Bayangkan kelahiran alam semesta bukanlah awal yang pasti, tetapi sebuah rebound kosmologis jauh di dalam lubang hitam? Ide radikal ini telah mulai mendapat perhatian dengan penelitian teoritis baru, yang dipimpin oleh Enrique Gaztanaga di Universitas Portsmouth, memberikan akun alternatif tentang bagaimana semuanya dimulai. Teori baru, yang muncul di Physical Review D, menyarankan bahwa Big Bang bukanlah suatu peristiwa dalam ruang hampa, tetapi echo dari suatu kolaps ke dalam lubang hitam di dalam alam semesta yang lebih besar dan lebih tua.
Di balik teori ini terdapat ketidaknyamanan dengan model kosmologi yang umumnya bergantung pada singularitas lokasi kepadatan tak terhingga di mana aturan fisika gagal. “Ini bukan hanya kesalahan teknis; ini adalah masalah teoritis yang mendalam yang menunjukkan bahwa kita sama sekali tidak memahami awal semuanya,” Gaztanaga menjelaskan dalam esai untuk The Conversation. Model standar, meskipun sukses dalam menjelaskan radiasi latar belakang mikrogelombang kosmik dan struktur besar alam semesta, bergantung pada entitas yang tidak dapat diamati seperti medan inflasi dan energi gelap untuk menjelaskan perluasan yang semakin cepat alam semesta dan derajat seragamannya yang tinggi.
Model Gaztanaga membalikkan masalah secara harfiah dari dalam ke luar. Alih-alih menelusuri perluasan alam semesta mundur ke singularitas yang tidak dapat diterangkan, teori ini bertanya apa yang terjadi ketika awan padat materi dikompresi oleh gravitasi. Relativitas umum tradisional, yang dibuktikan oleh Roger Penrose dan Stephen Hawking, memprediksi bahwa kolaps seperti itu pada akhirnya menghasilkan singularitas. Namun, teorema-teorema tersebut didasarkan pada fisika klasik, yang mengabaikan efek kuantum yang menjadi penting pada densitas tinggi.
Model baru ini membawa mekanika kuantum ke dalam campuran, secara khusus prinsip pengecualian kuantum, yang mencegah fermion-fermion identik berbagi keadaan kuantum yang sama. Prinsip ini, yang bertanggung jawab atas kestabilan bintang neutron dan dwarf putih, menerapkan tekanan yang menentang pengompresan hingga tak terhingga. “Prinsip ini menciptakan tekanan yang disebut tekanan degenerasi yang menentang pengompresan. Ini yang mencegah inti bintang mati dari runtuh tanpa henti, dan inilah yang dapat memicu ledakan supernova. Dalam model kami, efek kuantum yang sama ini yang menghentikan runtuhnya alam semesta dan menyebabkannya memantul,” Gaztanaga berkata kepada Space.com.
Secara matematis, kelompok tersebut mendapatkan solusi analitis yang tepat: saat alam semesta menuju ke titik-titik singularitas yang seharusnya, ukurannya berubah sebagai fungsi hiperbolik dari waktu kosmik, menyempit menjadi minimum sebelum kembali membesar lagi. Hasilnya adalah alam semesta yang secara alami menunjukkan kedua inflasi kosmik awal dan ekspansi saat ini yang didorong oleh energi gelap tanpa kebutuhan akan bidang baru hipotetis. “Lebih mengejutkan lagi, rebound secara alami menghasilkan dua fase terpisah dari ekspansi yang dipercepat – inflasi dan energi gelap – yang didorong bukan oleh bidang hipotetis melainkan oleh fisika dari rebound itu sendiri,” tulis Gaztanaga untuk The Conversation.
Metode ini sejalan dengan pekerjaan terbaru dalam Kosmologi Loop Kuantum (LQC), sebuah model yang menggunakan gravitasi kuantum dalam model kosmologi. LQC menggantikan singularitas klasik dengan pantulan kuantum, memberikan evolusi alam semesta yang tidak singular. Kosmologi pantulan dalam LQC telah diteliti secara mendalam, di mana penulis seperti Abhay Ashtekar dan Martin Bojowald telah menunjukkan bahwa efek dari gravitasi kuantum dapat mencegah kekeliruan kurvatur tak terhingga dari relativitas umum. Model juga menunjukkan bahwa evolusi alam semesta dijelaskan oleh persamaan beda daripada persamaan diferensial dan bahwa koreksi kuantum mungkin mencetak dirinya pada latar belakang mikrogelombang kosmik atau pembentukan lubang hitam primordial.
Model bouncy dari sebuah lubang hitam juga memprediksi sesuatu yang dapat diuji. Ia memprediksi kelengkungan ruang yang sangat kecil namun tidak lenyap, sisa samar dari kepadatan berlebihan asli yang menyebabkan kollapse. Jika kelengkungan seperti itu ditemukan oleh misi seperti ESA’s ARRAKIHS, yang bertujuan untuk memetakan struktur materi gelap yang tak terlihat dan kabut halos galaksi, itu akan menjadi bukti kuat untuk model bouncy. Model ini juga memprediksi keberadaan objek kompak warisan, seperti lubang hitam primordial atau bintang neutron, yang terbentuk sebelum bouncy dan mungkin dapat diakses oleh teleskop generasi berikutnya.
Temuan terbaru dari Teleskop Ruang Angkasa James Webb menambahkan twist baru pada cerita tersebut. Pengamatan telah menunjukkan adanya sumbu yang disukai dalam putaran galaksi awal, efek yang dapat dijelaskan secara alami jika alam semesta kita mewarisi sumbunya dari lubang hitam hitam berputar induknya. Seperti yang dijelaskan oleh fisikawan teoretis Nikodem Poplawski kepada Space.com, “Sumbu yang disukai dalam alam semesta kita, yang diwarisi dari sumbu rotasi lubang hitam induknya, mungkin telah mempengaruhi dinamika rotasi galaksi, menciptakan ketidakseimbangan jarum jam-berlawanan arah jarum jam yang diamati.”
Meskipun model bounce lubang hitam masih kontroversial, ia didasarkan pada fisika yang sudah dikenal dengan menggabungkan relativitas umum dan mekanika kuantum tanpa menghadirkan bidang atau dimensi baru yang belum diuji. Seperti yang Gaztanaga katakan, “Menantang asumsi yang sudah lama dipercaya adalah esensial untuk kemajuan ilmiah.” Dengan misi masa depan yang diharapkan untuk mencari rahasia alam semesta terbesar, apakah alam semesta kita dimulai dengan ledakan atau pemanjangan tetap menjadi salah satu masalah yang paling menarik dalam sains kontemporer.
