Tekno & Sains
·
24 Juli 2021 13:30
·
waktu baca 5 menit

Riset: Alam Semesta Berbentuk Donat

Konten ini diproduksi oleh kumparan
Riset: Alam Semesta Berbentuk Donat (783922)
searchPerbesar
Ilustrasi donat mentah Foto: Dok.Shutterstock
Bagaimana bentuk alam semesta yang sebenarnya? Pertanyaan ini merupakan salah satu pertanyaan besar dalam sejarah manusia, dan kini riset terbaru mengajukan hipotesis bahwa alam semesta punya bentuk seperti donat.
ADVERTISEMENT
Dalam sebuah artikel yang baru-baru ini diterbitkan di server prapublikasi arXiv, tim astrofisikawan dan ahli kosmologi dari Jerman dan Prancis menganalisis sisa cahaya dari Big Bang—yang dikenal sebagai Cosmic Microwave Background (CMB). Hasil analisis mereka menyimpulkan bahwa alam semesta mungkin tak berbentuk bidang datar, melainkan berbentuk torus—istilah dalam topologi yang serupa dengan donat.
"Contoh dalam makalah kami adalah ... model alam semesta berbentuk donat," kata Thomas Buchert, seorang profesor kosmologi di University of Lyon sekaligus anggota penulis di riset baru tersebut, dalam sebuah pernyataan kepada Vice.
Namun, bagaimana bisa Buchert dan tim penelitiannya sampai pada kesimpulan bahwa alam semesta berbentuk donat?

Geometri dan topologi alam semesta

Selama beberapa dekade, para astronom memperdebatkan hakikat bentuk alam semesta. Mereka bertanya-tanya apakah alam semesta itu berbentuk "datar" (artinya, garis paralel imajiner akan tetap paralel selamanya), "tertutup" (garis paralel akhirnya akan berpotongan) atau "terbuka" (garis-garis paralel akan menyimpang).
ADVERTISEMENT
Jika alam semesta berbentuk datar dan terbuka, maka alam semesta akan terus mengembang selamanya. Di sisi lain, jika alam semesta punya bentuk tertutup, ia akan runtuh dengan sendirinya.
Riset: Alam Semesta Berbentuk Donat (783923)
searchPerbesar
Dari atas ke bawah: Ilustrasi alam semesta berbentuk "tertutup", "terbuka", dan "datar". Foto: NASA via Wikimedia Commons
Untuk mencari hakikat asli bentuk alam semesta, para ilmuwan mengandalkan teori Relativitas Umum yang dikemukakan Einstein. Ini adalah teori gravitasi paling mutakhir yang menjelaskan bagaimana benda-benda di alam semesta berinteraksi satu sama lain.
Teori Relativitas Umum menjelaskan bahwa massa dan energi dapat membengkokkan ruang-waktu. Dari prinsip tersebut, teori ini dapat menentukan bentuk kelengkungan macam apa yang dimiliki alam semesta berdasarkan kepadatan yang dimilikinya.
Untuk melihat kepadatan alam semesta, para ilmuwan memperhatikan latar belakang gelombang mikro kosmik (Cosmic Microwave Background/CMB). Ia merupakan kilatan cahaya yang dilepaskan alam semesta setelah Big Bang pada 13,8 miliar tahun lalu. CMB ini juga menampilkan spektrum panas yang dimiliki alam semesta saat itu, yang digunakan para ilmuwan untuk memperhatikan kepadatannya.
ADVERTISEMENT
Nah, berdasarkan analisis data kepadatan alam semesta yang dihimpun pesawat ruang angkasa Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) dan Planck—dua instrumen yang mengamati CMB—alam semesta ternyata datar secara geometris.
Namun, geometri hanya salah satu cara untuk menjelaskan bentuk alam semesta. Selain geometri, ada ilmu topologi yang menyelidiki bagaimana suatu bentuk dapat berubah sambil mempertahankan aturan geometris yang sama.

Alam semesta berbentuk donat: tanpa batas, tetapi terbatas

Gagasan bahwa bentuk alam semesta pada dasarnya datar dan tak terbatas tampak seperti kesimpulan yang masuk akal sejauh ini. Namun, Buchert dan tim penelitiannya menemukan anomali dalam CMB.
“Spektrum (CMB) tidak hanya terpisah tetapi juga memiliki celah yang besar,” kata para peneliti dalam laporan mereka.
ADVERTISEMENT
Dengan kata lain, tampaknya ada spektrum yang hilang dari CMB jika alam semesta benar-benar datar dan tak terbatas seperti yang diusulkan oleh model standar.
Untuk menjelaskan celah spektrum yang ditampilkan CMB, Buchert dan tim penelitiannya menduga bahwa alam semesta sebenarnya "terhubung berlipat ganda”. Artinya, pada titik-titik celah tersebut, topologinya melengkung sedemikian rupa sehingga terhubung kembali ke dirinya sendiri seperti donat.
Riset: Alam Semesta Berbentuk Donat (783924)
searchPerbesar
Alam semesta berbentuk donat. Foto: Bryan Brandenburg via Wikimedia Commons (CC BY SA 3.0)
Jika kamu sulit membayangkan apa maksudnya, coba bayangkan selembar kertas datar. Model standar akan mengatakan bahwa alam semesta seperti selembar kertas datar di mana masing-masing tepinya tak pernah bertemu. Namun, bagi Buchert dan timnya, dua tepi kertas dapat terhubung satu sama lain, layaknya silinder. Dalam bentuk 3 dimensi, silinder direpresentasikan dengan bentuk torus yang mirip seperti donat.
ADVERTISEMENT
Konsep yang disampaikan Buchart dan timnya pun tak menyalahi prinsip bahwa alam semesta secara geometris adalah datar. Sebab, silinder secara geometris datar, namun topologinya saja yang berbeda.
Jika hipotesis alam semesta donat ini terbukti benar, alam semesta tidak lagi tak terbatas, kata Buchert.
“Model alam semesta yang terbatas mungkin menakutkan bagi sebagian orang, tetapi Anda tidak mengalami batas,” kata Buchert. "Jadi Anda hidup di alam semesta yang tidak terbatas meskipun memiliki volume yang terbatas."
Jika alam semesta terbatas, secara teoritis orang bisa pergi dari Bumi mengelilingi alam semesta dalam garis lurus dan sampai bertemu Bumi kembali di ujung perjalanannya, kata Buchert. Namun, durasi mengelilingi alam semesta mungkin sangat lama, hingga Bumi sudah tidak ada lagi ketika kita sampai.
Riset: Alam Semesta Berbentuk Donat (783925)
searchPerbesar
Cosmic Microwave Background/CMB. Foto: European Space Agency
Dalam laporannya, tim peneliti melakukan banyak simulasi komputer tentang seperti apa CMB jika alam semesta berbentuk donat. Buchert mengatakan, model alam semesta berbentuk donat yang timnya buat lebih cocok dengan CMB ketimbang model alam semesta standar.
ADVERTISEMENT
"Kami menemukan kecocokan yang jauh lebih baik dengan fluktuasi yang diamati, dibandingkan dengan model kosmologis standar yang dianggap tak terbatas," katanya kepada Live Science.
Penelitian yang dibuat Buchert dan timnya belum melalui tahap tinjauan ilmiah dari rekan peneliti lain. Meski demikian, Buchert mengatakan bahwa artikel itu telah diserahkan ke jurnal ilmiah.

Bukan hipotesis alam semesta donat yang pertama

Bagi orang awam, hipotesis alam semesta berbentuk donat mungkin terdengar seperti lelucon atau meme. Namun, para ilmuwan sebenarnya mendiskusikan hal ini secara serius.
Buchert dan tim penelitiannya bukanlah yang pertama mengusulkan alam semesta berbentuk donat. Gagasan soal alam semesta berbentuk donat sudah ada sejak 1980-an, dan data baru dari CMB menghidupkan kembali diskusi di antara para peneliti pada tahun 2003.
Riset: Alam Semesta Berbentuk Donat (783926)
searchPerbesar
Ilustrasi menggoreng donat Foto: Dok.Shutterstock
Ethan Siegel, ahli astrofisika sekaligus komunikator sains, menjelaskan dalam tulisannya di Forbes bahwa kita perlu kritis dalam menyambut teori baru, khususnya alam semesta berbentuk donat.
ADVERTISEMENT
Menurut Siegel, hipotesis yang dikemukakan Buchert dan timnya tak memenuhi syarat teori baru yang menarik. Sebab, riset Buchert dan timnya menambahkan variabel topologi dalam menjelaskan bentuk alam semesta. Adapun variabel tersebut tak bisa dibuktikan secara langsung.
“Anda tidak boleh menggunakan satu parameter baru untuk menjelaskan satu pengamatan yang tidak terduga dengan lebih baik. Dalam fisika teoretis, kami menuntut daya prediksi,” kata Siegel dalam tulisannya di Forbes.
Siegel menambahkan, alam semesta berbentuk datar dan donat adalah dua hal yang sulit dibedakan secara bermakna. Sejauh ini, observasi manusia sangat terbatas untuk memahami perbedaan keduanya.
“Kecuali jika kita menemukan cara untuk mengekstrak lebih banyak informasi dari alam semesta kita — dan kita telah menarik segala sesuatu dari latar belakang gelombang mikro kosmik yang kita bisa, hingga batas pengamatan kita — kita mungkin tidak akan pernah bisa membedakan dua kemungkinan ini secara bermakna,” pungkasnya.
ADVERTISEMENT