Seberapa cepat alam semesta mengembang?

"Alam semesta mengembang dengan kecepatan sekitar 67,8 kilometer per detik per megaparsec menurut penelitian astronomi."

Abdul Rasyid Agustus 13, 2025

Ilustrasi pengembangan alam semesta. Kredit: NASA, Planck Institut

Alam semesta, sebuah entitas yang sangat luas dan kompleks, terus menyimpan rahasia-rahasia yang menakjubkan bagi para ilmuwan. Salah satu penemuan paling mendasar dan memukau dalam fisika modern adalah bahwa alam semesta kita tidak diam, melainkan terus mengembang. Fakta ini, yang telah mengubah cara pandang kita terhadap kosmologi sejak awal abad ke-20, kini diperkaya dengan hipotesis baru yang mengejutkan: alam semesta mungkin tidak hanya mengembang, tetapi juga berputar.

Bukti-bukti Pengembangan Alam Semesta

Konsep pengembangan alam semesta pertama kali digagas oleh kanon Belgia dan fisikawan Georges Lemaître, kemudian secara meyakinkan didemonstrasikan oleh astronom Amerika Serikat, Edwin Hubble, pada tahun 1929. Hubble menemukan bahwa sebagian besar galaksi jauh tampak berwarna merah, sebuah fenomena yang disebut "pergeseran merah". Pergeseran ini, yang disebabkan oleh Efek Doppler, menunjukkan bahwa galaksi-galaksi tersebut bergerak menjauh dari Bumi dengan kecepatan luar biasa. Semakin jauh sebuah galaksi, semakin cepat ia tampak menjauh, sebuah hubungan yang dikenal sebagai Hukum Hubble. Penemuan revolusioner ini menjadi dasar kesimpulan bahwa ruang antar galaksi terus bertambah seiring waktu.

Selain pergeseran merah galaksi, ada dua bukti utama lainnya yang mendukung gagasan ini:

Radiasi Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmis (CMBR): Ditemukan pada tahun 1965, CMBR adalah sisa radiasi dari peristiwa Big Bang yang terjadi sekitar 13,8 miliar tahun lalu. Karakteristik suhu dan distribusinya sangat sesuai dengan prediksi model alam semesta yang mengembang, menjadikannya "jejak" senyap dari alam semesta yang dulu jauh lebih panas dan padat.
Supernova Tipe Ia: Jenis supernova ini dikenal sebagai "lilin standar" karena kecerahannya dapat diprediksi. Pengamatan menunjukkan bahwa supernova ini tampak lebih redup dari perkiraan, menandakan bahwa mereka berada lebih jauh. Ini tidak hanya mendukung pengembangan alam semesta, tetapi juga menunjukkan bahwa laju pengembangannya semakin cepat.

Konstanta Hubble dan "Ketegangan Hubble"

Laju pengembangan alam semesta diukur menggunakan Konstanta Hubble, sebuah satuan yang menggambarkan seberapa cepat galaksi menjauh satu sama lain dalam kilometer per detik per megaparsec (km/s/Mpc). Satu megaparsec setara dengan sekitar 3,26 juta tahun cahaya. Pada tahun 1929, Hubble pertama kali memperkirakan nilai ini sekitar 500 km/s/Mpc. Setelah puluhan tahun penelitian, nilai ini telah disempurnakan. Pada tahun 2001, Teleskop Luar Angkasa Hubble (HST) menyimpulkan angka 72 km/s/Mpc.

Namun, di balik konsensus ini, muncul "ketegangan Hubble" yang menjadi salah satu misteri terbesar dalam kosmologi modern. Model kosmologi yang paling banyak diterima saat ini, Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM), memprediksi bahwa alam semesta mengembang dengan kecepatan 67 hingga 68 km/s/Mpc, berdasarkan pengukuran CMBR oleh satelit Planck. Di sisi lain, pengamatan langsung dari teleskop dan instrumen astronomi, terutama menggunakan supernova dan bintang variabel Cepheid, menunjukkan angka yang lebih tinggi, sekitar 73 km/s/Mpc. Data terbaru dari Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) semakin memperkuat nilai yang lebih tinggi ini, menunjukkan bahwa perbedaan ini bukan sekadar kesalahan pengukuran, melainkan mungkin mengisyaratkan fisika yang belum diketahui.

Percepatan Pengembangan dan Energi Gelap

Ilustrasi Perluasan alam semesta dengan energi Gelap

Selama sebagian besar abad ke-20, para ilmuwan berasumsi bahwa gravitasi akan memperlambat ekspansi alam semesta. Namun, pada tahun 1998, pengamatan terhadap Supernova Tipe Ia mengungkapkan hal yang mengejutkan: pengembangan alam semesta justru semakin cepat. Penemuan ini melahirkan konsep energi gelap, sebuah bentuk energi misterius yang memenuhi ruang dan memberikan "dorongan" yang melawan gravitasi. Energi gelap diperkirakan mencakup sekitar 68–71 persen dari total kandungan energi alam semesta, menjadikannya salah satu misteri terbesar dalam fisika dan astronomi modern.

Inflasi Kosmis: Sebuah Lompatan Cepat di Awal Mula

Salah satu periode paling dramatis dalam sejarah alam semesta adalah inflasi kosmis, sebuah pemuaian drastis yang terjadi sepersekian detik setelah Big Bang. Alam semesta yang tadinya sangat kecil memuai secara eksponensial dalam waktu kurang dari satu detik, dari usia 10^-36 hingga 10^-32 detik. Pemuaian yang super cepat ini seolah bertentangan dengan teori relativitas khusus Einstein yang menyatakan bahwa kecepatan cahaya adalah batas maksimum bagi energi, materi, dan informasi untuk bergerak.

Namun, inflasi tidak melanggar teori relativitas khusus. Penting untuk dipahami bahwa pengembangan alam semesta bukanlah kecepatan gerak alam semesta untuk membesar, melainkan pemuaian ruang itu sendiri. Kecepatan cahaya adalah batasan untuk gerak benda di dalam ruang-waktu, bukan untuk ruang-waktu itu sendiri. Analogi yang sering digunakan adalah adonan roti kismis yang mengembang saat dipanggang. Kismis (galaksi) menjauh satu sama lain bukan karena "bergerak" di dalam adonan, tetapi karena adonan (ruang) itu sendiri yang mengembang. Inflasi kosmis diusulkan untuk memecahkan beberapa masalah kosmologi standar, seperti masalah horison (keseragaman suhu CMBR di seluruh alam semesta) dan masalah kerataan spasial alam semesta.

Sebuah Hipotesis Baru: Alam Semesta Juga Berputar?

Menariknya, sebuah studi terbaru yang diterbitkan pada April 2025 menawarkan pendekatan baru untuk mengatasi ketegangan Hubble. Tim peneliti mengusulkan bahwa dengan memasukkan unsur rotasi kecil ke dalam model alam semesta, perbedaan angka dalam ketegangan Hubble bisa teratasi. Meskipun gagasan alam semesta berputar terdengar seperti fiksi ilmiah, model ini tidak melanggar hukum fisika yang diketahui. Tantangan utamanya adalah mendeteksi putaran ini, karena jika ada, kecepatannya sangat lambat—diperkirakan alam semesta memerlukan sekitar 500 miliar tahun untuk menyelesaikan satu putaran penuh. Ini berarti kita bahkan belum mencapai satu putaran penuh sejak Big Bang.

Memahami Arti "Mengembang"

Ekspansi alam semesta bukanlah berarti galaksi membesar atau bahwa ruang berkembang ke dalam sesuatu yang kosong. Sebaliknya, struktur ruang itu sendiri meregang, sehingga membuat jarak antara galaksi yang tidak terikat oleh gravitasi menjadi semakin besar. Sistem yang terikat oleh gravitasi, seperti galaksi, bintang, atau tata surya kita, tidak ikut mengembang karena gravitasi cukup kuat untuk menahan regangan ruang di sekitarnya.

Masa Depan dan Misteri yang Belum Terpecahkan

Ketegangan Hubble adalah sebuah teka-teki yang mendalam, dan jika kedua nilai pengukuran Konstanta Hubble memang benar, maka ada informasi penting tentang bagaimana alam semesta berkembang yang masih belum kita pahami. Ini bisa berarti adanya masalah dengan teori gravitasi kita (relativitas umum) atau bahwa bentuk energi gelap yang tidak terduga mungkin ada di alam semesta awal, atau bahkan energi gelap itu sendiri telah berubah seiring waktu.

Para ilmuwan terus mencari petunjuk tambahan. Teknik baru menggunakan gelombang gravitasi, riak dalam struktur ruang dan waktu yang dihasilkan oleh peristiwa kosmik ekstrem juga menjanjikan untuk memberikan pengukuran Konstanta Hubble yang lebih konklusif di masa depan. Hingga saat ini, misteri-misteri ini terus mendorong para astronom dan fisikawan untuk menjelajahi batas-batas pemahaman kita tentang kosmos yang terus berkembang, dan mungkin juga berputar.