Gagasan bahwa alam semesta mengembang dengan kecepatan melebihi kecepatan cahaya tampaknya melanggar batas kecepatan tertinggi. Tidak. Namun hal ini membuat penentuan jarak di ruang angkasa menjadi jauh lebih rumit daripada sekadar mengukur berapa lama waktu yang dibutuhkan cahaya untuk tiba.
Ruang angkasa terus bertambah saat foton sedang transit. Sebuah galaksi memancarkan sinar cahaya. Foton itu berpacu menuju teleskop kita. Sementara itu, jalinan ruang di antara keduanya membentang. Pada saat cahaya mengenai lensa, jarak galaksi sumber sudah jauh dibandingkan saat cahaya memulai perjalanannya. Ini bukan sekedar teori. Itu sebabnya para astronom harus mengandalkan model untuk mengetahui di mana keadaan sekarang.
Cahaya menunjukkan masa lalu kepada kita. Bukan saat ini.
Untuk memetakan lokasi objek-objek jauh ini saat ini, kami menggunakan kerangka kosmologis. Khususnya, model Lambda-CDM (LCDM). Ini menjelaskan materi gelap dan energi gelap. Kita tahu materi gelap berperan (lihat episode terpisah). Kita tahu energi gelap mendorong percepatan (episode lain). Teori-teori alternatif memang ada, tetapi teori-teori tersebut jarang mengubah mekanisme inti ekspansi kosmik sehingga menjadi masalah bagi pertanyaan spesifik ini.
Mendefinisikan Tepian Alam Semesta yang Dapat Diamati
Mari kita lihat angkanya. Alam semesta berumur sekitar 13,77 miliar tahun. Light punya banyak waktu untuk bepergian. Jadi, secara naif, Anda akan berpikir bahwa jarak yang bisa kita lihat adalah 13,77 miliar tahun cahaya.
Anda salah.
Karena ruang angkasa terus mengembang sepanjang perjalanan cahaya, objek yang memancarkan cahaya tertua tersebut kini berjarak sekitar 45 miliar tahun cahaya. Batas ini disebut cakrawala partikel. Terkadang para kosmolog menyebutnya sebagai cakrawala yang bergerak. Terkadang mereka hanya menggunakan “cakrawala kosmologis”. Nama tersebut berubah sesuai dengan suasana hati ahli astrofisika, bukan fisika.
45 miliar. Jauh lebih besar dari 13,77.
Apakah ini berarti informasi menyebar lebih cepat daripada cahaya? Tidak. Itu berarti ruang angkasa itu sendiri mengembang. Dan ruang tidak terikat oleh aturan yang sama seperti materi.
Kecepatan cahaya adalah batas kecepatan lokal. Ini mengatur seberapa cepat objek bergerak melalui ruang. Ia tidak membatasi seberapa cepat ruang itu sendiri dapat berkembang. Anda tidak akan pernah melihat roket terbang melewati jendela Anda lebih cepat dari c. Namun jika Anda mengamati dua galaksi yang berjauhan, keduanya bisa saling menjauh dengan kecepatan berapa pun. Mereka tidak bergerak melintasi ruang dalam pengertian tradisional. Jarak di antara mereka semakin membesar.
Mengapa Redshift Lebih Penting Daripada Kecepatan
Bagaimana kita tahu hal ini sedang terjadi? Kami mengukur pergeseran merah.
Ketika sebuah galaksi menjauh dari kita, cahayanya meregang ke spektrum elektromagnetik dengan panjang gelombang yang lebih merah dan lebih panjang. Edwin Hubble menggunakan fenomena ini untuk menemukan bahwa alam semesta mengembang. Ia melihat bahwa galaksi yang lebih jauh memiliki pergeseran merah yang lebih tinggi.
Pergeseran merah yang lebih tinggi berarti resesi yang lebih cepat.
Di alam semesta yang mengembang, jarak dan kecepatan saling terkait. Semakin jauh suatu benda, semakin banyak ruang antara Anda dan benda tersebut. Lebih banyak ruang berarti lebih banyak ekspansi. Dan semakin banyak ekspansi berarti kecepatan semakin tinggi.
Ada titik kritis tertentu. Ini disebut jarak Hubble. Letaknya sekitar 13,77 miliar tahun cahaya dari Bumi. Benda-benda pada jarak ini menjauh dari kita dengan kecepatan cahaya.
Lebih dari itu? Mereka bergerak lebih cepat dari cahaya.
Apakah ini curang? Tidak. Begitulah cara kerja relativitas khusus dalam skala kosmik. Secara lokal, tidak ada yang mengalahkan cahaya. Secara global? Luar angkasa dapat melakukan apapun yang diinginkannya.
Batas Persembunyian: Cakrawala Peristiwa
Jadi kita bisa melihat galaksi-galaksi menyusut lebih cepat dari cahaya. Tampaknya ini paradoks. Tapi ada kendalanya.
Kita hanya melihat galaksi-galaksi jauh yang superluminalnya surut karena cahaya yang kita tangkap sekarang dipancarkan miliaran tahun yang lalu. Saat itu, mereka lebih dekat. Mereka berada dalam jangkauan teleskop kita.
Ada batasan keras mengenai seberapa banyak yang dapat kita lihat. Ini bukan cakrawala partikel (batas 45 miliar tahun cahaya). Ini adalah sesuatu yang lebih dekat dan lebih final.
Cakrawala peristiwa kosmologis.
Terletak sekitar 17 miliar tahun cahaya jauhnya, batas ini memisahkan galaksi yang dapat kita lihat saat ini dari galaksi yang tidak akan pernah kita lihat, tidak peduli berapa lama kita menunggu cahaya baru tiba. Cahaya yang dipancarkan dari luar garis ini saat ini tidak akan pernah mencapai kita. Ekspansinya terlalu cepat.
Energi gelap membuat batasan ini menjadi lebih agresif.
Percepatan ekspansi yang didorong oleh energi gelap memastikan cakrawala peristiwa akan stabil. Ia akan tumbuh sedikit, dan pada akhirnya akan mendatar pada sekitar 60 miliar tahun cahaya. Tapi lebih dari itu? Kegelapan.
Galaksi-galaksi paling jauh akan mengalami pergeseran merah dan lenyap. Cahaya mereka akan meregang menjadi panjang gelombang yang sangat panjang dan redup sehingga tidak dapat terdeteksi.
Ini bukanlah spekulasi. Ini adalah prediksi berdasarkan data terkini. Dalam waktu sekitar 100 miliar tahun, jika manusia (atau apa pun setelah kita) masih melihat ke atas, setiap galaksi di luar Grup Lokal kita akan lenyap. Alam semesta akan terlihat kosong. Hanya lingkungan kita sendiri di lautan kehampaan.
Ini adalah masa depan yang sepi bagi para astronom. Tapi itu konsisten dengan fisika yang kita miliki. Alam semesta mengembang. Ruang membentang. Dan ada beberapa hal yang hilang dalam kegelapan, bukan karena mereka mati, tapi karena mereka sudah terlalu jauh, terlalu cepat.
Dan memang begitulah adanya.
