Tanyakan Ethan: bagaimana kita bisa melihat ke masa lalu sampai ke Big Bang?

Sejarah kosmik kita tentang alam semesta, tidak bertentangan dengan pengamatan dan teori terbaik saat ini

Waktu bergerak maju, dan masa lalu tidak bisa lagi dikembalikan. Dari sudut pandang manusia, kita menyebutnya panah waktu: masa lalu hanyalah kenangan; masa depan belum tiba, dan semua yang bisa kita alami adalah masa kini. Diasumsikan bahwa segala sesuatu di Semesta mematuhi properti ini, dan semua interaksi terjadi di masa lalu, baik terjadi sekarang atau akan terjadi di masa depan. Tetapi apakah ini tidak berarti bahwa masa lalu seharusnya hanya menjadi memori bagi alam semesta? Pembaca kami prihatin dengan kenyataan bahwa, pada kenyataannya, semuanya tidak seperti ini:

Bagaimana kita melihat foton CMB jika Bumi tidak ada pada saat mereka dipancarkan? Bukankah seharusnya foton-foton ini telah melarikan diri dari kita ke masa depan kita?

Sulit untuk merealisasikan ide ini: kita menyatakan bahwa kita melihat kembali miliaran tahun, tetapi bagaimana tepatnya kita melakukannya, bahkan jika Bumi belum ada selama ini?


Disk protoplanet di sekitar bintang muda dalam pandangan artis

Mengungkap sejarah tata surya kita sedikit seperti kisah detektif: kita hanya memiliki bukti dari yang masih ada dan bertahan hingga hari ini, dan kita perlu menciptakan kembali sisa kisah tentang bagaimana kita sampai hari ini. Catatan orang-orang kembali maksimum beberapa ribu tahun - dan sebelum itu kita hanya memiliki bukti sejarah biologis, kimia, geologi dan fisik. Kita dapat menciptakan kembali sejarah kehidupan di Bumi melalui pemahaman tentang DNA, evolusi, sisa-sisa fosil, peluruhan radioaktif, deposit batu bara, dll. Kita dapat menciptakan kembali sejarah tata surya dengan mempelajari segudang planet, bulan, komet, dan asteroid yang tersedia bagi kita. Berkat bukti tidak langsung yang tersedia bagi kami, kami belajar banyak tentang bagaimana Bumi sampai pada kondisi saat ini.


Tabrakan besar planetesimals besar menimbulkan sistem Bumi / Bulan, dan kami belajar tentang ini dengan terbang ke Bulan dan kembali ke Bumi gambar dari permukaannya

Bumi ada hanya 4,5 miliar tahun - ini kurang dari sepertiga dari sejarah alam semesta. Dan kita hanya bisa menebak masa lalu kita, tetapi tidak mengamatinya secara langsung. Tetapi seseorang, yang terletak pada jarak yang cukup jauh dari kita, dapat mengamati masa lalu kita secara langsung. Mengapa Karena bagi mereka itu adalah masa kini.


Pemandangan Bumi dan Bulan dari Cassini di orbit Saturnus, 19 Juli 2013. Dalam gambar, Bumi sekitar 67 menit lebih muda dari kita pada saat pembuatan foto.

Jika Anda melihat dari Bulan ke Bumi, Anda akan melihat Bumi seperti 1,3 detik yang lalu, karena cahaya membutuhkan sekitar 1,3 detik untuk perjalanan seperti itu. Jika Anda berada di Pluto, Anda akan melihat Bumi seperti kurang dari 5 jam yang lalu. Tetapi untuk benar-benar menghargai betapa Bumi di masa lalu berbeda dari saat ini, Anda hanya bisa berada pada jarak yang lebih serius:
• Dari Proxima Centauri, bintang terdekat dengan Matahari, Anda akan melihat Bumi seperti 4.2 tahun yang lalu.
• Dari Sirius, bintang paling terang di langit, Anda akan melihat Bumi seperti 8,6 tahun yang lalu.
• Dari Rigel, bintang biru paling terang di rasi Orion, Anda akan melihat Bumi seperti 773 tahun yang lalu.
• Dari Deneb, bintang terang terjauh yang terlihat, Anda akan melihat Bumi seperti 2600 tahun yang lalu.
• Dari Andromeda, galaksi terdekat dengan Bima Sakti, Anda akan melihat Bumi seperti 2,2 juta tahun yang lalu.
• Dengan Messier 84, salah satu galaksi paling jauh di kluster Virgo, Anda akan melihat Bumi seperti 60 juta tahun yang lalu, tak lama setelah kepunahan dinosaurus.
• Dengan IC 1101, galaksi terbesar yang diketahui di Alam Semesta, Anda akan melihat Bumi seperti 1,05 miliar tahun yang lalu.
• Dengan GN-z11, galaksi terjauh yang kita kenal, Anda akan melihat Bumi seperti 13,4 miliar tahun lalu.

Tentu saja, 13,4 miliar tahun lalu tidak ada Bumi - mungkin Bimasakti belum ada saat itu! Anda akan melihat apa yang ada di sana pada saat itu - materi, yang pada akhirnya akan berubah menjadi Bimasakti, bintang, planet, yang salah satunya - setelah 9 miliar tahun lagi - akan terbentuk di Bumi.



Bagi kami, hukum fisika bekerja dengan cara yang sama dengan yang ada di tempat lain. Dan ketika kita melihat semua bintang atau galaksi yang jauh ini, kita melihat cahaya yang dipancarkan oleh mereka jutaan dan milyaran tahun yang lalu. Cahaya ini berubah seiring waktu: alam semesta mengembang, dan panjang gelombang cahaya meningkat. Ultraviolet paling terang dari galaksi yang paling jauh membentang sangat jauh hingga melewati ultraviolet, menembus seluruh bagian spektrum yang tampak, dan ternyata berada dalam inframerah. Mungkin ada galaksi di luar kemampuan teleskop inframerah kami, karena cahayanya telah bergeser ke panjang gelombang spektrum yang lebih panjang, tidak dapat diakses oleh kamera inframerah teleskop Hubble.



Jika kita cukup bertekad, kita dapat mencari tanda-tanda Big Bang itu sendiri, di luar galaksi mana pun. Pada tahap awal, Semesta dipenuhi dengan lautan materi, antimateri, dan partikel radiasi. Seiring waktu, materi dan antimateri dimusnahkan, dan meninggalkan sejumlah kecil materi berlebih, dan panjang gelombang radiasi diperpanjang karena perluasan Semesta. Karena panjang gelombang dan energi terhubung - semakin lama panjangnya, semakin sedikit energi - Semesta mendingin dengan ekspansi, yang berarti bahwa pada titik tertentu kita mencapai tahap penting: elektron dan proton mulai membentuk atom netral, yang tidak lagi dibagi menjadi beberapa bagian oleh radiasi. . Pada titik ini, radiasi mulai bergerak dengan bebas, tanpa hambatan dan langsung.



Hari ini kita melihat bahwa radiasi ini memakan waktu 13,81 miliar tahun untuk perjalanan ke kita. Ketika kita melihat Alam Semesta dan melihat radiasi kembali, kita melihat cahaya yang:
• muncul selama Big Bang,
• terakhir berinteraksi, hamburan dari elektron bebas pada saat terakhir ketika Semesta dipenuhi dengan elektron bebas,
• melakukan perjalanan 13,81 miliar tahun melintasi alam semesta yang mengembang,
• Dia mendatangi kami dan masuk ke detektor, bergerak ke bagian gelombang mikro dari spektrum setelah perjalanan yang menakjubkan ini.

blog-images.forbes.com/startswithabang/files/2016/10/cosmic_epochs.jpg
Cahaya Big Bang dari waktu ke waktu meningkatkan panjang gelombang, kehilangan energi dan kepadatan, tetapi masih tidak hilang; Anda hanya perlu tahu cara mencarinya.

Cahaya ini memang akan terbang melewati mata kita, tetapi selalu, pada setiap saat di masa depan, cahaya baru akan muncul, dari titik-titik yang lebih jauh dari Alam Semesta, yang akan mencapai mata kita untuk pertama kalinya. Ini akan menjadi cahaya yang lebih dingin, dari masa sebelumnya, dengan kerapatan foton yang lebih rendah. Setelah 100 miliar tahun, itu tidak akan lagi menjadi gelombang mikro, melainkan emisi radio, karena ekspansi Semesta yang terus-menerus. Tetapi semakin jauh kita melihat, sebagian besar alam semesta akan diungkapkan kepada kita.



Dan seseorang yang terletak jauh dari kita tidak akan melihat Bumi atau Bima Sakti, melihat ke arah kita - hanya cahaya dari Big Bang, persis sama seperti yang kita lihat ketika kita melihat ke arah mereka.