1. Prinsip Kosmologi (The Cosmological Principle)

Ini adalah fondasi filosofis dan matematika dari sebagian besar model kosmologi modern, termasuk Model Ledakan Besar. Prinsip ini menyatakan bahwa pada skala yang cukup besar (lebih besar dari gugus galaksi), Alam Semesta bersifat seragam dan sama di segala arah.

A. Homogenitas (Homogeneity)

Alam Semesta terlihat sama di setiap lokasi jika dilihat pada skala besar. Ini berarti kerapatan materi dan energi rata-rata di satu wilayah kosmik sama dengan kerapatan di wilayah kosmik lainnya.

B. Isotropi (Isotropy)

Alam Semesta terlihat sama ke segala arah dari sudut pandang pengamat mana pun. Tidak ada arah atau titik yang istimewa.

Implikasi: Prinsip ini menunjukkan bahwa kita (Bumi) tidak berada di tempat yang istimewa atau pusat Alam Semesta (Prinsip Kopernikus). Secara matematis, prinsip ini memungkinkan penggunaan Metrik Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker (FLRW), yang menjadi dasar matematika untuk Teori Ledakan Besar.

---

2. Teori Utama: Model Ledakan Besar (Big Bang)

Model Ledakan Besar adalah kerangka kerja yang menjelaskan evolusi Alam Semesta dari keadaan awal yang sangat padat dan panas (singularitas) hingga keadaannya saat ini.

A. Ekspansi Alam Semesta (Hubble’s Law)

Edwin Hubble menemukan bahwa galaksi-galaksi menjauhi satu sama lain, dan kecepatan mereka menjauh sebanding dengan jarak mereka dari kita. Ini diformulasikan sebagai Hukum Hubble (v=H0​d), di mana H0​ adalah Konstanta Hubble. Ekspansi ini menunjukkan bahwa ruang itu sendiri yang mengembang, membawa galaksi-galaksi menjauh satu sama lain, bukan galaksi yang bergerak melalui ruang statis.

B. Radiasi Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmis (CMB)

CMB adalah bukti pengamatan terkuat bagi Ledakan Besar. Ini adalah “gema” atau sisa radiasi panas dari sekitar 380.000 tahun setelah Ledakan Besar, ketika Alam Semesta cukup dingin bagi proton dan elektron untuk bergabung membentuk atom netral, sehingga cahaya dapat merambat bebas. CMB terlihat sangat seragam di seluruh langit, dengan suhu sekitar 2.725 K.

C. Nukleosintesis Ledakan Besar (BBN)

BBN menjelaskan pembentukan unsur-unsur ringan (terutama Hidrogen dan Helium) dalam beberapa menit pertama Ledakan Besar. Teori ini memprediksi rasio kelimpahan unsur-unsur ini di Alam Semesta awal, yang sangat cocok dengan pengamatan, memberikan bukti kuat lainnya.

---

3. Model Standar Kosmologi: ΛCDM

Model ΛCDM (Lambda Cold Dark Matter) adalah model yang paling berhasil menjelaskan sifat dan evolusi Alam Semesta yang diamati. Model ini memasukkan komponen utama penyusun Alam Semesta.

A. Komposisi Alam Semesta

Komponen energi-massa total Alam Semesta saat ini (berdasarkan data satelit Planck) adalah:

Komponen	Perkiraan Persentase	Peran Kosmologis
Energi Gelap (Λ)	≈68.3%	Mendorong ekspansi yang dipercepat.
Materi Gelap Dingin (CDM)	≈26.8%	Menyediakan daya tarik gravitasi untuk membentuk struktur.
Materi Barionik	≈4.9%	Materi “biasa” yang membentuk bintang, planet, dan galaksi.

B. Materi Gelap (Dark Matter)

Materi gelap adalah bentuk materi yang tidak berinteraksi dengan cahaya (tidak memancarkan, menyerap, atau memantulkan). Keberadaannya disimpulkan dari efek gravitasinya yang terlihat:

• Kurva Rotasi Galaksi: Bintang-bintang di tepi galaksi berputar lebih cepat dari yang seharusnya jika hanya materi yang terlihat yang ada. Materi gelap harus ada untuk memberikan massa ekstra ini.
• Lensa Gravitasi: Efek distorsi cahaya dari objek yang jauh akibat medan gravitasi yang sangat besar.

Materi Gelap Dingin (CDM) diasumsikan bergerak lambat (dingin) dan non-relativistik, yang penting untuk memungkinkan pembentukan struktur berskala besar (gugus galaksi dan filamen).

C. Energi Gelap (Dark Energy)

Energi gelap adalah bentuk energi paling misterius dan dominan, yang bertindak sebagai gaya yang menentang gravitasi, menyebabkan ekspansi Alam Semesta yang dipercepat.

• Properti: Energi gelap memiliki tekanan negatif yang besar, yang pada dasarnya menjauhkan ruang.
• Konstanta Kosmologis (Λ): Kandidat utama energi gelap adalah Konstanta Kosmologis yang diusulkan oleh Einstein, yang merupakan energi yang melekat pada ruang-waktu itu sendiri dan memiliki kerapatan yang konstan.

---

4. Konsep Evolusioner Kunci

A. Inflasi Kosmik

Inflasi adalah periode ekspansi eksponensial super cepat yang terjadi di sebagian kecil detik pertama setelah Ledakan Besar. Inflasi diperlukan untuk:

1. Memecahkan Masalah Horizon: Menjelaskan mengapa CMB memiliki suhu yang sangat seragam di seluruh langit.
2. Memecahkan Masalah Kerataan: Menjelaskan mengapa geometri Alam Semesta (ruang) hampir datar (k≈0).

B. Garis Waktu Kosmik

Evolusi Alam Semesta dibagi menjadi beberapa era utama:

1. Era Planck: Titik awal teoretis (tidak dapat dijelaskan oleh fisika saat ini).
2. Era Inflasi: Ekspansi super cepat.
3. Era Kuark/Hadron: Pembentukan partikel-partikel fundamental.
4. Era Nukleosintesis (BBN): Pembentukan nukleus atom ringan.
5. Era Rekombinasi: Atom netral terbentuk, melepaskan CMB.
6. Zaman Kegelapan (Dark Ages): Sebelum bintang dan galaksi pertama terbentuk.
7. Era Reionisasi & Pembentukan Struktur: Terbentuknya bintang, galaksi, dan struktur kosmik skala besar.
8. Era Energi Gelap: Ekspansi Alam Semesta mulai dipercepat (saat ini).