6.1 Transisi dari Kosmologi Klasik ke Kuantum

Kosmologi standar (didasarkan pada Relativitas Umum) mengasumsikan bahwa materi dan energi adalah kontinu. Namun, pada skala waktu dan energi yang ekstrem, yaitu sebelum atau pada saat Inflasi (≈10−36 detik), fisika alam semesta harus diatur oleh Mekanika Kuantum.

• Skala Kuantum: Pada energi yang sangat tinggi di alam semesta awal, partikel dan medan tidak lagi dapat diperlakukan secara klasik. Ini adalah domain Fisika Partikel dan fenomena kuantum.
• Medan Inflaton: Inti dari Inflasi adalah medan energi hipotetis, disebut Medan Inflaton. Medan ini adalah medan kuantum (mirip dengan Medan Higgs) yang didominasi oleh energi potensial. Energi potensial inilah yang bertindak seperti konstanta kosmologi (Λ) yang sangat besar, mendorong ekspansi eksponensial.

---

6.2 Mekanika Kuantum dan Pembentukan Struktur (Fluktuasi Benih)

Aspek paling revolusioner dari Teori Inflasi adalah kemampuannya untuk menjelaskan asal usul struktur di alam semesta (mengapa alam semesta tidak sepenuhnya seragam).

1. Fluktuasi Kuantum (Quantum Fluctuations)

• Prinsip Ketidakpastian Heisenberg: Menurut Mekanika Kuantum, bahkan ruang hampa yang sempurna tidak pernah benar-benar kosong. Energi medan, termasuk Medan Inflaton, terus-menerus mengalami fluktuasi stokastik (acak) dalam skala waktu dan ruang yang sangat kecil.
• Sifat Fluktuasi: Fluktuasi ini menghasilkan daerah-daerah di ruang-waktu yang sedikit lebih padat energinya dan daerah-daerah yang sedikit lebih jarang.

2. Amplifikasi Kuantum ke Kosmologis

• Pembekuan Fluktuasi: Selama periode Inflasi yang eksponensial, ruang mengembang lebih cepat daripada kecepatan cahaya (hal ini diperbolehkan karena ekspansi ruang itu sendiri, bukan pergerakan objek di dalamnya). Ekspansi super-cepat ini secara efektif mengambil fluktuasi kuantum mikroskopis yang awalnya terbatas pada skala sub-atomik dan meregangkannya (mengamplifikasinya) hingga skala kosmologis yang besar.
• Transisi: Fluktuasi ini “membeku” dari sifat kuantumnya menjadi sifat klasik (perbedaan kepadatan materi-energi yang permanen) saat mereka meninggalkan batas horison kuantum.

3. Benih Gravitasi

• Struktur: Setelah Inflasi berakhir dan energi Medan Inflaton ditransfer menjadi materi dan radiasi, fluktuasi kepadatan yang diperbesar ini menjadi benih gravitasi (atau perturbasi kepadatan primordial).
• Pertumbuhan: Wilayah yang sedikit lebih padat (di mana kepadatan ρ>ρrata-rata​) akan memiliki daya tarik gravitasi yang sedikit lebih kuat. Selama miliaran tahun, perbedaan kepadatan kecil ini diperkuat oleh gravitasi, menarik lebih banyak Materi Gelap dan Biasa.
• Hasil Akhir: Pembentukan struktur hierarkis: dari benih menjadi protogalaksi, lalu gugus, supergugus, dan akhirnya Jaring Kosmik yang kita lihat hari ini.

6.3 Bukti Observasional Fluktuasi Kuantum

Bukti paling meyakinkan untuk Inflasi dan sifat kuantum dari benih struktur ditemukan dalam peta CMB:

• Anisotropi CMB: CMB seragam secara keseluruhan, tetapi pengamatan resolusi tinggi (oleh satelit seperti COBE, WMAP, dan Planck) mengungkapkan variasi suhu yang sangat kecil (≈1 bagian dalam 100.000) di langit. Variasi ini disebut anisotropi.
• Sifat Variasi: Analisis statistik menunjukkan bahwa variasi suhu ini bersifat hampir invarian skala (kekuatan fluktuasi serupa pada semua skala spasial), yang merupakan prediksi kunci dari model Inflasi yang didorong oleh medan kuantum tunggal. Ini menunjukkan bahwa asal usul semua struktur galaksi, bintang, dan planet dapat ditelusuri kembali ke fluktuasi di Medan Kuantum di alam semesta ultra-awal.

---

6.4 Kosmologi Kuantum dan Singularitas

Meskipun Inflasi mengatasi masalah horison dan kerataan, ia tidak sepenuhnya menyelesaikan masalah singularitas (t=0).

• Kebutuhan Gravitasi Kuantum: Relativitas Umum runtuh pada singularitas karena memprediksi kepadatan dan kelengkungan tak terbatas. Untuk memahami apa yang terjadi pada Momen Penciptaan Sejati, kita memerlukan teori yang menyatukan Gravitasi dengan Mekanika Kuantum, seperti Gravitasi Kuantum Loop atau Teori String.
• Kosmologi Kuantum: Bidang ini berupaya menerapkan prinsip kuantum (seperti fungsi gelombang) ke alam semesta secara keseluruhan. Misalnya, dalam Gravitasi Kuantum Loop, singularitas Big Bang digantikan oleh Big Bounce—sebuah ide bahwa alam semesta kita adalah hasil dari runtuhnya alam semesta yang ada sebelumnya.