Jumlah energi yang terkandung dalam ruang kosong, ternyata, sangat sulit dijelaskan tanpa melibatkan teori multiverse. Tetapi fisikawan memiliki setidaknya satu alternatif lagi untuk dipelajari.
Gagasan kontradiktif bahwa Alam Semesta kita hanyalah gelembung acak dalam Alam Semesta berbusa yang tak terbatas secara logis mengikuti dari sifat alam semesta yang paling polos dan polos: ruang kosong. Secara khusus, hipotesis multiverse tumbuh dari sejumlah kecil energi yang terkandung dalam ruang kosong - yang dikenal sebagai energi vakum, energi gelap atau konstanta kosmologis. Setiap meter kubik ruang kosong berisi sejumlah energi yang cukup untuk menyalakan bola lampu hanya dengan 11 triliun fraksi per detik. "Ini seperti tulang di tenggorokan," seperti
Stephen Weinberg , peraih Nobel, pernah menggambarkan masalah yang seharusnya memiliki setidaknya satu triliun triliun triliun triliun triliun kali lebih banyak energi dalam ruang hampa karena
kehadiran semua bidang yang terkait dengannya materi dan interaksi. Tapi entah bagaimana, semua efek dari bidang-bidang ini hampir sepenuhnya saling hancur, dan kedamaian yang tenang diperoleh. Mengapa ruang kosong begitu kosong?
Meskipun kita tidak tahu jawaban atas pertanyaan ini - "
masalah konstanta kosmologis " yang terkenal - tingkat kekosongan ekstrem yang kita miliki tampaknya perlu bagi keberadaan kita. Di alam semesta yang sedikit lebih penuh dengan energi gravitasi yang menjijikkan, ruang akan meluas terlalu cepat untuk membentuk struktur seperti galaksi atau planet. Sistem yang sangat halus menunjukkan bahwa mungkin ada banyak alam semesta, dan masing-masing dari mereka dapat memiliki jumlah energi vakum sendiri, dan kita hidup di alam semesta dengan tingkat yang sangat rendah, karena kita tidak dapat muncul di alam semesta lain.
Beberapa cendekiawan tidak menyukai tautologi "
prinsip antropik " dan tidak menyukai teori multiverse karena tidak dapat diverifikasi. Bahkan mereka yang tidak menentang teori ini ingin memiliki solusi alternatif untuk masalah konstanta kosmologis. Tapi sementara itu hampir tidak mungkin diselesaikan tanpa multiverse. "Masalah energi gelap sangat sulit dan tidak nyaman sehingga orang belum menemukan satu atau dua solusi untuk itu," kata Raman Sandram, seorang ahli fisika teoritis di University of Maryland.
Untuk memahami mengapa hal ini terjadi, pertimbangkan apa energi dari ruang hampa itu. Teori relativitas umum Albert Einstein menyatakan bahwa materi dan energi memberi tahu ruangwaktu bagaimana menekuk, dan lengkungan ruangwaktu memberi tahu materi dan energi bagaimana bergerak. Dari persamaan secara otomatis mengikuti kemampuan ruang-waktu untuk memiliki energinya sendiri - jumlah konstan yang tersisa ketika tidak ada lagi di sana, yang disebut Einstein sebagai konstanta kosmologis. Selama beberapa dekade, para kosmolog berasumsi bahwa nilainya nol, mengingat laju ekspansi Semesta yang cukup konstan, dan berpikir mengapa hal itu terjadi. Tetapi pada tahun 1998, para astronom menemukan bahwa perluasan ruang sebenarnya berakselerasi secara bertahap, yang menyiratkan adanya energi menjijikkan yang menembus semua ruang.
Namun, densitas yang diasumsikan dari energi vakum ini bertentangan dengan apa yang dikatakan teori medan kuantum tentang ruang kosong. Medan kuantum dianggap kosong ketika partikel, yang mewakili rangsangan medan, tidak bergerak melewatinya. Tetapi karena prinsip ketidakpastian, keadaan medan kuantum tidak pernah diketahui secara pasti, sehingga energinya tidak bisa sama dengan nol. Bayangkan bahwa medan kuantum terdiri dari pegas kecil yang terletak di setiap titik di ruang angkasa. Mata air terus menerus berosilasi, karena mereka selalu meregang ke jarak yang tidak terbatas dari keadaan paling santai. Mereka selalu sedikit terkompresi atau sedikit diregangkan, dan karena itu selalu bergerak, yang berarti mereka memiliki energi. Ini disebut
energi medan nol . Di bidang interaksi, energi nol adalah positif, dan di bidang materi - negatif, dan energi ini berpartisipasi dalam energi total ruang hampa udara.
Energi total dari vakum harus kira-kira sama dengan jumlah kontribusi terbesar. Namun, laju ekspansi kosmik yang diamati menunjukkan bahwa nilai ini adalah 60-120 orde magnitudo kurang dari beberapa kontribusi energi medan nol, seolah-olah semua istilah positif dan negatif yang berbeda akan saling memusnahkan satu sama lain. Tetapi datang dengan mekanisme fisik untuk penyelarasan ini sangat sulit, karena dua alasan.
Pertama, energi vakum hanya bertindak secara gravitasi, oleh karena itu, untuk menguranginya, diperlukan mekanisme gravitasi. Tetapi pada saat-saat pertama kehidupan Semesta, ketika mekanisme seperti itu bisa bekerja, itu sangat kecil sehingga semua energi vakumnya dapat diabaikan dibandingkan dengan jumlah materi dan radiasi. Efek gravitasi dari energi vakum akan memudar di depan gravitasi segala sesuatu yang lain. "Ini adalah salah satu kesulitan terbesar dalam menyelesaikan masalah konstanta kosmologis," tulis fisikawan Rafael Busso pada 2007. Mekanisme umpan balik gravitasi yang menyempurnakan energi vakum dalam kondisi Semesta awal, tulisnya, "dapat secara kasar dibandingkan dengan pesawat yang terbang dalam badai dengan kecepatan sebesar akurat untuk ukuran atom. "
Yang memperumit situasinya adalah bahwa perhitungan teori medan kuantum menunjukkan bahwa energi vakum akan mengubah nilai sebagai akibat dari perubahan fasa di Universe pendingin tak lama setelah Big Bang. Akibatnya, muncul pertanyaan apakah mekanisme hipotetis ini, yang menyelaraskan energi vakum, bekerja sebelum atau setelah perubahan-perubahan ini. Dan bagaimana mekanisme itu tahu seberapa besar efek ini untuk mengkompensasi mereka dengan tepat?
Sejauh ini, hambatan ini menghalangi upaya untuk menjelaskan betapa kecilnya ruang kosong, tidak membungkuk ke alam semesta multiverse. Tetapi baru-baru ini, beberapa peneliti mulai mempelajari satu opsi alternatif: jika Semesta tidak muncul dari ketiadaan, tetapi
melambung kembali, setelah mengalami kompresi sebelumnya , maka Alam Semesta yang
dikompresi di masa lalu seharusnya sangat besar, dan energi vakum seharusnya mendominasi itu. Mungkin, saat itulah mekanisme gravitasi tertentu dapat memengaruhi kelimpahan energi vakum, dan entah bagaimana wajar untuk menghilangkannya dari waktu ke waktu. Gagasan ini mengilhami fisikawan Peter Graham, David Kaplan dan Sargit Rajendran [Peter Graham, David Kaplan, Surjeet Rajendran] untuk membuat
model baru pelepasan
kosmik , meskipun mereka belum menunjukkan secara tepat bagaimana hamburan hampa udara seharusnya bekerja di alam semesta yang berkontraksi.
Menanggapi surat itu, Busso menyebut pendekatan ini "upaya yang sangat layak," dan "perjuangan yang berpengetahuan luas dan jujur terhadap masalah serius." Namun dia menambahkan bahwa masalah utama tetap ada dalam model, dan “kendala teknis yang harus diatasi untuk mengisi lubang ini dan membuat ide itu bekerja terlihat agak serius. Seluruh desain ini sudah menyerupai
mesin Goldberg , dan, paling-paling, akan menjadi lebih membingungkan di masa depan, ketika lubangnya diisi. " Dia dan pendukung multiverse lainnya, percaya bahwa pilihan jawaban mereka dibandingkan dengan ini terlihat lebih sederhana.