Selama beberapa dekade, Big Bang telah menjadi landasan kosmologi modern: momen ketika alam semesta meledak dari titik padat yang tak terhingga menjadi ada. Namun, jika ada, apa yang terjadi sebelum momen itu? Pertanyaan tersebut awalnya tampak tidak ada artinya, namun terobosan baru-baru ini dalam relativitas numerik—sebuah pendekatan komputasi untuk memecahkan persamaan Einstein yang terkenal rumit—mengungkapkan bahwa sejarah awal alam semesta mungkin jauh lebih aneh dari yang dibayangkan sebelumnya. Para ilmuwan kini melihat sekilas potensi alam semesta yang sudah ada sebelumnya, realitas yang bertabrakan, dan bahkan kemungkinan bahwa Big Bang bukanlah sebuah permulaan, namun sebuah transisi.
Memutar Ulang Kosmos: Terobosan Relativitas Numerik
Tantangan utamanya terletak pada kenyataan bahwa persamaan yang menggambarkan gravitasi terpecah pada kepadatan yang ekstrim. Fisikawan telah lama berusaha menghindari masalah ini dengan menggunakan perkiraan, memasukkan kondisi ke dalam superkomputer, dan membiarkannya menjalankan simulasi. Ini bukan tentang menemukan solusi yang tepat; ini tentang mengekstraksi wawasan yang berarti dari perkiraan kasar. Seperti yang dijelaskan oleh Eugene Lim dari King’s College London, bidang ini kini mengungkap jawaban atas pertanyaan-pertanyaan yang dulunya dianggap tidak dapat dijawab.
Kekuatan pendekatan ini muncul dari astronomi gelombang gravitasi. Setelah berpuluh-puluh tahun berteori, para ilmuwan akhirnya mengamati riak-riak di ruang-waktu pada tahun 2016. Keberhasilan tersebut memberi semangat kepada para peneliti untuk menerapkan teknik yang sama pada masalah yang jauh lebih sulit di alam semesta awal, dengan membangun model tingkat “bintang kematian” untuk mensimulasikan kondisi di dekat Big Bang.
Teka-teki Inflasi dan Kasus Alam Semesta yang Memantul
Salah satu teori terkemuka tentang apa yang terjadi sebelum fase panas dan padat di alam semesta awal adalah inflasi : periode ekspansi eksponensial yang menghaluskan ketidakteraturan awal. Namun, inflasi bergantung pada bidang hipotetis—yaitu “inflaton”—yang sifat-sifatnya masih kurang dipahami. Simulasi kini mengungkapkan bahwa konfigurasi tertentu dari bidang ini lebih mungkin menghasilkan inflasi dibandingkan yang lain, sehingga menciptakan ketegangan dengan pengamatan dari latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB).
Ketidakpastian ini telah membuka pintu bagi model-model alternatif, termasuk hipotesis alam semesta yang memantul. Alih-alih meledak dari singularitas, alam semesta mungkin berkontraksi dari keadaan sebelumnya sebelum pulih kembali. Relativitas numerik mendukung gagasan ini, menunjukkan bahwa kontraksi dapat mengatasi ketidakteraturan sama efektifnya dengan inflasi, dan berpotensi menghindari permasalahan singularitas. Data terbaru bahkan menunjukkan perluasan alam semesta melambat, sehingga kontraksi di masa depan menjadi lebih masuk akal.
Bukti Alam Semesta Bertabrakan?
Mungkin implikasi paling radikal dari simulasi ini adalah kemungkinan bahwa alam semesta kita tidak sendirian. Jika inflasi menciptakan “gelembung” ruang yang berkembang lebih lambat, gelembung-gelembung tersebut bisa saja terbentuk cukup dekat untuk saling bertabrakan. Model menunjukkan bahwa tabrakan semacam itu akan meninggalkan bekas luka yang dapat dideteksi di CMB. Meskipun pencarian awal terhadap jejak-jejak ini memberikan hasil yang tidak meyakinkan, para peneliti menyempurnakan metode mereka dan mengeksplorasi skenario yang lebih realistis.
Eksperimen bahkan sedang dilakukan di laboratorium untuk mensimulasikan tabrakan alam semesta menggunakan cairan eksotik, guna memvalidasi prediksi teoretis.
Masa Depan Penyelidikan Kosmologis
Relativitas numerik tidak hanya menguji teori yang ada; itu juga menyelidiki dasar-dasar fisika teoretis. Bentuk medan inflasi yang diperlukan untuk menghasilkan inflasi, misalnya, bertentangan dengan banyak model teori string, namun sejalan dengan variasi tertentu. Hal ini menunjukkan bahwa beberapa pendekatan untuk menyatukan gravitasi dengan mekanika kuantum mungkin lebih menjanjikan dibandingkan pendekatan lainnya.
Dengan daya komputasi yang lebih cepat dan simulasi yang lebih canggih, para ilmuwan siap untuk mendorong batas-batas pengetahuan kosmologis lebih jauh lagi. Era yang secara membabi buta menerima Big Bang sebagai permulaan yang mutlak mungkin akan segera berakhir. Kita sedang memasuki fase di mana asal usul alam semesta dapat diuji, ditantang, dan berpotensi ditulis ulang berdasarkan pencarian kebenaran komputasi tanpa henti.
Simulasinya adalah karya yang indah, tetapi masih belum lengkap. Model-model tersebut belum dapat sepenuhnya menjelaskan alam semesta seperti yang kita lihat saat ini, namun mereka semakin dekat untuk menjawab pertanyaan terbesar dalam kosmologi: apa yang terjadi sebelum segala sesuatu?
