Gravitasi Sebabkan Alam Semesta Menjadi Homogen

Gravitasi dapat mempercepat homogenisasi ruang-waktu seiring evolusi alam semesta. Wawasan ini didasarkan pada studi teoritis fisikawan David Fajman dari Univercity of Vienna. Metode matematika yang dikembangkan dalam proyek penelitian memungkinkan untuk menyelidiki pertanyaan terbuka dasar kosmologi seperti mengapa alam semesta saat ini tampak begitu homogen. Hasilnya telah dipublikasikan di jurnal Physical Review Letters.

Evolusi temporal alam semesta, dari Big Bang hingga saat ini, dijelaskan oleh persamaan medan relativitas umum Einstein. Namun, masih ada sejumlah pertanyaan terbuka tentang dinamika kosmologis, yang asalnya terletak pada perbedaan antara teori dan observasi. Salah satu pertanyaan terbuka ini adalah: Mengapa alam semesta dalam keadaannya saat ini begitu homogen dalam skala besar?

Diasumsikan bahwa alam semesta berada dalam keadaan ekstrim tidak lama setelah Big Bang, yang secara khusus dicirikan oleh fluktuasi yang kuat pada lengkungan ruangwaktu. Selama proses perluasan yang panjang, alam semesta kemudian berevolusi menuju keadaan sekarang, yang homogen dan isotropik dalam skala besar sederhananya kosmos terlihat sama di mana-mana.

Hal tersebut disimpulkan dari pengukuran yang disebut radiasi latar, yang tampak sangat seragam di setiap arah pengamatan. Homogenitas ini mengejutkan karena dua wilayah alam semesta yang secara kausal terpisah satu sama lain, yang tidak dapat bertukar informasi ternyata masih menunjukkan nilai radiasi latar yang identik.

Untuk mengatasi dugaan kontradiksi ini, teori inflasi dikembangkan, yang mendalilkan fase ekspansi yang sangat cepat segera setelah Big Bang, yang pada gilirannya dapat menjelaskan homogenitas pada radiasi latar. Namun, bagaimana fase ini dapat dijelaskan dalam konteks teori Einstein memerlukan sejumlah modifikasi teori, yang terkesan artifisial dan tidak dapat diverifikasi secara langsung.
Hingga saat ini, belum jelas apakah homogenisasi alam semesta dapat dijelaskan secara lengkap dengan persamaan Einstein. Alasannya adalah kompleksitas persamaan dan kesulitan yang terkait untuk menganalisis model alam semesta serta mempresiksinya.

Evolusi waktu yang memiliki defiasi kuat perlu dianalisis secara matematis. Sampai telihat bahwa evolusi waktu memang berpengaruh dalam proses ekspansi yang memungkinkan alam semesta mendapatkan struktur homogennya.

Analisis tersebut didasarkan pada metode matematika modern di bidang analisis geometris. Sampai sekarang, metode ini hanya dapat mencapai hasil seperti penyimpangan kecil dari geometri ruang-waktu yang homogen. David Fajman dari University of Vienna kini telah berhasil untuk pertama kalinya mentransfer metode tersebut pada kasus penyimpangan besar evolusi waktu.

Hasil yang dipublikasikan di jurnal tersebut menunjukkan bahwa homogenisasi dalam kelas model yang diteliti sudah dijelaskan sepenuhnya oleh teori Einstein dan tidak memerlukan modifikasi tambahan. Jika temuan ini dapat ditransfer ke model yang lebih umum, itu berarti bahwa tidak perlu mekanisme seperti inflasi untuk menjelaskan keadaan alam semesta kita saat ini.