi dan radiasi. Teori ini disebut siklis karena setelah satu triliun tahun, pengembangan akan berubah menjadi pengerutan dan big bang baru pada akhirnya terjadi. Intinya adalah, penghalusan alam semesta terjadi sebelum big bang yaitu dalam periode hidup sebelumnya.

Hasil dari teori siklis adalah teori yang lebih kuat dari teori inflasi. Ia menjelaskan mengapa alam semesta kita begitu halus tanpa harus melibatkan inflasi mendadak. Alam semesta kita sangat halus karena dalam generasi sebelumnya, alam semesta kita tidak terlalu halus. Dalam generasi selanjutnya setelah alam semesta kita, alam semesta baru yang tercipta akan lebih halus lagi, demikian seterusnya ke masa lalu dan masa depan.

Teori siklis tentu punya kelemahan dan inipun sedang disibakkan oleh pendukung inflasi. Tapi, baik teori inflasi maupun teori siklis harus memiliki prediksi yang dapat diadu sehingga satu teori menang secara mutlak dari teori lain, bukan sekedar saling tunjuk kelemahan.

Menurut Steinhardt, fakta penentu teori siklis dan inflasi adalah gelombang gravitasi. Profil gelombang gravitasi yang diramalkan teori siklis dan teori inflasi berbeda. Bila kita pada akhirnya menemukan gelombang gravitasi, maka pada saat itulah, nasib teori inflasi ditentukan.

Sumber :

Steinhardt, P.J. 2011. The Inflation Debate. Scientific American, April 2011, p.36

Referensi Lanjut :

Populer

Linde, A. 1994. The Self Reproducing Inflationary Universe. Scientific American, November 1994

Veneziano, G. 2004. The Myth of the Beginning of Time. Scientific American, May 2004.

Buku

Carroll, S. 2010. From Eternity to Here: The Quest for the Ultimate Theory of Time. Dutton Adult.

Guth, A. 1998. The Inflationary Universe. Basic Books.

Steinhardt, P.J., Turok, N. 2007. Endless Universe: Beyond the Big Bang. Doubleday.

Ilmiah

Gibbons, G.W., Turok, N. 2008. The Measure Problem in Cosmology. Physical Review D, Vol. 77, No. 6, paper no. 063516, March 2008

Linde, A. 2004. Quantum Cosmology, Inflation and the Anthropic Principle. Dalam Science and Ultimate Reality: Quantum Theory, Cosmology and Complexity. John D Barrow, Paul C.W. Davies dan Charles L Herper, Jr (Editor). Cambridge University Press.

 

Evy Siscawati
Facts are the air of scientists. Without them you can never fly (Linus Pauling). Berjalan di pantai, dud dud, berjalan di pantai, dud dud (ESW).
Bergabung dengan 1000 orang lebih dengan kami melalui sosial media

Berlangganan artikel dan berita terbaru dari kami via email


Aktifitas

© 2010 FaktaIlmiah.com. Hak cipta asli oleh faktailmiah
Anda boleh mendistribusikannya dengan mencantumkan referensi dari situs kami.