PROBACA.COM – Bagaimana kalau alam semesta yang terus mengembang itu sebenarnya tidak membutuhkan “bahan bakar” misterius bernama energi gelap? Kedengarannya seperti membongkar salah satu tiang utama kosmologi modern. Namun, itulah kemungkinan yang muncul dari sebuah studi matematika para peneliti University of California, Davis, yang diterbitkan di Proceedings of the Royal Society A.
Selama hampir tiga dekade, energi gelap menjadi penjelasan utama untuk satu fakta kosmik yang bikin dahi berkerut: alam semesta bukan cuma mengembang, tetapi mengembang semakin cepat. Energi gelap dianggap sebagai komponen tak dikenal yang mendorong percepatan tersebut.
Studi baru ini menawarkan jalan lain. Menurut perhitungan para peneliti, percepatan itu mungkin muncul secara alami dari persamaan Einstein—tanpa perlu menambahkan energi gelap sebagai komponen terpisah.
Kuncinya ada pada dugaan bahwa model standar alam semesta ternyata tidak stabil. Untuk membayangkannya, Blake Temple, penulis utama sekaligus profesor emeritus matematika di UC Davis, memakai analogi pensil yang berdiri tegak di ujungnya.
Secara matematis, pensil itu bisa berada dalam keadaan seimbang. Semua gaya tampak saling mengimbangi. Tetapi sedikit saja hembusan udara, pensil akan jatuh. Keadaan seimbangnya ada, tetapi sangat rapuh.
Menurut Temple, hal serupa mungkin terjadi pada model matematika yang selama ini dipakai untuk menggambarkan ekspansi kosmik. Model tersebut bisa menjadi solusi persamaan, tetapi bukan keadaan yang benar-benar bertahan jika mendapat gangguan kecil.
Para peneliti mempelajari apa yang disebut Friedmann spacetimes, yaitu gambaran matematis tentang alam semesta yang mengembang. Dalam gambaran ini, materi dianggap tersebar merata di seluruh ruang pada skala sangat besar. Asumsi “rata-rata di mana-mana” tersebut menjadi fondasi penting untuk merekonstruksi sejarah alam semesta sejak Big Bang.
Namun, analisis tim UC Davis menunjukkan bahwa ruang-waktu Friedmann tidak stabil terhadap gangguan radial—gangguan yang menyebar ke arah luar atau ke dalam—pada skala panjang yang sangat besar. Ketidakstabilan juga muncul pada skala kecil dalam konteks Big Bang.
“Solusi yang tidak stabil dalam fisika dan sains dianggap tidak fisik,” kata Temple. Dalam bahasa sederhana, jika sedikit gangguan justru membuat suatu model menjauh dari keadaan awalnya, model itu mungkin tidak menggambarkan sesuatu yang benar-benar bisa bertahan di alam.
Selama ini, kerangka utama kosmologi disebut model Lambda-cold dark matter, atau ΛCDM. Model ini menggabungkan materi gelap dingin dengan konstanta kosmologis—besaran yang berkaitan erat dengan energi gelap—untuk menjelaskan bagaimana alam semesta berevolusi sejak Big Bang.
Asal-usul konstanta kosmologis sendiri cukup dramatis. Pada 1915, Albert Einstein memperkenalkan teori relativitas umum, yang menggambarkan gravitasi bukan sekadar gaya tarik-menarik, melainkan kelengkungan ruang dan waktu.
Einstein awalnya mengira alam semesta bersifat statis: tidak mengembang dan tidak menyusut. Agar persamaannya cocok dengan anggapan itu, ia menambahkan sebuah suku matematis yang berfungsi melawan gravitasi. Suku tersebut kemudian dikenal sebagai konstanta kosmologis.
Pandangan itu berubah setelah Edwin Hubble menemukan bukti pada 1929 bahwa alam semesta mengembang. Einstein lalu terkenal menyebut penambahan konstanta kosmologis sebagai “kesalahan terbesar”-nya, karena persamaan awalnya sebenarnya sudah dapat mengarah pada alam semesta yang mengembang.
Ironisnya, konstanta kosmologis kembali menjadi pusat perhatian pada 1990-an. Para astronom menemukan bahwa ekspansi alam semesta tidak melambat akibat gravitasi, melainkan justru semakin cepat. Konstanta kosmologis kemudian dikaitkan dengan energi gelap, nama untuk sesuatu yang hingga kini belum diketahui hakikatnya.
Temple dan rekan-rekannya mulai bertanya: bagaimana jika percepatan itu bukan akibat komponen misterius tambahan, melainkan akibat alam semesta yang secara alami bergerak menjauh dari solusi standar yang tidak stabil?
Awalnya, mereka mempertimbangkan kemungkinan adanya gelombang kejut raksasa. Bayangkan sebuah gelombang yang merambat dan membawa wilayah alam semesta di belakangnya ikut mengembang. Mungkin saja, pikir mereka, percepatan yang tampak aneh itu adalah efek dari gelombang tersebut.
Dari gagasan itu, mereka menemukan keluarga solusi self-similar selama era radiasi pada awal Big Bang. Solusi self-similar adalah pola yang tetap mempertahankan bentuk dasarnya ketika dilihat pada skala berbeda. Fraktal adalah analogi yang cukup akrab: bentuk serupa dapat muncul berulang pada ukuran yang semakin besar atau kecil.
Para peneliti kemudian menggunakan bentuk self-similar dari persamaan Einstein. Mereka merepresentasikan model kosmologi standar sebagai sebuah rest point, yakni keadaan matematis ketika variabel-variabel utama sistem tidak berubah.
Dengan cara itu, mereka bisa menguji apa yang terjadi jika keadaan tersebut diganggu sedikit. Apakah gangguan itu akan menghilang seiring waktu, seperti riak kecil yang akhirnya reda, atau justru membesar seperti retakan yang merambat?
Analisis mereka memberikan kerangka matematika untuk menilai kestabilan model standar, termasuk ruang-waktu Friedmann, pada era ketika materi mulai lebih dominan daripada radiasi dalam menentukan perkembangan alam semesta.
Hasilnya menunjukkan bahwa gangguan pada gambaran konvensional alam semesta dapat tumbuh, bukan mereda. Temuan itu, menurut Temple, tampaknya menyingkirkan model Lambda-cold dark matter sebagai solusi stabil yang layak—setidaknya dalam kerangka analisis matematika yang mereka lakukan.
Jika kesimpulan ini nantinya bertahan setelah diuji lebih lanjut, percepatan ekspansi kosmik mungkin tidak membutuhkan energi gelap sebagai penjelasan terpisah. Jawabannya bisa saja sudah berada di dalam teori gravitasi Einstein, hanya selama ini kita mengira model sederhananya cukup stabil untuk menggambarkan seluruh alam semesta.
Tentu, ini masih merupakan hasil matematis yang menantang model kosmologi standar, bukan penutupan perkara tentang energi gelap. Tetapi pesannya cukup mengguncang: mungkin alam semesta tidak sedang didorong oleh sesuatu yang misterius. Mungkin ia hanya sedang menjauh dari posisi yang sejak awal memang rapuh.
Nah, seperti pensil yang berdiri di ujungnya, model alam semesta bisa saja tampak seimbang di atas kertas—padahal sedikit gangguan sudah cukup untuk membuat seluruh gambaran kosmik berubah arah.
***
DISCLAIMER: Sebagian proses pengolahan artikel ini dibantu oleh teknologi AI. Pembaca disarankan memverifikasi kembali data dan informasi melalui sumber resmi atau sumber primer
Disadur dari ScienceDaily
