Nasib akhir alam semesta ditentukan oleh keseimbangan dinamis antara laju ekspansi (didorong oleh Energi Gelap) dan gaya gravitasi (didorong oleh Materi Biasa dan Materi Gelap) yang berupaya memperlambat ekspansi.
9.1 Peran Kepadatan Kritis dan Energi Gelap
Untuk memprediksi masa depan, kosmolog menggunakan Persamaan Friedmann (Bab V), yang hasilnya sangat bergantung pada $\Omega$ (Parameter Kepadatan).
- Parameter Kepadatan ($\Omega$): Didefinisikan sebagai rasio kepadatan massa-energi aktual ($\rho$) terhadap kepadatan kritis ($\rho_{\text{kritis}}$) yang diperlukan agar geometri alam semesta menjadi datar ($k=0$).$$\Omega = \frac{\rho_{\text{aktual}}}{\rho_{\text{kritis}}}$$
- Geometri dan Nasib:
- Jika $\Omega > 1$: Gravitasi dominan $\rightarrow$ Alam Semesta Tertutup (berkontraksi).
- Jika $\Omega < 1$: Gravitasi kurang $\rightarrow$ Alam Semesta Terbuka (mengembang selamanya).
- Jika $\Omega = 1$: Alam Semesta Datar (mengembang selamanya, tetapi laju ekspansi melambat mendekati nol).
Pengamatan oleh satelit $CMB$ (seperti Planck) dan Supernova Tipe Ia menunjukkan bahwa alam semesta kita adalah datar ($\Omega \approx 1$). Namun, karena Materi Biasa dan Materi Gelap hanya menyumbang sekitar $\mathbf{32\%}$ dari $\Omega$, sisanya $\mathbf{68\%}$ harus diisi oleh Energi Gelap agar totalnya $\Omega = 1$.
9.2 Skenario Berdasarkan Sifat Energi Gelap
Karena alam semesta datar dan ekspansinya berakselerasi, Energi Gelap mendominasi masa depan. Takdir kosmik kini bergantung pada bagaimana kepadatan Energi Gelap berubah seiring waktu.
1. Pembekuan Besar (Big Freeze atau Kematian Panas)
Skenario ini adalah yang paling mungkin terjadi berdasarkan data saat ini.
- Asumsi: Energi Gelap berperilaku sebagai Konstanta Kosmologi ($\Lambda$) sejati. Kepadatan energinya ($\rho_{\Lambda}$) konstan bahkan saat ruang mengembang.
- Dinamika: Saat volume alam semesta bertambah, kepadatan Materi Biasa ($\rho_{\text{m}}$) dan Materi Gelap berkurang. Karena $\rho_{\Lambda}$ tetap, Energi Gelap akan semakin dominan, mendorong percepatan ekspansi yang konstan.
- Evolusi:
- Dalam 100 miliar tahun, gugus galaksi lokal kita akan menjadi pulau yang terisolasi, karena galaksi di luar supergugus lokal kita menjauh lebih cepat daripada kecepatan cahaya (c).
- Bintang-bintang akan menghabiskan bahan bakar nuklirnya (sekitar $10^{14}$ tahun).
- Bintang dan planet yang mati akan jatuh ke Lubang Hitam (sekitar $10^{40}$ tahun).
- Lubang hitam akan menguap melalui Radiasi Hawking (sekitar $10^{100}$ tahun).
- Akhir: Alam semesta mencapai keadaan Kematian Panas. Suhu mendekati nol absolut, dan hanya ada partikel dasar yang terpisah jauh. Energi terdistribusi sangat merata sehingga tidak ada proses termodinamika yang mungkin lagi (entropi maksimum).
2. Sobekan Besar (Big Rip)
Skenario yang jauh lebih dramatis, terjadi jika Energi Gelap bersifat lebih ekstrem.
- Asumsi: Energi Gelap adalah bentuk eksotis yang disebut Energi Hantu (Phantom Energy). Energi ini memiliki tekanan yang begitu negatif sehingga kepadatan energinya meningkat seiring waktu.
- Dinamika: Kekuatan tolak-menolak yang mendorong ekspansi menjadi semakin kuat. Pada akhirnya, Energi Gelap akan mengalahkan semua ikatan fundamental di alam semesta, bukan hanya ikatan gravitasi.
- Tahap Perobekan (Skala Waktu):
- Galaksi dan gugus galaksi terpisah.
- Gaya gravitasi dalam galaksi (yang menyatukan bintang) dikalahkan.
- Gaya antarmolekul dan elektromagnetik dikalahkan, planet terkoyak.
- Ikatan nuklir dikalahkan, atom terkoyak (singularitas energi).
- Akhir: Seluruh ruang-waktu dan isinya, dari skala kosmik hingga partikel kuantum, berakhir dalam singularitas telanjang yang terpisah.
3. Remukan Besar (Big Crunch)
Skenario yang kini dianggap paling tidak mungkin terjadi.
- Asumsi: Energi Gelap entah bagaimana menghilang atau berubah fase menjadi bentuk yang memberikan gaya gravitasi normal, dan kepadatan Materi-Energi total ($\Omega$) lebih besar dari 1.
- Dinamika: Ekspansi berhenti dan berbalik. Alam semesta mulai berkontraksi di bawah tarikan gravitasi.
- Evolusi: Prosesnya akan menjadi cerminan terbalik dari Big Bang: galaksi bertabrakan, suhu meningkat, dan radiasi mendominasi.
- Akhir: Semua materi dan ruang-waktu menyatu kembali ke dalam kondisi panas, padat, dan tak terbatas (singularitas). Ini memunculkan konsep Big Bounce (Alam Semesta Siklik), di mana setiap Big Crunch memicu Big Bang baru.
9.3 Kesimpulan Observasional
Pengukuran termutakhir menunjukkan bahwa alam semesta telah berada di era yang didominasi oleh Energi Gelap selama sekitar lima hingga enam miliar tahun terakhir, dan ekspansi terus berakselerasi. Oleh karena itu, skenario $Big Freeze$ (Kematian Panas) adalah takdir kosmik yang paling mungkin menunggu alam semesta.
Leave a Reply