Mengapa alam semesta mengembang? Kapan energi gelap ditemukan?

Astronomi

Terjemahan

Jika Alam Semesta mengembang, kita dapat memahami mengapa galaksi-galaksi jauh menjauh dari kita. Tapi mengapa bintang, planet, dan atom tidak mengembang?

Salah satu kejutan ilmiah terbesar di abad ke-20 adalah penemuan perluasan alam semesta. Galaksi-galaksi yang jauh bergerak menjauhi kita dan satu sama lain lebih cepat dibandingkan galaksi-galaksi yang lebih dekat, seolah-olah struktur ruang angkasa sedang meregang. Pada skala terbesar, kepadatan materi dan energi di Alam Semesta telah menurun selama miliaran tahun, dan hal ini terus berlanjut. Dan jika kita melihat cukup jauh, kita akan melihat galaksi-galaksi terbang menjauh dengan sangat cepat sehingga tidak ada yang bisa kita kirimkan kepada mereka saat ini—bahkan kecepatan cahaya sekalipun. Tapi bukankah ada paradoks dalam hal ini? Inilah yang ditanyakan pembaca:

Jika alam semesta mengembang lebih cepat dari kecepatan cahaya, mengapa hal ini tidak mempengaruhi tata surya kita dan jarak matahari ke planet-planet? Dan mengapa jarak relatif antara bintang-bintang di galaksi kita tidak bertambah... atau justru bertambah?

Gagasan pembaca benar, dan di Tata Surya, jarak antara planet dan bintang tidak bertambah seiring dengan perluasan Alam Semesta. Jadi, apa yang mengembang di alam semesta yang mengembang? Mari kita cari tahu.

Gagasan awal Newton tentang ruang sebagai sesuatu yang tetap, mutlak, dan tidak berubah. Ini adalah tahap di mana massa bisa eksis dan tertarik

Ketika Newton pertama kali berpikir tentang alam semesta, dia membayangkan ruang sebagai sebuah kisi-kisi. Itu adalah entitas yang mutlak dan tetap, berisi massa yang tertarik satu sama lain secara gravitasi. Namun ketika Einstein muncul, dia menyadari bahwa jaringan imajiner ini tidak tetap, tidak mutlak, dan tidak seperti representasi Newton. Jaring ini seperti kain, dan kain ini terpelintir, terdistorsi, dan berubah seiring waktu karena adanya materi dan energi. Selain itu, materi dan energi menentukan kelengkungannya.

Kelengkungan ruang-waktu oleh massa gravitasi menurut relativitas umum

Namun jika hanya ada kumpulan massa berbeda di ruang-waktu Anda, mereka pasti akan runtuh dan membentuk lubang hitam. Einstein tidak menyukai gagasan ini, sehingga ia menambahkan “koreksi” berupa konstanta kosmologis. Jika ada istilah ekstra dalam persamaan tersebut—energi ekstra yang menembus ruang kosong—maka hal tersebut dapat mendorong seluruh massa menjauh dan membuat alam semesta tetap diam. Ini akan mencegah keruntuhan gravitasi. Dengan menambahkannya, Einstein membiarkan alam semesta berada dalam keadaan hampir tidak bergerak selamanya.

Namun tidak semua orang tertarik dengan gagasan alam semesta statis. Salah satu solusi pertama diperoleh oleh seorang fisikawan bernama Alexander Friedman. Dia menunjukkan bahwa jika Anda tidak menambahkan konstanta kosmologis ini, dan mengisi Alam Semesta dengan energi - materi, radiasi, debu, cairan, dll. – lalu ada dua kelas solusi: satu untuk alam semesta yang berkontraksi, dan yang lainnya untuk alam semesta yang mengembang.

Model “roti kismis” yang menggambarkan perluasan Alam Semesta, di mana jarak relatif bertambah seiring dengan meluasnya ruang (adonan)

Matematika memberi Anda kemungkinan solusi, namun Anda perlu melihat alam semesta fisik untuk mengetahui mana yang menggambarkannya. Hal ini terjadi pada tahun 1920-an berkat karya Edwin Hubble. Hubble adalah orang pertama yang menemukan bahwa karakteristik masing-masing bintang di galaksi lain dapat diukur dan ditentukan jaraknya. Menggabungkan pengukuran ini dengan karya Vesto Slifer, yang menunjukkan bahwa benda-benda tersebut mengalami pergeseran spektrum atom, ia memperoleh hasil yang menakjubkan.

Plot laju pemuaian (sumbu y) versus jarak (sumbu x) berhubungan dengan alam semesta yang mengembang dengan cepat di masa lalu namun masih terus mengembang hingga saat ini. Ini adalah versi modern dari karya Hubble, yang diperluas hingga jarak ribuan kali lebih jauh dari jarak aslinya.

Entah seluruh teori relativitas salah, kita berada di pusat alam semesta dan segala sesuatu secara simetris menjauh dari kita, atau teori relativitas benar, Friedman benar, dan semakin jauh sebuah galaksi dari kita, semakin cepat galaksi tersebut bergerak. rata-rata ia menjauh dari kita. Dalam satu gerakan, teori alam semesta yang mengembang berpindah dari gagasan sederhana ke deskripsi utama tentang alam semesta.

Ekstensi ini bekerja sedikit berlawanan dengan intuisi. Tampaknya struktur ruang meregang seiring waktu, dan semua objek di ruang ini ditarik satu sama lain. Semakin jauh suatu benda dari benda lain, semakin besar regangan di antara benda-benda tersebut, dan semakin cepat pula benda-benda tersebut menjauh satu sama lain. Jika alam semesta kita dipenuhi materi secara seragam, maka kepadatan materi akan berkurang dan setiap bagiannya akan menjauh dari bagian lainnya seiring berjalannya waktu.

Fluktuasi dingin (biru) di CMB tidak secara inheren lebih dingin, namun hanya mewakili wilayah di mana terdapat tarikan gravitasi yang lebih besar karena kepadatan materi yang lebih tinggi. Titik panas (merah) lebih panas karena radiasi di titik tersebut berada di sumur gravitasi yang lebih dangkal. Seiring waktu, wilayah yang lebih padat cenderung menjadi bintang, galaksi, dan gugus, sedangkan wilayah yang kurang padat cenderung menjadi bintang.

Namun Alam Semesta tidak sepenuhnya seragam. Ini berisi area dengan kepadatan yang meningkat, seperti planet, bintang, galaksi, dan gugus galaksi. Terdapat area dengan kepadatan rendah di dalamnya, seperti ruang hampa kosmik yang sangat besar, di mana praktis tidak ada objek berukuran besar yang dapat ditemukan. Hal ini disebabkan adanya fenomena fisik lain selain perluasan Alam Semesta. Pada skala kecil, seukuran hewan dan lebih kecil, gaya elektromagnetisme dan nuklir mendominasi. Dalam skala besar - planet, tata surya, dan galaksi - pengaruh gravitasi mendominasi. Pada skala terbesar—ukuran yang sebanding dengan Alam Semesta—perjuangan utama adalah antara perluasan Alam Semesta dan tarikan gravitasi seluruh materi dan energi yang ada di dalamnya.

Pada skala terbesar, Alam Semesta mengembang dan galaksi-galaksi bergerak menjauhi satu sama lain. Dalam skala kecil, gravitasi mengalahkan ekspansi, yang mengarah pada pembentukan bintang, galaksi, dan gugusnya

Dalam skala terbesar, ekspansilah yang menang. Galaksi-galaksi terjauh sedang menyusut dengan sangat cepat sehingga tidak ada sinyal yang dapat kita kirimkan kepada mereka, bahkan dengan kecepatan cahaya, yang dapat menjangkau mereka. Superkluster Alam Semesta—struktur panjang seperti benang yang menjadi tempat barisan galaksi, membentang sepanjang miliaran tahun cahaya—teregang dan terpisah seiring dengan perluasan Alam Semesta. Dalam waktu relatif singkat mereka akan hilang. Dan bahkan gugus galaksi yang paling dekat dengan Bima Sakti, gugus Virgo, yang terletak hanya 50 juta tahun cahaya, tidak akan menarik kita ke sana. Meskipun tarikan gravitasinya seribu kali lebih besar dari gravitasi kita, perluasan alam semesta akan memisahkan kita.

Kumpulan besar ribuan galaksi membentuk lingkungan terdekat kita dalam jarak 100.000.000 tahun cahaya. Gugus Virgo akan tetap terikat secara gravitasi, namun Bima Sakti akan terus menjauh darinya seiring berjalannya waktu

Namun ada juga skala yang lebih kecil dimana ekspansi telah dikalahkan – setidaknya secara lokal. Gugus Virgo akan tetap terikat secara gravitasi. Bima Sakti dan seluruh kelompok galaksi lokal akan tetap terhubung dan pada akhirnya akan bergabung di bawah pengaruh gravitasi. Bumi akan tetap bergerak dalam orbit mengelilingi Matahari dengan jarak yang sama, ukuran Bumi akan tetap sama, dan atom-atom penyusun segala sesuatu tidak akan mengembang. Mengapa? Karena perluasan Alam Semesta hanya berhasil jika interaksi lain - gravitasi, elektromagnetik, nuklir - belum mengatasinya. Jika suatu gaya mampu menahan suatu benda tetap utuh, perluasan alam semesta pun tidak dapat mengubahnya.

Orbit planet-planet dalam sistem TRAPPIST-1 tidak berubah seiring dengan perluasan Alam Semesta karena gaya kohesif gravitasi, yang mengatasi semua konsekuensi perluasan

Ada alasan yang tidak jelas untuk hal ini, karena ekspansi bukan tentang interaksi, tetapi lebih tentang kecepatan. Ruang mengembang pada semua skala, namun perluasan hanya mempengaruhi semua objek secara kolektif. Di antara dua titik, ruang akan mengembang dengan kecepatan tertentu, tetapi jika kecepatan ini lebih kecil dari kecepatan lepas antara dua benda - jika ada gaya di antara keduanya - maka jarak antara keduanya tidak akan bertambah. Tidak ada peningkatan jarak, tidak ada efek ekspansi. Setiap saat, pemuaian diatasi dengan suatu margin, sehingga tidak akan pernah memperoleh efek total yang diamati antara objek-objek yang tidak berhubungan. Hasilnya, benda-benda yang stabil dan koheren dapat bertahan hidup tanpa perubahan di alam semesta yang mengembang selamanya.

Ukuran benda-benda stabil yang disatukan, baik yang terikat oleh gravitasi, elektromagnetisme, atau gaya lain, tidak akan berubah seiring dengan mengembangnya alam semesta. Jika Anda berhasil mengatasi perluasan kosmik, Anda akan tetap terhubung selamanya.

Selama Alam Semesta mempunyai sifat-sifat yang telah kita ukur, segala sesuatu akan terus demikian. Energi gelap mungkin ada dan menyebabkan galaksi-galaksi jauh bergerak menjauh dari kita, namun efek perluasan pada jarak tetap tidak akan berubah. Hanya dalam pilihan

(Sains@Science_Newworld).

Semua orang tahu bahwa alam semesta mengembang. Tapi dimana? Apa ekstensi ini? Dengan mengamati bagaimana jamur nuklir tumbuh, kita pasti dapat membatasi ruang tumbuhnya. Pertanyaannya mungkin sangat bodoh di satu sisi, tetapi di sisi lain sangat menarik.

Jadi, alam semesta telah mengembang atau menyusut (masing-masing mengalami pergeseran merah dan pergeseran biru) sejak big bang. Namun di manakah perluasannya akan berakhir? Bagaimanapun juga, hal itu tidak mungkin terjadi tanpa batas. Mengapa kita harus membicarakan perluasan alam semesta seolah-olah itu adalah hal yang paling normal dan alami di dunia?

Pertama, beberapa kebenaran sederhana.

1. Anda tidak sedang melakukan ekspansi saat ini. Bumi juga tidak. Baik tata surya maupun bima sakti. Perluasan alam semesta bergantung pada gravitasi, yang berarti wilayah dengan kepadatan tinggi mengalami efek lokal yang didominasi gravitasi. Ternyata tidak semua galaksi menjauh dari Bima Sakti. Tetangga terdekat kita, Galaksi Andromeda, melaju ke arah kita dengan kecepatan 80 km/s dan akan bertabrakan dengan kita dalam beberapa miliar tahun.

2. tidak percaya metafora. Bagi Anda, alam semesta mungkin tampak mengembang seperti balon yang ditiup udara. “Lihat, seperti alam semesta!”, kata seorang ilmuwan Inggris yang modis kepada Anda. Namun jika Anda cerdik, Anda akan melihat ada ruang di luar bola, dan permukaan 2 dimensi bola mengembang menjadi ruang 3 dimensi. Namun, alam semesta kita memiliki tiga dimensi.

3. Alam semesta tidak mempunyai ujung dan ujung. Kita tidak begitu yakin apakah alam semesta itu besarnya tak terhingga atau memang benar-benar besar, namun meskipun demikian, jika kita melakukan perjalanan dalam satu arah cukup lama, kita akan kembali ke titik awal. Pikirkan Pac-Man, tapi tanpa buah dan hantu. Adapun pusat alam semesta, disitulah analogi bola membantu kita. Tampaknya bagi kita bahwa semua galaksi bergerak menjauh dari kita, tetapi dari sudut pandang mereka, galaksi-galaksi tersebut juga akan menjadi pusat alam semesta. Itu hanya ilusi.

Jadi di manakah sebenarnya alam semesta mengembang? Ya, entah kemana. Tidak ada lemari ruang yang berisi barang-barang. Namun untuk memahami hal ini, mari kita lihat apa yang dikatakan relativitas umum tentang ruangwaktu.

Dalam oto (seperti yang dikatakan para profesional), sifat ruang (dan waktu) yang paling penting adalah jarak (dan interval waktu) antara dua titik. Faktanya, jarak sepenuhnya menentukan ruang. Evolusi skala jarak ditentukan oleh jumlah materi dan energi di ruang angkasa, dan seiring berjalannya waktu, skala tersebut bertambah dan begitu pula jarak antar galaksi. Namun - dan ini hal yang aneh - hal ini terjadi tanpa pergerakan galaksi yang sebenarnya.

Mungkin saat ini intuisi Anda gagal. Namun hal ini tidak akan menghentikan kita untuk memahami keanehan tersebut.

Kita telah mengatakan bahwa galaksi-galaksi sedang menjauh dari kita. Tidak terlalu. Lebih mudah bagi para ilmuwan untuk menjelaskan apa yang sebenarnya terjadi. Mereka menipu Anda.

“Tapi tunggu!”, kata orang yang paling paham ilmiah di antara Anda. - “Kami Mengukur Pergeseran Doppler Galaksi Jauh.” Apa yang disebut “Pergeseran Merah”, yang Anda ketahui, terekam di tanah, dan seperti sirene ambulans yang lewat, memberi tahu kita bahwa ada pergerakan. Namun hal ini tidak terjadi pada skala kosmologis. Hanya saja sejak galaksi jauh memancarkan cahaya dan mencapai kita, skala ruang angkasa telah berubah dan berkembang secara serius. Seiring dengan meluasnya ruang angkasa, panjang gelombang foton juga meningkat, itulah sebabnya cahaya tampak merah.

Pendekatan ini menimbulkan pertanyaan lain: “Apakah alam semesta benar-benar mengembang lebih cepat dari kecepatan cahaya? Memang benar bahwa sebagian besar galaksi jauh menambah jaraknya dari kita lebih cepat dari kecepatan cahaya, tapi lalu kenapa? cahaya (mereka umumnya diam Selain itu, mengetahui hal ini tidak akan membantu Anda dengan cara apa pun: informasi tidak dikirimkan. Jika Anda mengirim paket makanan ke galaksi lain, ini tidak dapat dilakukan lebih cepat daripada kecepatan cahaya (dan bahkan di sini, pada prinsipnya, Anda harus mencobanya.

Kami telah menyajikan pendapat yang paling luas (atau paling mapan di bidang relativis) mengenai ekspansi kosmologis, namun masuk akal jika diakhiri dengan fakta yang tidak kami pahami sama sekali. Semua hal di atas berfungsi dengan baik jika Anda memiliki ruang untuk melangkah maju dan melakukan peregangan. Namun apa yang terjadi pada awalnya sehingga menyebabkan ruang terbentuk dari ketiadaan? Fisika tidak memiliki jawaban untuk pertanyaan ini. Dan kita harus menunggu sampai teori gravitasi kuantum muncul dan menjelaskan masalah ini.

Semua orang tahu bahwa alam semesta sedang mengembang. Tapi dimana? Apa ekstensi ini? Dengan mengamati bagaimana jamur nuklir tumbuh, kita pasti dapat membatasi ruang tumbuhnya. Pertanyaannya mungkin sangat bodoh di satu sisi, tetapi di sisi lain sangat menarik.

Jadi, Alam Semesta telah mengembang atau menyusut (masing-masing mengalami pergeseran merah dan pergeseran biru) sejak Big Bang. Namun di manakah perluasannya akan berakhir? Bagaimanapun juga, hal itu tidak mungkin terjadi tanpa batas. Mengapa kita harus membicarakan perluasan alam semesta seolah-olah itu adalah hal yang paling normal dan alami di dunia?

Pertama, beberapa kebenaran sederhana.

1. Anda tidak melakukan ekspansi saat ini. Bumi juga tidak. Baik Tata Surya maupun Bima Sakti. Perluasan alam semesta bergantung pada gravitasi, yang berarti wilayah dengan kepadatan tinggi mengalami efek lokal yang didominasi gravitasi. Ternyata tidak semua galaksi menjauh dari Bima Sakti. Tetangga terdekat kita, Galaksi Andromeda, melaju ke arah kita dengan kecepatan 80 km/s dan akan bertabrakan dengan kita dalam beberapa miliar tahun.

2. Jangan percaya metafora. Bagi Anda, alam semesta mungkin tampak mengembang seperti balon yang ditiup udara. “Lihat, sama seperti Alam Semesta!”, kata seorang ilmuwan Inggris yang modis kepada Anda. Namun jika Anda cerdik, Anda akan melihat ada ruang di luar bola, dan permukaan 2 dimensi bola mengembang menjadi ruang 3 dimensi. Namun, alam semesta kita memiliki tiga dimensi.

Dalam relativitas umum (seperti yang dikatakan para profesional), sifat ruang (dan waktu) yang paling penting adalah jarak (dan interval waktu) antara dua titik. Faktanya, jarak sepenuhnya menentukan ruang. Evolusi skala jarak ditentukan oleh jumlah materi dan energi di ruang angkasa, dan seiring berjalannya waktu, skala tersebut bertambah dan begitu pula jarak antar galaksi. Namun - dan ini hal yang aneh - hal ini terjadi tanpa pergerakan galaksi yang sebenarnya.

Mungkin saat ini intuisi Anda gagal. Namun hal ini tidak akan menghentikan kita untuk memahami keanehan tersebut.

Kita telah mengatakan bahwa galaksi-galaksi sedang menjauh dari kita. Tidak terlalu. Lebih mudah bagi para ilmuwan untuk menjelaskan apa yang sebenarnya terjadi. Mereka menipu Anda.

“Tapi tunggu!”, kata orang yang paling paham ilmiah di antara Anda. - “Kami mengukur pergeseran Doppler galaksi-galaksi jauh.” Apa yang disebut “pergeseran merah” ini, yang Anda ketahui, terekam di Bumi, dan seperti sirene ambulans yang lewat, hal ini memberi tahu kita bahwa ada pergerakan. Namun hal ini tidak terjadi pada skala kosmologis. Hanya saja sejak galaksi jauh memancarkan cahaya dan mencapai kita, skala ruang angkasa telah berubah dan berkembang secara serius. Seiring dengan meluasnya ruang angkasa, panjang gelombang foton juga meningkat, itulah sebabnya cahaya tampak merah.

Pendekatan ini menimbulkan pertanyaan lain: “Apakah Alam Semesta benar-benar mengembang lebih cepat daripada kecepatan cahaya?” Memang benar bahwa sebagian besar galaksi jauh menambah jaraknya dari kita lebih cepat daripada kecepatan cahaya, tapi lalu kenapa? Mereka tidak bergerak lebih cepat dari cahaya (umumnya mereka diam). Selain itu, mengetahui hal ini tidak akan membantu Anda dengan cara apa pun: informasi tidak dikirimkan. Jika Anda mengirim paket makanan ke galaksi lain lebih cepat dari kecepatan cahaya, hal ini tidak dapat dilakukan (dan bahkan di sini, pada prinsipnya, Anda harus mencobanya). Kecepatan cahaya tetap menjadi pembatas kecepatan universal.

Pertama, beberapa kebenaran sederhana.

Mungkin saat ini intuisi Anda gagal. Namun hal ini tidak akan menghentikan kita untuk memahami keanehan tersebut.

Kita telah mengatakan bahwa galaksi-galaksi sedang menjauh dari kita. Tidak terlalu. Lebih mudah bagi para ilmuwan untuk menjelaskan apa yang sebenarnya terjadi. Mereka menipu Anda.

Saat kita melihat alam semesta yang jauh, kita melihat galaksi di mana-mana - di segala arah, jutaan atau bahkan milyaran tahun cahaya jauhnya. Karena ada dua triliun galaksi yang dapat kita amati, jumlah segala sesuatu di luarnya ternyata lebih besar dan lebih dingin dari imajinasi terliar kita. Salah satu fakta paling menarik adalah bahwa semua galaksi yang pernah kita amati (rata-rata) mengikuti aturan yang sama: semakin jauh jaraknya dari kita, semakin cepat pula mereka menjauh dari kita. Penemuan yang dilakukan oleh Edwin Hubble dan rekan-rekannya pada tahun 1920-an ini membawa kita pada gambaran alam semesta yang mengembang. Tapi bagaimana jika itu meluas? Sains mengetahuinya, dan sekarang Anda juga akan mengetahuinya.

Sekilas, pertanyaan ini mungkin tampak seperti pertanyaan yang masuk akal. Karena segala sesuatu yang memuai biasanya terbuat dari materi dan ada dalam ruang dan waktu Alam Semesta. Namun Alam Semesta sendiri adalah ruang dan waktu yang mengandung materi dan energi di dalamnya. Ketika kita mengatakan bahwa “Alam Semesta mengembang”, yang kita maksud adalah perluasan ruang itu sendiri, yang menyebabkan masing-masing galaksi dan gugus galaksi menjauh satu sama lain. Cara termudah adalah dengan membayangkan bola adonan berisi kismis, yang dipanggang dalam oven, kata Ethan Siegel.

Model "sanggul" Alam Semesta yang mengembang, di mana jarak relatif bertambah seiring meluasnya ruang

Adonan ini adalah jalinan ruang, dan kismis adalah struktur yang terhubung (seperti galaksi atau gugusan galaksi). Dari sudut pandang kismis apa pun, semua kismis lainnya akan menjauh darinya, dan semakin jauh jaraknya, semakin cepat. Hanya dalam kasus Alam Semesta, oven dan udara di luar adonan tidak ada, yang ada hanya adonan (ruang) dan kismis (materi).

Bukan hanya surutnya galaksi yang menciptakan pergeseran merah, melainkan ruang di antara kita

Bagaimana kita tahu bahwa ruang angkasa ini mengembang dan bukan galaksi-galaksi yang bergerak menjauh?

Jika Anda melihat benda-benda bergerak menjauhi Anda ke segala arah, hanya ada satu alasan yang dapat menjelaskan hal ini: jarak antara Anda dan benda-benda tersebut semakin meluas. Anda juga dapat berasumsi bahwa Anda berada di dekat pusat ledakan, dan banyak objek yang menjauh dan bergerak lebih cepat karena menerima lebih banyak energi dari ledakan. Jika hal ini terjadi, kita dapat membuktikannya dengan dua cara:

Pada jarak yang lebih jauh dan kecepatan tinggi, jumlah galaksi akan lebih sedikit karena lama kelamaan galaksi akan tersebar luas di ruang angkasa
Hubungan antara pergeseran merah dan jarak akan mengambil bentuk tertentu pada jarak yang lebih jauh, yang akan berbeda dengan bentuknya jika struktur ruang diperluas.

Ketika kita melihat jarak yang lebih jauh, kita menemukan bahwa galaksi-galaksi yang terletak lebih jauh di alam semesta memiliki kepadatan yang lebih tinggi dibandingkan galaksi-galaksi yang lebih dekat dengan kita. Hal ini sesuai dengan gambaran ruang yang semakin meluas, karena melihat lebih jauh sama dengan melihat ke masa lalu, dimana perluasan yang terjadi lebih sedikit. Kami juga menemukan bahwa galaksi-galaksi jauh memiliki rasio pergeseran merah terhadap jarak yang konsisten dengan perluasan ruang angkasa, dan tidak sama sekali jika galaksi-galaksi tersebut bergerak menjauhi kita dengan cepat. Sains dapat menjawab pertanyaan ini dengan dua cara berbeda, dan kedua jawaban tersebut mendukung perluasan alam semesta.

Apakah Alam Semesta selalu mengembang dengan kecepatan yang sama?

Kami menyebutnya konstanta Hubble, tetapi konstanta tersebut hanya konstan dalam ruang, bukan dalam waktu. Alam semesta saat ini berkembang lebih lambat dibandingkan masa lalu. Ketika kita berbicara tentang kecepatan ekspansi, kita berbicara tentang kecepatan per satuan jarak: hari ini sekitar 70 km/s/Mpc. (Mpc adalah megaparsec, kira-kira 3.260.000 tahun cahaya). Namun laju ekspansi bergantung pada kepadatan semua benda di alam semesta, termasuk materi dan radiasi. Ketika Alam Semesta mengembang, materi dan radiasi di dalamnya menjadi kurang padat, dan ketika kepadatan menurun, laju ekspansi juga menurun. Alam semesta berkembang lebih cepat di masa lalu dan melambat sejak Big Bang. Konstanta Hubble adalah istilah yang keliru; seharusnya disebut parameter Hubble.

Nasib alam semesta yang jauh menawarkan berbagai kemungkinan yang berbeda, namun jika energi gelap benar-benar konstan seperti yang ditunjukkan data, kita akan mengikuti kurva merah

Akankah Alam Semesta mengembang selamanya atau malah berhenti?

Beberapa generasi astrofisikawan dan kosmolog bingung dengan pertanyaan ini, dan pertanyaan ini hanya dapat dijawab dengan menentukan laju perluasan Alam Semesta dan semua jenis (dan jumlah) energi yang ada di dalamnya. Kita telah berhasil mengukur berapa banyak materi biasa, radiasi, neutrino, materi gelap, dan energi gelap yang ada, serta laju perluasan Alam Semesta. Berdasarkan hukum fisika dan apa yang terjadi di masa lalu, nampaknya alam semesta akan mengembang selamanya. Meskipun kemungkinannya tidak 100%; jika sesuatu seperti energi gelap berperilaku berbeda di masa depan dibandingkan masa lalu dan masa kini, semua kesimpulan kita harus dipertimbangkan kembali.

Apakah galaksi bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya? Bukankah ini dilarang?

Dari sudut pandang kami, jarak antara kami dan titik jauh semakin meluas. Semakin jauh jaraknya dari kita, semakin cepat pula tampaknya ia menjauh. Sekalipun laju pemuaiannya kecil, suatu benda yang jauh suatu hari nanti akan melewati ambang batas kecepatan apa pun karena laju pemuaian (kecepatan per satuan jarak) akan berlipat ganda dengan jarak yang cukup. OTO menyetujui skenario ini. Hukum bahwa tidak ada yang bisa bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya hanya berlaku pada pergerakan suatu benda di ruang angkasa, bukan pada perluasan ruang itu sendiri. Kenyataannya, galaksi-galaksi itu sendiri bergerak dengan kecepatan hanya beberapa ribu kilometer per detik, jauh di bawah batas kecepatan cahaya sebesar 300.000 km/s. Perluasan alam semestalah yang menyebabkan resesi dan pergeseran merah, bukan pergerakan galaksi sebenarnya.

Ada sekitar 2 triliun galaksi di alam semesta teramati (lingkaran kuning). Kita tidak akan pernah bisa mengejar galaksi-galaksi yang jaraknya lebih dekat dari sepertiga jaraknya ke batas ini karena perluasan Alam Semesta. Hanya 3% volume alam semesta yang terbuka untuk dijelajahi manusia.

Perluasan Alam Semesta merupakan konsekuensi penting dari fakta bahwa materi dan energi mengisi ruang-waktu, yang mematuhi hukum relativitas umum. Selama materi masih ada, maka gaya tarik gravitasi juga ada, sehingga gravitasi akan menang dan segala sesuatu akan berkontraksi lagi, atau gravitasi akan kalah dan ekspansi akan menang. Tidak ada pusat perluasan dan tidak ada apa pun di luar ruang yang mengembang; justru struktur Alam Semestalah yang mengembang. Yang paling menarik adalah meskipun kita meninggalkan Bumi dengan kecepatan cahaya saat ini, kita hanya dapat mengunjungi 3% galaksi di alam semesta yang teramati; 97% di antaranya sudah berada di luar jangkauan kita. Alam semesta itu kompleks.