“Bintang terakhir perlahan-lahan akan mendingin dan memudar. Dengan berlalunya waktu, alam semesta akan menjadi hampa sekali lagi, tanpa cahaya atau kehidupan atau makna.” Demikian peringatan fisikawan Brian Cox dalam serial BBC Universe baru-baru ini.
Pudarnya bintang terakhir itu hanya akan menjadi awal dari zaman kegelapan yang lamanya tak terhingga. Semua materi pada akhirnya akan dilahap oleh lubang hitam yang mengerikan, yang pada gilirannya akan menguap menjadi secercah cahaya paling redup. Ruang angkasa akan semakin bertambah luas bahkan hingga cahaya redup itu menjadi terlalu menyebar untuk berinteraksi. Aktivitas akan terhenti.
Anehnya, beberapa ahli kosmologi percaya bahwa alam semesta hampa yang gelap dan dingin sebelumnya, seperti yang terletak di masa depan kita yang jauh, bisa menjadi awal bagi Big Bang kita sendiri.
Hal pertama
Namun sebelum kita membahasnya, mari kita lihat bagaimana “materi” – materi fisik – pertama kali muncul. Jika kita ingin menjelaskan asal usul materi stabil yang terbuat dari atom atau molekul, pasti tidak ada hal itu di sekitar Big Bang – juga tidak selama ratusan ribu tahun setelahnya.
Kita sebenarnya memiliki pemahaman yang cukup rinci tentang bagaimana atom pertama terbentuk dari partikel yang lebih sederhana setelah kondisi yang cukup dingin agar materi kompleks menjadi stabil, dan bagaimana atom-atom ini kemudian menyatu menjadi elemen yang lebih berat di dalam bintang. Tetapi pemahaman itu tidak menjawab pertanyaan apakah sesuatu datang dari ketiadaan.
Jadi mari kita berpikir lebih jauh ke belakang. Partikel materi berumur panjang pertama dalam bentuk apa pun adalah proton dan neutron, yang bersama-sama membentuk inti atom. Ini muncul sekitar sepersepuluh ribu detik setelah Big Bang. Sebelum titik itu, benar-benar tidak ada materi dalam arti kata yang familiar. Tetapi fisika memungkinkan kita terus menelusuri garis waktu ke belakang – munuju proses fisika yang mendahului materi stabil apa pun.
Ini membawa kita pada apa yang disebut “grand unified epoch“. Sekarang, kita sudah memasuki ranah fisika spekulatif, karena kita tidak dapat menghasilkan energi yang cukup, dalam eksperimen kita untuk menyelidiki jenis proses yang sedang berlangsung pada saat itu.
Namun hipotesis yang masuk akal adalah bahwa dunia fisik terdiri dari sup partikel elementer berumur pendek – termasuk quark, blok pembangun proton dan neutron. Ada materi dan “antimateri” dalam jumlah yang kira-kira sama: setiap jenis partikel materi, seperti quark, memiliki “gambar cermin” pendamping antimateri, yang hampir identik dengan dirinya sendiri, hanya berbeda dalam satu aspek.
Namun, materi dan antimateri musnah dalam sekejap energi ketika keduanya bertemu, yang berarti partikel-partikel ini terus-menerus diciptakan dan dihancurkan.
Tapi bagaimana partikel-partikel ini muncul? Teori medan kuantum memberi tahu kita bahwa bahkan ruang hampa, yang dianggap berhubungan dengan ruang-waktu yang kosong, penuh dengan aktivitas fisika dalam bentuk fluktuasi energi. Fluktuasi ini dapat menimbulkan kemunculan partikel, hanya untuk menghilang sesaat kemudian.
Mungkin ini terdengar seperti permainan matematis daripada fisika nyata, tetapi partikel seperti itu telah terlihat dalam berbagai eksperimen yang tak terhitung jumlahnya.
Keadaan vakum ruangwaktu bergolak dengan partikel yang terus-menerus diciptakan dan dihancurkan, tampaknya “dari ketiadaan”. Tapi mungkin semua ini benar-benar memberitahu kita bahwa vakum kuantum adalah (terlepas dari namanya) sesuatu dan bukan apa-apa. Filsuf David Albert telah mengkritik kisah Big Bang yang menjanjikan untuk menghasilkan sesuatu dari ketiadaan dengan cara ini.
Misalkan kita bertanya: dari mana ruang-waktu itu sendiri muncul? Kemudian kita bisa terus memutar waktu lebih jauh ke belakang, ke “zaman Planck” yang benar-benar purba – periode yang sangat awal dalam sejarah alam semesta sehingga teori fisika terbaik kita runtuh. Era ini terjadi hanya sepersepuluh juta dari satu triliun dari satu triliun triliun detik setelah Big Bang.
Pada titik ini, ruang dan waktu sendiri menjadi subjek fluktuasi kuantum. Fisikawan biasanya bekerja secara terpisah dengan mekanika kuantum, yang mengatur dunia mikro partikel, dan dengan relativitas umum, yang berlaku pada skala kosmik yang besar. Tetapi untuk benar-benar memahami zaman Planck, kita membutuhkan teori gravitasi kuantum yang lengkap, menggabungkan keduanya.
Kita masih belum memiliki teori gravitasi kuantum yang sempurna, tetapi ada upaya – seperti teori string dan loop quantum gravity. Dalam upaya ini, ruang dan waktu biasa umumnya terlihat muncul, seperti gelombang di permukaan laut dalam. Apa yang kita alami sebagai ruang dan waktu adalah produk dari proses kuantum yang beroperasi pada tingkat mikroskopis yang lebih dalam – proses yang tidak masuk akal bagi kita sebagai makhluk yang berakar di dunia makroskopik.
Di zaman Planck, pemahaman biasa kita tentang ruang dan waktu menjadi tak berguna, jadi kita juga tidak bisa lagi mengandalkan pemahaman biasa kita tentang sebab dan akibat. Meskipun demikian, semua kandidat teori gravitasi kuantum menggambarkan sesuatu yang fisik yang terjadi di zaman Planck – beberapa pendahulu kuantum ruang dan waktu biasa. Tapi dari mana itu berasal?
Bahkan jika kausalitas tidak lagi berlaku dengan cara yang biasa, masih mungkin untuk menjelaskan satu komponen alam semesta zaman Planck dalam kaitannya dengan yang lain. Sayangnya, sekarang bahkan fisika terbaik kita sepenuhnya gagal untuk memberikan jawaban.
Sampai kita membuat kemajuan lebih lanjut menuju sebuah “theory of everything”, kita tidak akan dapat memberikan jawaban yang pasti. Hal yang paling dapat kita katakan dengan yakin pada tahap ini adalah bahwa fisika sejauh ini tidak menemukan contoh pasti dari sesuatu yang muncul dari ketiadaan.
Siklus dari hampir tidak ada
Untuk benar-benar menjawab pertanyaan tentang bagaimana sesuatu bisa muncul dari ketiadaan, kita perlu menjelaskan keadaan kuantum seluruh alam semesta pada awal zaman Planck. Semua upaya untuk melakukan ini tetap sangat spekulatif. Beberapa di antaranya menyebut kekuatan supernatural seperti seorang desainer.
Tetapi penjelasan kandidat lainnya tetap berada dalam ranah fisika – seperti multiverse, yang berisi jumlah tak terbatas dari alam semesta paralel, atau model siklus alam semesta, yang dilahirkan dan dilahirkan kembali.
Fisikawan pemenang Hadiah Nobel 2020 Roger Penrose telah mengusulkan satu model yang menarik namun kontroversial untuk alam semesta siklis yang dijuluki “conformal cyclic cosmology”. Penrose terinspirasi oleh hubungan matematis yang menarik antara keadaan alam semesta yang sangat panas, padat, dan kecil – seperti pada Big Bang – dan keadaan alam semesta yang sangat dingin, kosong, dan meluas – seperti yang akan terjadi di masa depan yang jauh.
Teori radikalnya untuk menjelaskan korespondensi ini adalah bahwa keadaan-keadaan itu menjadi identik secara matematis ketika dibawa ke batasnya. Meskipun kelihatannya paradoks, ketiadaan total materi mungkin telah berhasil memunculkan semua materi yang kita lihat di sekitar kita di alam semesta kita.
Dalam pandangan ini, Big Bang muncul dari hampir tidak ada. Itulah yang tersisa ketika semua materi di alam semesta telah dikonsumsi lubang hitam, yang pada gilirannya mendidih menjadi foton – hilang dalam kehampaan. Dengan demikian, seluruh alam semesta muncul dari sesuatu yang – dilihat dari perspektif fisik lain – sedekat mungkin dengan apa pun. Namun ketiadaan itu masih berupa sesuatu. Itu masih alam semesta fisik, betapapun kosongnya.
Bagaimana keadaan yang sama bisa menjadi alam semesta yang dingin dan kosong dari satu perspektif dan alam semesta padat yang panas dari perspektif lain? Jawabannya terletak pada prosedur matematika kompleks yang disebut “conformal rescaling”, transformasi geometris yang pada dasarnya mengubah ukuran suatu objek tetapi membiarkan bentuknya tidak berubah.
Penrose menunjukkan bagaimana keadaan padat dingin dan keadaan padat panas dapat dihubungkan dengan penskalaan ulang sedemikian rupa sehingga keduanya cocok sehubungan dengan bentuk ruangwaktunya – meskipun tidak dengan ukurannya.
Memang, sulit untuk memahami bagaimana dua objek bisa identik dengan cara ini ketika keduanya memiliki ukuran yang berbeda – tetapi Penrose berpendapat bahwa ukuran sebagai sebuah konsep tidak lagi masuk akal dalam lingkungan fisik yang ekstrem seperti itu.
Dalam kosmologi siklus konformal, arah penjelasan beralih dari tua dan dingin ke muda dan panas: keadaan padat panas ada karena keadaan kosong yang dingin. Tetapi “karena” ini bukanlah yang biasa – dari suatu sebab yang diikuti oleh waktu oleh akibat-akibatnya. Bukan hanya ukuran yang tidak lagi relevan dalam keadaan ekstrem ini: waktu juga.
Keadaan padat dingin dan keadaan padat panas berlaku terletak pada garis waktu yang berbeda. Keadaan kosong yang dingin akan berlanjut selamanya dari perspektif pengamat dalam geometri temporalnya sendiri, tetapi keadaan padat panas yang ditimbulkannya secara efektif menghuni garis waktu baru dengan sendirinya.
Mungkin membantu untuk memahami keadaan padat panas yang dihasilkan dari keadaan kosong yang dingin dalam beberapa cara non-kausal. Mungkin kita harus mengatakan bahwa keadaan padat panas muncul dari, atau didasarkan pada, atau diwujudkan oleh keadaan kosong yang dingin.
Ini adalah ide-ide khas metafisik yang telah dieksplorasi oleh para filsuf ilmu pengetahuan secara ekstensif, terutama dalam konteks gravitasi kuantum di mana sebab dan akibat biasa tampaknya rusak. Pada batas pengetahuan kita, fisika dan filsafat menjadi sulit untuk diurai.
Bukti eksperimental?
Kosmologi siklik konformal menawarkan beberapa jawaban terperinci, meskipun spekulatif, atas pertanyaan dari mana Big Bang kita berasal. Tetapi bahkan jika visi Penrose dibenarkan oleh kemajuan kosmologi di masa depan, kita mungkin berpikir bahwa kita masih belum menjawab pertanyaan filosofis yang lebih dalam – pertanyaan tentang dari mana realitas fisik itu sendiri berasal.
Bagaimana seluruh sistem siklus terjadi? Kemudian kita akhirnya berakhir dengan pertanyaan murni tentang mengapa ada sesuatu daripada tidak ada sama sekali – salah satu pertanyaan terbesar metafisika.
Tapi fokus kami di sini adalah pada penjelasan yang tetap berada dalam ranah fisika. Ada tiga pilihan luas untuk pertanyaan yang lebih dalam tentang bagaimana siklus dimulai. Itu tidak bisa memiliki penjelasan fisika sama sekali. Atau mungkin ada siklus berulang tanpa henti, masing-masing alam semesta dengan caranya sendiri, dengan keadaan kuantum awal setiap alam semesta dijelaskan oleh beberapa fitur alam semesta sebelumnya.
Atau mungkin ada satu siklus tunggal, dan satu alam semesta berulang secara tunggal, di mana awal siklusnya dijelaskan oleh beberapa ciri dari ujungnya sendiri. Dua pendekatan terakhir menghindari perlunya peristiwa yang tidak disebabkan – dan ini memberinya daya tarik tersendiri. Tidak ada yang akan dibiarkan tidak dijelaskan oleh fisika.
Penrose membayangkan urutan siklus baru tanpa akhir untuk alasan yang sebagian terkait dengan interpretasinya sendiri tentang teori kuantum. Dalam mekanika kuantum, sistem fisika ada dalam superposisi dari banyak keadaan berbeda pada saat yang sama, dan hanya “mengambil satu” secara acak, ketika kita mengukurnya.
Bagi Penrose, setiap siklus melibatkan peristiwa kuantum acak yang menghasilkan cara yang berbeda – artinya setiap siklus akan berbeda dari sebelum dan sesudahnya. Ini sebenarnya kabar baik bagi fisikawan eksperimental, karena memungkinkan kita untuk melihat sekilas alam semesta lama yang memunculkan alam semesta kita melalui jejak samar, atau anomali, dalam radiasi sisa dari Big Bang yang terlihat oleh satelit Planck.
Penrose dan rekan-rekannya percaya bahwa mereka mungkin telah melihat jejak ini, menghubungkan pola dalam data Planck dengan radiasi dari lubang hitam supermasif di alam semesta sebelumnya. Namun, pengamatan mereka yang diklaim telah ditentang oleh fisikawan lain dan juri tetap tidak hadir.
Siklus baru tanpa akhir adalah kunci visi Penrose sendiri. Tetapi ada cara alami untuk mengubah kosmologi siklus konformal dari bentuk multi-siklus menjadi satu siklus. Kemudian realitas fisik terdiri dari siklus tunggal melalui Big Bang ke keadaan kosong maksimal di masa depan yang jauh – dan kemudian kembali lagi ke Big Bang yang sama, memunculkan alam semesta yang sama lagi.
Kemungkinan terakhir ini konsisten dengan interpretasi lain dari mekanika kuantum, yang disebut ‘interpretasi banyak dunia’. Interpretasi banyak dunia memberi tahu kita bahwa setiap kali kita mengukur sistem yang berada dalam superposisi, pengukuran ini tidak memilih keadaan secara acak. Sebaliknya, hasil pengukuran yang kita lihat hanyalah satu kemungkinan – kemungkinan yang terjadi di alam semesta kita sendiri.
Hasil pengukuran lainnya semuanya bermain di alam semesta lain dalam multiverse, yang secara efektif terputus dari alam semesta kita sendiri. Jadi tidak peduli seberapa kecil kemungkinan sesuatu terjadi, jika memiliki peluang bukan nol maka itu terjadi di beberapa dunia paralel kuantum. Ada orang-orang seperti Anda di luar sana di dunia lain yang telah memenangkan lotre, atau telah tersapu ke awan oleh topan yang aneh, atau secara spontan tersulut, atau telah melakukan ketiganya secara bersamaan.
Beberapa orang percaya bahwa alam semesta paralel seperti itu juga dapat diamati dalam data kosmologis, sebagai jejak yang disebabkan oleh alam semesta lain yang bertabrakan dengan alam semesta kita.
Teori kuantum banyak dunia memberikan sentuhan baru pada kosmologi siklus konformal, meskipun tidak ada yang setuju dengan Penrose. Big Bang kita mungkin merupakan kelahiran kembali dari satu multiverse kuantum tunggal, yang mengandung banyak alam semesta berbeda yang tak terhingga, semuanya terjadi bersama-sama. Segala sesuatu yang mungkin terjadi – kemudian terjadi lagi dan lagi dan lagi.
Sebuah mitos kuno
Bagi seorang filsuf sains, visi Penrose sangat menarik. Ini membuka kemungkinan baru untuk menjelaskan tentang Big Bang, yang memukau melebihi penjelasan sebab dan akibat biasa kita. Oleh karena itu, ini adalah kasus uji yang bagus untuk menjelajahi berbagai cara fisika dapat menjelaskan dunia kita. Ini layak mendapat perhatian lebih dari para filsuf.
Bagi pecinta mitos, visi Penrose itu indah. Dalam bentuk multi-siklus yang disukai Penrose, ia menjanjikan dunia baru tanpa akhir yang lahir dari abu nenek moyang mereka. Dalam bentuk satu siklusnya, ini adalah pemanggilan kembali modern yang mencolok dari ide kuno ouroboros, atau ular dunia.
Dalam mitologi Nordik, ular Jörmungandr adalah anak dari Loki, seorang penipu yang pandai, dan raksasa Angrboda. Jörmungandr memakan ekornya sendiri, dan lingkaran yang tercipta menopang keseimbangan dunia. Tapi mitos ouroboros telah didokumentasikan di seluruh dunia – termasuk sejauh Mesir kuno.
Ouroboros dari alam semesta satu siklus, memang agung. Di dalam perutnya terdapat alam semesta kita sendiri, serta setiap alam semesta alternatif yang aneh dan menakjubkan yang diizinkan oleh fisika kuantum – dan pada titik di mana kepalanya bertemu dengan ekornya, ini benar-benar kosong namun juga mengalirkan energi pada suhu seratus ribu juta miliar triliun derajat Celcius. Bahkan Loki, si pengubah bentuk, akan merasa kagum.
Alastair Wilson, Profesor Filsafat, Universitas Birmingham .
