Bintang-bintang, galaksi dan kluster yang ditampilkan di sini terikat oleh gravitasi dan tidak akan mengembang bersama alam semesta.Perluasan alam semesta memiliki sejarah yang panjang dan mengejutkan. Ketika Hubble pertama kali memperhatikan hubungan antara jarak dari kita ke galaksi dan pergeseran merah cahayanya, dia segera menyadari bahwa ini adalah konsekuensi dari teori relativitas umum Einstein. Ketika Hubble mengumumkan penemuannya, Einstein segera meninggalkan konstanta kosmologisnya - "faktor bodoh" yang dirancang untuk menjaga Semesta statis - dan menyebutnya kesalahan terbesarnya. Tetapi sementara ruang antara galaksi meluas, atom, manusia, dan planet mempertahankan ukurannya. Apa yang menentukan ini? Pembaca kami ingin mencari tahu:
Apa skala dimensi ketika sampai pada perluasan alam semesta? Apakah ini berarti bahwa panjang Planck tidak konsisten? Apakah orbit atom tumbuh dengan peregangan ruang ini, atau apakah interaksi kuat menghalangi ini?
Model Universe yang sedang tumbuh "roti dengan kismis", di mana jarak relatif meningkat dengan perluasan ruang (uji)Perluasan alam semesta sulit dibayangkan - karena sama sekali tidak intuitif. Analogi terbaik, mungkin, adalah membayangkan jalinan ruang dalam bentuk gumpalan adonan yang tergantung di oven di bawah gravitasi nol. Saat memanggang, roti cocok untuk ragi dan mengembang merata ke segala arah. Tapi ini analogi dengan ruang kosong. Bagaimana jika Anda ingin membayangkan ruang di mana ada materi: proton, atom, manusia, planet, galaksi, kluster? Ada dua cara untuk membayangkan ekstensi ini.
Salah satunya adalah permukaan bola dengan koin yang dilem padanya. Koin tidak berubah, dan bola mengembang. Alam semesta menjadi lebih besar, dan seluruh ruang antara partikel individu - atau galaksi individu - juga tumbuh. Tampaknya koin bergerak menjauh dari tetangganya dengan kecepatan tertentu, dan koin yang terletak dua kali lebih jauh akan dilepas dua kali lebih cepat. Dan setiap koin akan melihat hal yang sama: kecepatan yang dirasakan dan pergeseran merah (peregangan) cahaya hanya akan bergantung pada jarak ke koin yang Anda lihat. Inilah yang sebenarnya terjadi di sini, dan telah dikenal sejak tahun 1920-an. Ini adalah hubungan yang ada di Semesta, yang ditunjukkan hukum Hubble kepada kita.
Cara lain untuk membayangkan ekstensi adalah dengan mengambil bola tempat benda itu digambar. Ketika bola menggembung dan permukaan terentang, tanda juga mengembang. Tentu saja, objek yang jauh akan menjauh sesuai dengan hukum Hubble, tetapi dalam kasus kami mereka sendiri akan melambung bersama dengan jalinan ruang.
Jadi apa yang terjadi di alam semesta? Pada skala apa ruang berkembang? Pertama-tama, kita dapat mempelajari alam semesta itu sendiri. Mengamati galaksi yang jauh, kita harus mendaftarkan pergeseran merah dan penurunan massanya, karena semakin jauh galaksi, semakin awal ia muncul.
Kami melihat ini, tetapi Anda juga melihat fitur-fitur penting lainnya:
• Galaksi dengan pergeseran merah besar memiliki garis spektral yang sama - yang berarti bahwa sifat dan ukuran atom yang ada miliaran tahun yang lalu tidak berbeda dengan hari ini.
• Ukuran fisik galaksi ditentukan hanya oleh massanya. Galaksi dengan massa yang sama, baik yang lama maupun yang baru, memiliki ukuran yang sama.
• Prinsip pembentukan jaringan ruang (struktur skala besar) hanya bergantung pada jumlah massa yang tersedia di area ruang tertentu.
Ternyata analogi dengan koin akan lebih dekat dengan kita daripada dengan cat. Mengamati Alam Semesta, kita melihat bahwa jalinan ruang selalu mengembang, kecuali jika diganggu oleh kekuatan lain yang menyatukan benda-benda. Ini sepenuhnya cocok dengan landasan teoretis, karena, meskipun ada pendapat luas, ekspansi bukanlah kekuatan, tetapi kecepatan. Ketika sesuatu mengikat bersama, menjadi tidak penting gaya apa yang mengikatnya, apakah itu gaya nuklir dalam proton dan inti atom, gaya elektromagnetik dalam atom, sel dan manusia, atau apakah itu gravitasi dalam planet, bintang, galaksi dan kluster.
Cluster Rambut VeronicaMeskipun struktur ruang meluas dengan sendirinya, ia mengembang pada tingkat tertentu per satuan panjang. (Sebenarnya, ini adalah kuantitas dengan dimensi waktu terbalik). Kira-kira ternyata bahwa jika gaya antara dua objek membuat mereka menarik lebih cepat daripada ruang di antara mereka meningkat karena ekspansi Semesta, tetapi mereka sudah berubah bukan menjadi "cat", tetapi menjadi "koin". Tubuh kita terhubung bersama, masing-masing atom terhubung bersama, kelompok galaksi lokal sudah terhubung bersama, dan bahkan seluruh kelompok Rambut Veronica saling terhubung. Tetapi penting untuk diingat bahwa semuanya itu relatif. Perluasan Alam Semesta tidak memengaruhi grup lokal kita dan semua yang ada di dalamnya, karena grup lokal kita terhubung terlalu erat - tetapi melangkah lebih jauh darinya, dan ruang akan terus berkembang. Itulah sebabnya galaksi yang jauh dan struktur terkait lainnya bergerak menjauh dari kita, meskipun mereka semua terikat secara lokal pada bagian kosmos mereka.
Tapi kita bisa mencari daerah kecil yang sewenang-wenang di mana tidak ada koneksi seperti itu, di mana tidak ada masalah, dan kami menemukan bahwa wilayah dengan ukuran apa pun - beberapa tahun cahaya, kilometer, mikron, diameter proton, atau panjang Planck (atau bahkan kurang) - berkembang di bawah hukum Hubble. Kecepatan ekspansi ruang dalam GR memungkinkan untuk mempertimbangkan jalinan ruang seolah-olah benar-benar kontinu, dan tidak perlu dikuantisasi, seperti dalam fisika kuantum. Ini tetap berlaku untuk perluasan Semesta persis selama Anda tidak meletakkan struktur yang terhubung di dalamnya! Tidak ada batasan mendasar tentang seberapa kecil ruang yang dapat dilakukan saat berekspansi, tetapi untuk ini ruang itu harus kosong atau cukup besar sehingga struktur yang ada tidak dapat mengatasi ekspansi.