Konstanta kosmologis

Sketsa garis waktu alam semesta dalam model ΛCDM. Perluasan yang dipercepat dalam sepertiga terakhir garis waktu merepresentasikan era yang didominasi energi gelap.

Dalam kosmologi, konstanta kosmologis (biasanya dilambangkan dengan huruf kapital Yunani lambda: Λ) adalah kerapatan energi dari ruang, atau energi vakum, yang muncul dalam persamaan medan Albert Einstein dalam teori relativitas umum. Konstanta ini sering diasosiasikan dengan konsep energi gelap dan kuintesensi.

Einstein awalnya mengemukakan konsep ini pada tahun 1917 untuk mengimbangi pengaruh gravitasi dan menghasilkan alam semesta statis, gagasan yang dipandang benar pada saat itu. Einstein meninggalkan konsep tersebut pada tahun 1931 setelah Hubble menemukan bahwa alam semesta meluas. Dari 1930-an sampai akhir 1990-an, kebanyakan fisikawan berasumsi bahwa konstanta kosmologis bernilai sama dengan nol. Pandangan tersebut berubah ketika ditemukan pada tahun 1998 bahwa perluasan alam semesta rupanya dipercepat, mengimplikasikan kemungkinan bahwa konstanta kosmologis bernilai positif bukan nol.

Sejak 1990-an, penelitian telah menunjukkan bahwa sekitar 68% dari kerapatan massa–energi di alam semesta bisa diatribusikan kepada sesuatu yang disebut energi gelap. Konstanta kosmologis Λ merupakan penjelasan paling sederhana yang mungkin untuk energi gelap, dan digunakan dalam model kosmologi standar terkini yang dikenal sebagai model ΛCDM.

Menurut teori medan kuantum yang mendasari fisika partikel modern, ruang hampa didefinisikan oleh keadaan vakum yang merupakan sekumpulan medan kuantum. Semua medan kuantum mengalami fluktuasi dalam keadaan dasar (kerapatan energi terendah) mereka yang dihasilkan oleh energi titik nol yang ada di semua tempat dalam ruang. Fluktuasi titik nol tersebut seharusnya berkontribusi kepada konstanta kosmologis Λ, tetapi ketika dilakukan perhitungan fluktuasi tersebut menghasilkan energi vakum yang sangat besar. Perbedaan antara energi vakum dalam teori medan kuantum dengan energi vakum yang diamati dari kosmologi merupakan sumber perdebatan serius, dengan nilai-nilai yang diprediksi melebihi nilai-nilai yang diamati sejauh 120 tingkat besaran, perbedaan yang telah disebut "prediksi teoretis terburuk dalam sejarah fisika!". Masalah ini disebut masalah konstanta kosmologis dan merupakan salah satu misteri terbesar dalam ilmu pengetahuan, dengan banyak fisikawan menyebutkan bahwa "vakum memegang kunci kepada pemahaman yang lengkap mengenai alam".

Sejarah

Einstein memasukkan konstanta kosmologis sebagai sebuah suku dalam persamaan medannya untuk relativitas umum karena dia tidak puas dengan persamaannya yang tanpa konstanta tersebut, tampaknya, tidak memungkinkan alam semesta statis: gravitasi akan membuat alam semesta yang awalnya dalam kesetimbangan dinamis menjadi berkontraksi. Untuk mengimbangi kemungkinan ini, Einstein menambahkan konstanta kosmologis. Namun, tidak lama setelah Einstein mengembangkan teori statisnya, pengamatan oleh Edwin Hubble mengindikasikan bahwa alam semesta tampaknya meluas; ini konsisten dengan sebuah penyelesaian kosmologis untuk persamaan relativitas umum yang awal yang telah ditemukan oleh matematikawan Friedmann, yang sedang meneliti persamaan relativitas umum Einstein. Einstein dilaporkan menyebut kegagalannya menerima keabsahan persamaannya—ketika persamaannya sebelumnya memperkirakan bahwa alam semesta meluas, sebelum didemonstrasikan dalam pengamatan pergeseran merah kosmologis—sebagai "blunder terbesar"-nya.

Sebenarnya, menambahkan konstanta kosmologis ke persamaan Einstein tidak menghasilkan alam semesta statis pada keadaan setimbang karena kesetimbangannya tidak stabil: jika alam semesta meluas sedikit, maka perluasannya melepaskan energi vakum, yang menyebabkan perluasan terjadi lagi. Begitu pula, alam semesta yang sedikit berkontraksi akan terus berkontraksi.

Akan tetapi, konstanta kosmologis terus menjadi subjek penelitian teoretis maupun empiris. Dari sisi empirisnya, banyak data kosmologisnya dari dekade-dekade terakhir yang mendukung pandangan bahwa konstanta kosmologis positif. Penjelasan dari nilai yang kecil tetapi positif ini merupakan tantangan teoretis yang belum dipecahkan, disebut masalah konstanta kosmologis.

Beberapa generalisasi awal dari teori gravitasi Einstein, dikenal sebagai teori medan terpadu klasik, mengemukakan sebuat konstanta kosmologis atas dasar teoretis atau menemukan bahwa konstanta tersebut muncul secara wajar dari matematikanya. Contohnya, Sir Arthur Stanley Eddington mengatakan bahwa versi konstanta kosmologis dari persamaan medan vakum mengekspresikan sifat "epistemologis" yaitu alam semesta "menolok diri sendiri", dan teori afin-murni Erwin Schrödinger yang menggunakan sebuah prinsip variasonal sederhana menghasilkan persamaan medan dengan sebuah suku kosmologis.

Lihat pula

• Big Rip
• Efek Unruh
• Elektrodinamika kuantum
• Mekanisme Higgs
• Penyelesaian Lambdavacuum
• Relativitas de Sitter

Referensi

Bibliografi

Sumber primer

• Templat:Cite journal
• Templat:Cite journal
• Templat:Cite book
• Templat:Cite journal
• Templat:Cite journal
• Templat:Cite journal
• Templat:Cite journal

Sumber sekunder

• Templat:Cite journal
• Templat:Cite journal
• Templat:Cite journal
• Templat:Cite book
• Templat:Cite book
• Templat:Cite journal
• Templat:Cite journal
• Templat:Cite web
• Templat:Cite web
• Templat:Cite journal
• Templat:Cite book
• Templat:Cite journal
• Templat:Cite book

Pranala luar

• Michael, E., University of Colorado, Department of Astrophysical and Planetary Sciences, "The Cosmological Constant"
• Templat:Britannica
• Carroll, Sean M., "The Cosmological Constant" (pendek), "The Cosmological Constant" (diperpanjang).
• News story: More evidence for dark energy being the cosmological constant
• Cosmological constant dari Scholarpedia
• Templat:Cite web

Templat:Fisika-stub