Riwayat Singkat Sang Semesta - Bagian I

Anda mungkin familiar dengan Teori Big Bang, jika anda merasa kurang familiar, saya sarankan untuk membaca artikel berikut : Miskonsepsi Tentang Teori Big Bang.

Teori Big Bang menjelaskan bahwa alam semesta berawal dari suatu keadaan dimana semua energi dan materi termampatkan dengan kepadatan dan temperatur tak hingga dalam ukuran suatu titik yang disebut sebagai singularitas, yang sejak 13,8 miliar tahun yang lalu mulai berekspansi dan seketika dengan laju yang sangat cepat. 

Ekspansi masih terus terjadi, tetapi dengan kecepatan yang lebih lambat hingga saat ini. Dan terbentuklah alam semesta seperti yang kita lihat hari ini.

Namun kita tidak benar benar mengetahui apa yang terjadi pada masa paling awal alam semesta. Di singularitas hukum-hukum fisika yang kita kenal saat ini bakal buyar.

Keberadaan singularitas itu sendiri merupakan hasil prediksi matematis berdasarkan Teori Relativitas Umum, tidak menyangakut aspek mekanika kuantum seperti Prinsip Ketidakpastian Heisenberg dan Prinsip Larangan Pauli, yang mana prinsip ini justru tidak memperkenankan terjadinya singularitas. 

Kita tidak punya teori terpadu untuk menjelaskan keadaan paling awal alam semesta. Teori Relativitas Umum dengan Teori Kuantum belum bisa dipadukan menjadi Teori Gravitasi Kuantum, yang akan menjelaskan perilaku gravitasi berdasarkan aspek-aspek mekanika kuantum.

Teori Big Bang merupakan bagian dari Model Standar Kosmologi, model terbaik yang saat ini kita miliki untuk menjelaskan asal usul dan evolusi alam semesta. Peristiwa Big Bang ditandai dengan t = 0 detik, yang juga merupakan batas awal waktu. Kemudian diikuti dengan beberapa era atau masa.

Model Evolusi Alam Semesta

Era Planck 

Dalam riwayat alam semesta era Planck merupakan masa paling awal berlangsung dari 0 sampai 10^-43 detik setelah big bang, yang disebut juga sebagai waktu Planck.

Waktu Planck adalah satuan waktu dalam sistem satuan natural atau disebut juga sebagai satuan Planck. Waktu Planck didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan oleh cahaya dalam ruang hampa untuk menepuh jarak satu panjang Plack, yaitu 10^-43 detik. Waktu Planck ini merupakan interval waktu terkecil yang bisa diukur.

Tidak banyak yang diketahui pada masa ini, keadaan alam semesta pada masa ini sangat sangat padat dan panas, suhunya mencapai lebih dari 10³² Kelvin. Pada masa ini gaya gravitasi dengan gaya gaya fundamental lainnya masih menyatu.

Era Penyatuan Agung (Grand Unification Era)

Era ini berlangsung dari 10^-43 sampai 10^-36 detik setelah big bang. Pada era ini suhu alam semesta masih sangat panas, antara 10³² sampai 10²⁷ Kelvin. Gaya gravitasi mulai terpisah dengan penyatuan gaya fundamental lainnya (Grand Unified Force).

Era ini dinamai berdasarkan Teori Penyatuan Agung (Grand Unified Theory), dimana ketiga gaya fundamental yaitu gaya nuklir kuat, gaya nuklir lemah dan gaya elektromagnetik awalnya bersatu menjadi satu gaya tunggal pada keadaan energi tinggi, seperti pada era ini.

Linimasa pemisahan gaya-gaya fundamental

Era Elektro-Lemah (Electro-Weak Era)

Berlangsung dari 10^-36 sampai 10^-12 detik setelah big bang. Pada era ini gaya nuklir kuat terpisah dengan gaya elektro-lemah (gabungan gaya nuklir lemah dengan gaya elektromagnetik). Gaya nuklir kuat ini berperan dalam pembentukan proton dan neutron dari partikel quark, serta dalam pengikatan antara proton-proton maupun neutron-nuetron di inti atom.

Suhu alam semesta menurun dari 10²⁷ ke 10¹⁵ Kelvin, namun masih cukup panas dan cukup energi untuk menahan penyatuan gaya nuklir lemah dengan gaya elektromagnetik.

Di era ini terjadi peristiwa ekspansi dengan laju yang sangat cepat yang disebut sebagai Inflasi Kosmik. Periode inflasi ini terjadi antara waktu 10^-35 sampai 10^-32 detik. 

Era Quark 

Era ini berlangsung dari 10^-12 sampai 10^-6 detik setelah big bang. Suhu alam semesta turun dari 10¹⁵ sampai 10¹³ Kelvin. Di era ini terjadi pemisahan gaya nuklir lemah dengan gaya elektromagnetik yang awalnya membentuk gaya tunggal (gaya elektro-lemah). 

Gaya nuklir lemah berperan dalam Radioaktivitas (peluruhan partikel), sedangkan gaya elektromagnetik menyebabkan terjadinya gaya tolak-menolak atau tarik-menarik pada benda bermuatan listrik serta pada benda yang bersifat magnetik.

Sekarang alam semesta mempunyai empat gaya fundamental, setiap gaya dibawa oleh partikel dasar tertentu. Partikel-partikel dasar pembawa gaya ini disebut dengan Gauge Boson. Partikel boson secara umum mempunyai nilai spin bilangan bulat. Gluon merupakan salah satu partikel dasar pembawa gaya, yang membawa gaya nuklir kuat

Pada era ini terjadi pembentukan partikel quark. Quark adalah salah satu jenis dari partikel dasar dengan spin pecahan ganjil (fermion). Suhu alam semesta pada masa ini masih sangat panas bagi partikel quark untuk bisa bergabung membentuk partikel-partikel hadron. Alam semesta pada masa ini didominasi oleh Plasma Quark-Gluon.

Pada masa ini juga mulai terjadi interaksi antara quark dengan Medan Higgs, interaksi ini menyebabkan quark memiliki massa.

Anti partikel dari quark yaitu anti-quark, juga tercipta dengan jumlah yang sama dengan quark. Semestinya semua pasangan quark dan anti-quark saling memusnahkan dan menghasilkan foton. Akan tetapi yang kita amati malah sebaliknya, masih ada quark yang tersisa yang menjadi bagian penyusun materi-materi saat ini. Inilah salah satu dari misteri terbesar alam semesta.

Era Hadron 

Era hadron berlangsung dari 10^-6 sampai 1 detik setelah big bang. Terjadi penurunan suhu seiring dengan ekspansi alam semesta dari 10¹³ sampai 10¹⁰ Kelvin. Ketika suhu turun di bawah 4,4 x 10¹² Kelvin, suhu ini cukup dingin bagi plasma quark-gluon untuk membentuk partikel hadron. 

Hadron yang terbentuk dari tiga buah quark disebut dengan baryon, seperti proton dan neutron. Sedangkan hadron yang terbentuk dari pasangan quark dan anti-quark disebut dengan meson. Partikel meson tidaklah stabil, ia seketika meluruh dan melepaskan elektron, neutrino dan foton.

Seperti partikel dasar, hadron juga bisa dikelompokkan menjadi boson atau fermion tergantung kepada sifatnya.

Boson-Hadron-Fermion

Bayangkan semua peristiwa yang sudah terjadi seperti yang dipaparkan di atas  hanya berlangsung dalam waktu satu detik. Alam semesta dengan umur satu detik ini masih sangat jauh berbeda dengan yang sekarang.

Berlanjut ke Bagian II