Seperti Apa Bentuk Alam Semesta?

Seperti apa bentuk alam semesta kita? Pertanyaan ini mungkin pernah terlintas. Tapi bagi para astronom, ini bukan sekedar pertanyaan melainkan teka teki yang harus dicari jawabannya.

Tentu saja tidak mudah.

Kita tidak bisa keluar dari alam semesta dan melihat bagaimana bentuk alam semesta. Jangankan alam semesta. Untuk keluar dari Tata Surya pun baru wahana Voyager yang bisa melakukannya. Dan untuk memahami bentuk galaksi Bimasakti pun dilakukan lewat pengamatan dari dalam Bimasakti untuk kemudian dibandingkan strukturnya dengan hasil pengamatan galaksi lain.

Tapi, bukan tidak mungkin.

Berdasarkan relativitas Einstein di mana ruang waktu bisa melengkung, ada tiga kemungkinan untuk bentuk alam semesta. Alam semesta datar seperti kertas, tertutup seperti bola, atau terbuka seperti pelana. Nah, bentuk alam semesta ini juga sekaligus menceritakan masa lalu dan masa depan alam semesta.

Jadi seperti apa bentuk alam semesta?

Berdasarkan pengamatan, dalam skala besar, alam semesta berada dalam keadaan homogen dan isotropik serta pengamat tidak berada pada posisi yang istimewa di alam semesta. Homogen memberi arti dimanapun pengamat berada di alam semesta ia akan mengamati hal yang sama. Sedangkan isotropi artinya ke arah manapun pengamat memandang ia akan melihat hal yang sama. Dengan demikian tidak ada tempat istimewa di alam semesta.

Model ini menyatakan bahwa alam semesta seharusnya mengembang dalam jangka waktu berhingga, dimulai dari keadaan yang sangat panas dan padat.

Nasib alam semesta sendiri ditentukan oleh pertarungan antara momentum pemuaian dan gaya gravitasi. Laju pemuaian alam semesta ini dinyatakan oleh konstanta Hubble, sedangkan besarnya gravitasi ditentukan oleh kerapatan dan tekanan materi di alam semesta. 

Jika tekanan materi rendah, seperti halnya terjadi pada sebagian besar bentuk materi, maka nasib alam semesta akan ditentukan oleh kerapatan. Nilai kerapatan sangat berperan penting untuk menentukan bentuk alam semesta jika dibandingkan dengan kerapatan kritis. Apakah kerapatan alam semesta lebih besar, sama atau kurang dari kerapatan kritis akan ikut menentukan nasib alam semesta.

Singkatnya, struktur alam semesta bergantung pada dua faktor. Kerapatan dan laju pemuaian atau laju pengembangan alam semesta.

Kalau berdasarkan relativitas Einstein di mana ruang waktu bisa melengkung, alam semesta itu hanya ada tiga kemungkinan untuk bentuk alam semesta.  Alam semesta datar seperti kertas, tertutup seperti bola, atau terbuka seperti pelana. Dari bentuk alam semesta ini pula kita bisa mengetahui masa lalu dan masa depan alam semesta. Seperti apa akhir dari alam semesta kita.

Yang pertama, alam semesta tertutup atau alam semesta yang seperti balon. Pada alam semesta tertutup, kurvaturnya akan bernilai positif seperti bola.  Alam semesta akan memiliki ukuran terbatas tapi tidak memiliki batasan.

Sama seperti balon yang sebenarnya ukurannya terbatas tapi kamu bisa meniupnya sampai sebesar yang kamu suka.  Seandainya kamu mengendarai pesawat luar angkasa sejauh mungkin ke satu arah maka kamu akan menemukan dirimu kembali pada titik yang sama.  Dalam alam semesta tertutup, kerapatan alam semesta lebih besar dari kerapatan kritis sehingga suatu saat alam semesta akan berhenti mengembang dan kemudian mengalami keruntuhan terhadap dirinya sendiri yang disebut Kehancuran Besar.

Bentuk lain yang mungkin dimiliki alam semesta adalah alam semesta datar yang memiliki kurvatur nol. Alam semesta seperti kertas atau bisa digambarkan juga seperti potongan bahan balon yang bisa ditarik. Dalam alam semesta datar, kerapatan alam semesta sama dengan kerapatan kritis. Tapi tidak berarti alam semesta ini tidak bisa mengembang. Alam semesta datar juga bisa mengembang selamanya tapi laju pengembangannya mendekati nol.

Bentuk ketiga adalah alam semesta terbuka atau alam semesta yang memiliki kurvatur negatif. Kalau digambarkan alam semesta akan tampak seperti bentuk pelana kuda. Pada alam semesta terbuka, kerapatan alam semesta lebih kecil dari kerapatan kritisnya dan alam semesta akan mengembang selamanya. Yang menarik, laju pengembangannya tidak akan pernah mendekati nol.

Untuk mengetahui bentuk alam semesta kita maka harus pula didukung dengan data pengamatan. Petunjuk terbaik tentang bentuk alam semesta diperoleh dari radiasi latar belakang yang merupakan cahaya yang dipancarkan ketika alam semesta baru berumur 380.000 tahun setelah Dentuman Besar. Pengukuran perbedaan temperatur radiasi latar belakang ini dilakukan oleh Wahana WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe). Pemetaan WMAP memperlihatkan hampir tidak ada kurvatur sama sekali atau dengan kata lain, semesta kita memiliki model alam semesta datar.

Selain itu, hasil pengamatan juga menunjukkan kalau alam semesta mengembang dipercepat dengan area terluar bergerak menjauh dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Tapi bukankah dalam alam semesta datar laju pengembangannya mendekati nol?

Alam semesta datar memang bisa mengembang selamanya tapi tidak dengan kecepatan seperti itu. Karena itu para astronom menduga keberadaan energi gelap yang mendorong galaksi untuk saling menjauh.

Untuk alam semesta yang mengembang dipercepat, masa depannya bisa dibilang cukup suram. Miliaran tahun lagi, pengembangan alam semesta akan berlangsung sangat cepat. Galaksi-galaksi terjauh akan menghilang dari pandangan karena cahaya yang datang dari galaksi-galaksi ini butuh waktu lebih lama untuk mencapai kita.  Lama-kelamaan bahkan galaksi dekat seperti Andromeda tak akan bisa kita amati.

Seratus triliun kemudian, diperkirakan pembentukan bintang akan berakhir dan yang ada di alam semesta hanyalah bintang-bintang bermassa sangat rendah yang berumur sangat panjang, bintang katai coklat, bintang neutron, dan lubang hitam. Pada akhirnya alam semesta hanya diisi lubang hitam supermasif.

Satu Googol tahun lagi (1 Googol, 1 diikuti dengan 100 nol di belakang), lubang hitam supermasif akan menguap dengan memancarkan radiasi Hawking.

Alam semesta yang kita kenal akan memasuki Era Kegelapan dengan temperatur yang membekukan. Alam semesta akan kembali gelap dan kosong.

Artikel ini merupakan kerjasama detikEdu dengan langitselatan dan telah diterbitkan di portal detikEdu.