Bayangkan alam semesta seperti mesin raksasa yang terus bergerak, berdenyut, dan berubah bentuk. Layaknya mesin, semesta juga tunduk pada hukum-hukum fisika tertentu, salah satunya adalah termodinamika, ilmu tentang panas, energi, dan keteraturan. Menariknya, hukum-hukum ini ternyata tidak hanya berlaku di laboratorium atau mesin sehari-hari, tapi juga bisa dipakai untuk memahami awal, masa kini, dan masa depan kosmos.
Sebuah studi baru yang diterbitkan di Nuclear Physics B tahun 2025 oleh Nusrat Fatima dan rekan-rekannya mencoba memahami bagaimana hukum termodinamika bekerja dalam kerangka teori gravitasi alternatif yang dikenal sebagai f(Q) gravity. Dari penelitian ini, mereka menunjukkan bahwa ada cara lain melihat bagaimana alam semesta berkembang, bahkan melampaui model kosmologi standar yang biasanya dipakai para ilmuwan.
Baca juga artikel tentang: Menembus Batas Berbicara: Penemuan Baru dalam Memahami Pengaruh Kerusakan Otak pada Kemampuan Berbicara dan Harapan untuk Terapi Baru
Apa itu f(Q) Gravity?
Sebelum masuk ke temuan penelitian, mari kita pahami dulu apa yang dimaksud dengan f(Q) gravity.
Dalam kosmologi modern, teori gravitasi yang paling terkenal adalah Relativitas Umum Einstein, yang menjelaskan bagaimana ruang dan waktu melengkung akibat adanya massa dan energi. Teori ini sudah terbukti sangat kuat, tapi ia tidak selalu bisa menjawab semua misteri, misalnya asal-usul energi gelap yang mempercepat laju ekspansi alam semesta.
Nah, f(Q) gravity adalah salah satu teori modifikasi gravitasi yang mencoba memberikan alternatif penjelasan. Dalam teori ini, ada istilah “Q” yang merujuk pada non-metricity, yaitu cara lain mendeskripsikan hubungan antara ruang, waktu, dan gaya gravitasi. Teori ini menawarkan perspektif baru tentang bagaimana alam semesta mengembang, menyusut, atau bahkan mengalami siklus pantulan (bounce), alih-alih hanya dimulai dari Big Bang lalu mengembang selamanya.
Alam Semesta yang Memantul
Salah satu ide menarik yang dieksplorasi dalam penelitian ini adalah konsep alam semesta memantul.
Jika model Big Bang klasik menggambarkan semesta lahir dari satu titik padat lalu meledak dan terus mengembang, maka model bounce menambahkan kemungkinan bahwa sebelum “ledakan awal” itu, semesta pernah mengalami fase kontraksi. Dengan kata lain, semesta bisa berdenyut: menyusut, lalu mengembang kembali.
Dalam kerangka f(Q) gravity, para peneliti menganalisis bagaimana horison termodinamika, batas-batas energi dan keteraturan dalam semesta berperan dalam fase kontraksi dan ekspansi ini. Mereka menemukan bahwa hukum kedua termodinamika (yang menyatakan bahwa entropi atau “ketidakteraturan” cenderung selalu meningkat) tetap berlaku, tetapi dengan nuansa berbeda dalam skenario bounce.
Horison Termodinamika: Pagar Energi Kosmos
Istilah horison dalam kosmologi biasanya merujuk pada batas sejauh mana kita bisa melihat atau memengaruhi sesuatu di alam semesta. Misalnya, ada horison partikel yang menandai batas cahaya terjauh yang bisa kita amati sejak awal Big Bang.
Dalam studi ini, peneliti menyoroti horison termodinamika, yaitu batasan yang ditentukan oleh hukum-hukum energi dan panas. Dengan menggunakan teknik rekonstruksi matematis, mereka mencoba melihat bagaimana horison ini memengaruhi evolusi kosmos, khususnya pada fase kontraksi dan ekspansi.
Hasilnya cukup mengejutkan: mereka menemukan adanya pelanggaran kondisi energi nol (null energy condition), yang justru memungkinkan terciptanya solusi kosmologis yang konsisten dalam f(Q) gravity. Dengan kata lain, meski melanggar aturan energi tertentu, semesta masih bisa berevolusi dengan cara yang logis dalam kerangka teori ini.
Percepatan Kosmik: Masalah Energi Gelap
Salah satu temuan kunci dari penelitian ini adalah bahwa dalam f(Q) gravity, alam semesta mengalami percepatan kosmik yang konsisten dengan pengamatan saat ini. Sejak akhir 1990-an, para astronom tahu bahwa semesta tidak hanya mengembang, tapi mengembang semakin cepat. Fenomena ini biasanya dijelaskan dengan konsep energi gelap, sesuatu yang misterius dan menyumbang sekitar 70% isi alam semesta.
Namun, energi gelap masih belum bisa dijelaskan dengan baik, apakah itu benar-benar energi baru, sifat ruang itu sendiri, atau akibat dari kelemahan teori gravitasi kita. Nah, f(Q) gravity memberi alternatif: mungkin percepatan itu bukan karena entitas baru seperti energi gelap, melainkan karena cara gravitasi bekerja berbeda dari yang kita kira.
Menguji dengan Hukum Termodinamika
Para peneliti tidak hanya berhenti pada prediksi teoretis. Mereka menguji model f(Q) gravity ini menggunakan hukum kedua termodinamika. Hukum ini, yang akrab dengan konsep entropi, dipakai untuk memeriksa apakah evolusi semesta dalam model ini tetap konsisten dengan prinsip dasar fisika.
Menariknya, hasil mereka menunjukkan bahwa hukum kedua masih bisa dijaga, bahkan dalam skenario bounce yang tampak aneh sekalipun. Artinya, meski model ini menambahkan lapisan kompleksitas baru, ia tidak melanggar fondasi dasar sains yang sudah teruji berabad-abad.
Kenapa Penting?
Penelitian ini mungkin terdengar sangat teknis, tapi ada beberapa implikasi besar yang bisa dipahami awam:
- Alternatif untuk Energi Gelap
Jika f(Q) gravity terbukti benar, kita mungkin tidak butuh lagi konsep misterius energi gelap. Percepatan kosmik bisa dijelaskan dengan cara gravitasi bekerja secara berbeda. - Alam Semesta Tak Hanya Sekali Jalan
Konsep bounce membuka pintu bagi gagasan bahwa semesta mungkin tak hanya “lahir sekali lalu mati”. Ia bisa mengalami siklus kontraksi dan ekspansi, memberikan gambaran lebih dinamis dan berulang. - Fisikawan Sedang Menyusun Ulang Aturan Main
Dengan melibatkan termodinamika dalam kosmologi, ilmuwan mencoba menyatukan hukum-hukum yang biasa kita lihat di bumi dengan hukum yang mengatur semesta raksasa. Ini langkah penting menuju teori gravitasi kuantum yang lebih lengkap.
Menuju Masa Depan Kosmologi
Tentu, penelitian ini baru tahap awal. Masih banyak pekerjaan rumah untuk membandingkan prediksi f(Q) gravity dengan hasil observasi astronomi, seperti data dari supernova, gelombang gravitasi, atau radiasi latar belakang kosmik. Namun, langkah ini menunjukkan bahwa sains terus berkembang, mencari cara baru memahami realitas.
Seperti mesin yang terus diperbaiki agar lebih efisien, kosmologi pun terus diperbarui agar semakin mendekati kebenaran. Mungkin suatu hari kita akan menemukan bahwa alam semesta memang tidak sesederhana “meledak dan mengembang”, melainkan jauh lebih kaya, penuh siklus, dan tak henti-hentinya mengejutkan kita.
Penelitian tentang horison termodinamika dalam f(Q) gravity memberikan pandangan segar tentang evolusi kosmos. Ia menantang model standar, menawarkan alternatif bagi energi gelap, dan membuka kemungkinan semesta berdenyut dalam siklus abadi. Satu hal yang jelas: memahami semesta ternyata tak jauh beda dengan memahami mesin. Bedanya, mesin ini adalah yang terbesar dan paling misterius yang pernah ada.
Baca juga artikel tentang: Kamera 3,2 Gigapiksel di Teleskop Rubin: Tonggak Baru dalam Observasi Alam Semesta
REFERENSI:
Fatima, Nusrat dkk. 2025. Thermodynamic horizons in f (Q) gravity: Revealing cosmic dynamics. Nuclear Physics B, 116923.
